CN113333694A - 一种双金属铝合金空心锭的铸造设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双金属铝合金空心锭的铸造设备及其方法，其包括第一结晶器、第二结晶器、牵引装置和第一冷却装置；第一冷却装置、第一结晶器和第二结晶器的直径由小到大设置；且第一结晶器的中轴线、第二结晶器的中轴线和牵引装置的中轴线分别与第一冷却装置的中轴线重合；第一结晶器套设于第一冷却装置的外周；第二结晶器设置在第一结晶器的下方；牵引装置设置在第一冷却装置的下方。通过在第一结晶器和第二结晶器处加入不同熔点的金属液，可以连续生产双金属空心锭，通过牵引装置带动双金属空心锭向下生成，工艺简单；通过更换第一结晶器、第二结晶器和第一冷却装置的尺寸规格，可得到不同尺寸规格的双金属空心锭。

Description

一种双金属铝合金空心锭的铸造设备及其方法

技术领域

本发明涉及铝合金熔铸的技术领域，具体而言，涉及一种双金属铝合金空心锭的铸造设备及其方法。

背景技术

双金属空心锭是利用复合技术将两种具有不同性能的金属结合在一起，保留了两种不同材料内在的优点，互补了它们内在的不足，从而获得比单一金属空心锭更加优越的物理化学力学性能。双金属空心锭广泛应用于油田、化工、电力等工业领域，其适用范围越来越广泛，带来的经济、环境、社会效益更加明显。

现有技术中双金属空心锭的传统制备方法主要有：(1)冷成型法，包括拉拔、机械滚压、液压胀接、旋压复合；(2)热成型法，包括热挤压法、热轧法；(3)爆炸焊接成型法；(4)离心铸造法。

现有技术缺点：传统制备技术存在工艺复杂以及受到设备尺寸约束的缺点。

发明内容

基于此，为了解决现有双金属空心锭的传统制备方法传统制备技术存在工艺复杂以及受到设备尺寸约束的问题，本发明提供了一种双金属铝合金空心锭的铸造设备及其方法，其具体技术方案如下：

一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其包括第一结晶器、第二结晶器、牵引装置和第一冷却装置；

所述牵引装置和所述第一冷却装置为圆柱形结构，所述第一结晶器和所述第二结晶器为空心圆柱型结构；

所述第一冷却装置、所述第一结晶器和所述第二结晶器的直径依次由小到大设置；且所述第一结晶器的中轴线、所述第二所述结晶器的中轴线和所述牵引装置的中轴线分别与所述第一冷却装置的中轴线重合；

所述第一结晶器套设于所述第一冷却装置的外周；所述第二结晶器设置在所述第一结晶器的下方；

所述牵引装置的外径与所述第二结晶器的内径相等；所述牵引装置设置在所述第一冷却装置的下方。

上述技术方案所提供的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，与现有技术相比，其有益效果包括：通过第一结晶器、第二结晶器、牵引装置和第一冷却装置的结合，在第一结晶器和第二结晶器处加入不同种类不同熔点的金属液，可以连续生产双金属空心锭，通过牵引装置带动所形成的双金属空心锭向下生成，工艺简单，可以大大降低了生产成本；通过更换第一结晶器、第二结晶器和第一冷却装置的尺寸规格，可得到不同尺寸规格的双金属空心锭。

进一步地，所述第二结晶器设置在所述第一冷却装置的下方。

进一步地，所述第一冷却装置包括冷却水管和冷却芯子；

所述冷却芯子套设在所述冷却水管的外表面。

进一步地，所述冷却芯子的锥度为1：14。

进一步地，所述冷却水管为圆柱型结构。

进一步地，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第一导热环；

所述第一导热环连接在所述第一结晶器的内侧。

进一步地，所述第一导热环由石墨制作而成。

进一步地，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第二冷却装置；

所述第二冷却装置包括冷却水箱和第二导热环，所述冷却水箱设置在所述第二结晶器的下端，所述第二导热环设置于所述第二结晶器和所述冷却水箱朝内的一侧，且所述第二导热环同时与所述第二结晶器和所述冷却水箱抵接。

