CN114393184A - 一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，包括结晶器本体、环形转接板、环形转接板压板、石墨环、气路密封圈和引锭头等。本发明公开的装置通过在环形转接板与气路密封圈接触面设计密封槽，优化了油气滑铸造结晶器用转接板结构，避免了常规结晶器石墨环与转接板之间配合不良导致的安装时转接板将石墨环压裂；通过对石墨环接触结晶器本体和转接板部分，分别涂抹厚度均匀、高度适当的耐高温密封胶的方式进行密封处理，避免了气体从石墨环与结晶器本体接触面、石墨环与转接板接触面逸出，避免漏气引起铸盘液面剧烈翻滚，消除了因卷气带来的铸锭内部氧化物夹杂，从而改善铝合金圆锭表面质量和内部冶金质量。

Description

一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器

技术领域

本发明涉及一种铝合金半连续铸造圆锭油气滑结晶器，具体涉及一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器。

背景技术

半连续铸造技术是当今国内外应用最为广泛的一种铝合金铸造技术，目前普遍采用直接水冷立式半连续铸造技术制备用于国防科技、航空航天、轨道交通等领域的挤压型材、锻件及其他产品的坯料。随着现代科技进步和国民经济发展，对铝合金圆铸锭的需求量越来越大，尤其伴随加工装备和技术的不断提高