进一步地，所述第二导热环由石墨制作而成。

一种双金属铝合金空心锭的铸造方法，包括以下步骤：

通入冷却水；

导入第一种熔点较高的金属液；

熔点较高的金属液凝固并向下输出；

导入第二种熔点较低的金属液；

得到成型双金属空心锭，并向下输出双金属空心锭。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备的结构示意图；

图2是本发明一实施例所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备的冷却水箱和第二导热环的结构示意图；

图4是本发明一实施例所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备的冷却水管和冷却芯子的结构示意图。

附图标记说明：

10-第一冷却装置；11-冷却水管；12-冷却芯子；13-第一铜管；14-第一进水口；15-第一出水口；16-第一挡板；20-第一结晶器；30-第二结晶器；40-牵引装置；50-第一导热环；60-第二冷却装置；61-冷却水箱；62-第二导热环；63-第二铜管；64-第二挡板；65-蓄水槽；66-第二进水口；67-第二出水口；70-锭芯；80-锭壳。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1至图4所示，本发明一实施例中的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其包括第一结晶器20、第二结晶器30、牵引装置40和第一冷却装置10；

所述牵引装置40和所述第一冷却装置10为圆柱形结构，所述第一结晶器20和所述第二结晶器30均为空心圆柱型结构；

所述第一冷却装置10、所述第一结晶器20和所述第二结晶器30的直径依次由小到大设置；且所述第一结晶器20的中轴线、所述第二所述结晶器的中轴线和所述牵引装置40的中轴线均与所述第一冷却装置10的中轴线重合；

所述第一结晶器20套设于所述第一冷却装置10的外周；所述第二结晶器30设置在所述第一结晶器20的下方；

所述牵引装置40的外径与所述第二结晶器30的内径相等；所述牵引装置40设置在所述第一冷却装置10的下方。

通过第一结晶器20、第二结晶器30、牵引装置40和第一冷却装置10的结合，在第一结晶器20和第二结晶器30处加入不同种类不同熔点的金属液，可以连续生产双金属空心锭，通过牵引装置40带动所形成的双金属空心锭向下生成，工艺简单，可以大大降低了生产成本；通过更换第一结晶器20、第二结晶器30和第一冷却装置10的尺寸规格，可得到不同尺寸规格的双金属空心锭，具有很好的实用性。

在其中一个实施例中，所述第二结晶器30设置在所述第一冷却装置10的下方。

在其中一个实施例中，所述第一冷却装置10包括冷却水管11和冷却芯子12；所述冷却芯子12套设在所述冷却水管11的外表面。金属液在第一结晶器20和冷却芯子12的双重冷却作用下，更快地结晶形成双金属空心锭的锭芯70。

进一步的，第一结晶器20与冷却芯子12的同轴设置，且第一结晶器20的上表面低于所述冷却芯子12的上表面，第一结晶器20的下表面高于所述冷却芯子12的下表面，第二结晶器30的上表面与冷却芯子12的下表面处于同一水平面，保证了金属液在到达第二结晶器30的位置的时候与冷却芯子12拥有足够的接触时间从而实现完全的凝固。该设计有效防止铸造时锭芯70因没有凝固好，而在第二结晶器30中出现熔化导致空心锭报废或严重安全事故的发生。

进一步的，冷却水管11内设置有第一铜管13、第一挡板16和底板，第一铜管13设置有第一出水口15和第一进水口14，第一出水口15与冷却芯子12抵接，冷却芯子12、第一出水口15、第一挡板16和第一进水口14依次由外到内设置且冷却芯子12、第一挡板16和第一铜管13均设置在底板的上表面。冷却液从第一进水口14流进并从第一出水口15流出，在此过程中，冷却芯子12的热量被第一铜管13中的冷却液走，从而实现冷却的目的。

进一步的，冷却芯子12的锥度设置为1：14，且冷却芯子12的下端面的面积小于冷却芯子12的上端面的面积。设计冷却芯子12时，需要考虑冷却芯子12的锥度，若是冷却芯子12的锥度过大或者过小，则会出现铝液凝固时的结晶膜重熔或拉裂，所形成的双金属空心锭会出现表面裂纹、偏析瘤等缺陷。而冷却芯子12的锥度设置为1：14，则所形成的双金属空心锭不会出现表面裂纹、偏析瘤等缺陷，进一步地保证了双金属空心锭的良率。

在其中一个实施例中，所述冷却水管11为圆柱型结构。

在其中一个实施例中，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第一导热环50；所述第一导热环50连接在所述第一结晶器20的内侧。

进一步的，导入第一结晶器20的熔点较高的金属液流出至第一导热环50与冷却芯子12之间的间隙，且第一导热环50与冷却芯子12之间的间隙决定了熔点较高的金属液凝固所形成的锭芯70的尺寸规格，熔点较高的金属液在第一导热环50与冷却芯子12之间的间隙之中受到冷却芯子12和第一结晶器20的作用下，熔点较高的金属液的温度迅速下降，使得熔点较高的金属液温度低于该金属的液固相线的温度，从而在第一导热环50与冷却芯子12之间的间隙处凝固，进而得到双金属空心锭的锭芯70。

进一步的，第一结晶器20、第一导热环50和冷却芯子12共同决定双金属空心锭的锭芯70的尺寸规格。进一步的，可以通过更换不同尺寸规格的第一结晶器20、第一导热环50和冷却芯子12可产生不同规格的双金属空心锭的锭芯70。

在其中一个实施例中，所述第一导热环50由石墨制作而成。

在其中一个实施例中，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第二冷却装置60；

所述第二冷却装置60包括冷却水箱61和第二导热环62，所述冷却水箱61设置在所述第二结晶器30的下端，所述第二导热环62设置于所述第二结晶器30和所述冷却水箱61朝内的一侧，且所述第二导热环62同时与所述第二结晶器30和所述冷却水箱61抵接。通过第二结晶器30的作用与冷却水箱61间接的作用，使得熔点较低的金属液的温度迅速下降，从而熔点较低的金属液在第二导热环62与锭芯70之间的间隙处迅速凝固，进而得到双金属空心锭的锭壳80。

进一步的，所述冷却水箱61内设置有第二挡板64和第二铜管63，第二铜管63设置在所述冷却水箱61的内侧处且与第二导热环62密切接触，所述第二挡板64与所述第二铜管63抵接且设置在靠近所述冷却水箱61的外侧，且所述第二挡板64与所述冷却水箱61外侧之间形成蓄水槽65，所述第二铜管63设置有第二进水口66和第二出水口67，所述第二进水口66和所述第二出水口67穿过所述第二挡板64伸进所述蓄水槽65处，且所述第二进水口66设置在所述第二出水口67的上端。使用时，使用者对蓄水槽65加注冷却水至加满蓄水槽65，冷却水通过进水口流进第二铜管63，从出水口流出第二铜管63，因第二铜管63与第二导热环62抵接，所以第二导热环62的热量能从第二铜管63中的冷却水被带走，从而实现对第二导热环62冷却的目的。进一步的，第二铜管63设置为螺旋结构。通过设置螺旋结构，可增加冷却水在第二铜管63的量，从而提高冷却的效率。

在其中一个实施例中，所述第二导热环62由石墨制作而成。

进一步的，第一导热环50和第二导热环62采用石墨制作而成。石墨具有良好的耐高温性，石墨的熔点为3850℃，即使经超高温电弧灼烧，石墨重量的损失很小，热膨胀系数也很小，石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍，因为金属液一般的温度在1000度左右，远低于石墨的熔点，所以在工作过程中，石墨不易挥发消散，而且还会保持其原有形状。且石墨的导热性超过钢、铁、铅等物质，使得金属液的热量能通过石墨而被结晶器或者冷却芯子12或者冷却水箱61带走，从而实现金属液凝固的目的。

在其中一个实施例中，所述第一结晶器20中也设置有所述第二冷却装置60，从而增加所述第一结晶器20的冷却效果，此时安装在所述第一结晶器20内的所述第二冷却装置60的所述第二导热环62即为所述第一导热环50。

进一步的，当牵引装置40带动锭芯70移动至第二结晶器30所在位置的时候，导入第二结晶器30的熔点较低的金属液流出至第二导热环62与锭芯70之间的间隙，且第二导热环62晶器与锭芯70之间的间隙决定了熔点较低的金属液凝固所形成的锭壳80的尺寸规格，熔点较低的金属液在第二导热环62与锭壳80之间的间隙之中受到第二导热环62和冷却水箱61的作用下，熔点较低的金属液的温度迅速下降，使得熔点较低的金属液温度低于该熔点较低的金属的液固相线的温度，从而在第二导热环62与锭芯70之间的间隙处凝固，进而得到双金属空心锭的锭壳80。

进一步的，第二导热环62、第二结晶器30和第一结晶器20决定了双金属空心锭的锭壳80的尺寸规格，可以通过更换不同规格的第二结晶器30和第二导热环62来改变双金属空心锭的锭壳80的尺寸规格。

其中一个实施例中还提供了一种双金属铝合金空心锭的铸造方法，包括以下步骤：

通入冷却水；分别向冷却水管11和冷却水箱61通入循环冷却液，使得冷却液可以稳定地对冷却芯子12和第二导热环62进行冷却。

导入第一种熔点较高的金属液；熔点较高的金属液通过流槽流出并流向至第一结晶器20处。

熔点较高的金属液凝固并向下输出；熔点较高的金属液在第一结晶器20和冷却芯子12的双重冷却作用下，结晶形成双金属空心锭的锭芯70，且在牵引装置40的作用下，由熔点较高的金属液凝固所形成的双金属空心锭向下输出。

导入第二种熔点较低的金属液；熔点较低的金属液通过流槽流出并流向至第二结晶器30处。

得到成型双金属空心锭，并向下输出成型双金属空心锭。熔点较低的金属液遇到锭芯70后在第二导热环62的作用下逐渐凝固，熔点较低的金属液结晶形成双金属空心锭的锭壳80，由熔点较高的金属液得到的锭芯70与由熔点较低的金属液得到的锭壳80组成双金属空心锭，即得到了成型双金属空心锭，再通过牵引装置40将所得成型双金属空心锭向下输出，以方便流入下一步工序。

综上所述：通过第一结晶器20、第二结晶器30、牵引装置40和第一冷却装置10的结合，在第一结晶器20和第二结晶器30处加入不同种类不同熔点的金属液，可以连续生产双金属空心锭，通过牵引装置40带动所形成的双金属空心锭向下生成，工艺简单，可以大大降低了生产成本；通过更换第一结晶器20、第二结晶器30和第一冷却装置10的尺寸规格，可得到不同尺寸规格的双金属空心锭。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，其包括第一结晶器、第二结晶器、牵引装置和第一冷却装置；

所述牵引装置和所述第一冷却装置为圆柱形结构，所述第一结晶器和所述第二结晶器为空心圆柱型结构；

所述第一冷却装置、所述第一结晶器和所述第二结晶器的直径依次由小到大设置；且所述第一结晶器的中轴线、所述第二所述结晶器的中轴线和所述牵引装置的中轴线分别与所述第一冷却装置的中轴线重合；

所述第一结晶器套设于所述第一冷却装置的外周；所述第二结晶器设置在所述第一结晶器的下方；

所述牵引装置的外径与所述第二结晶器的内径相等；所述牵引装置设置在所述第一冷却装置的下方。

2.根据权利要求1所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述第二结晶器设置在所述第一冷却装置的下方。

3.根据权利要求1所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述第一冷却装置包括冷却水管和冷却芯子；

所述冷却芯子套设在所述冷却水管的外表面。

4.根据权利要求3所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述冷却芯子的锥度为1：14。

5.根据权利要求4所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述冷却水管为圆柱型结构。

6.根据权利要求1所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第一导热环；

所述第一导热环连接在所述第一结晶器的内侧。

7.根据权利要求6所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述第一导热环由石墨制作而成。

8.根据权利要求1所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述双金属铝合金空心锭的铸造设备还包括第二冷却装置；

所述第二冷却装置包括冷却水箱和第二导热环，所述冷却水箱设置在所述第二结晶器的下端，所述第二导热环设置于所述第二结晶器和所述冷却水箱朝内的一侧，且所述第二导热环同时与所述第二结晶器和所述冷却水箱抵接。

9.根据权利要求8所述的一种双金属铝合金空心锭的铸造设备，其特征在于，所述第二导热环由石墨制作而成。

10.一种双金属铝合金空心锭的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

通入冷却水；

导入第一种熔点较高的金属液；

熔点较高的金属液凝固并向下输出；

导入第二种熔点较低的金属液；

得到成型双金属空心锭，并向下输出双金属空心锭。

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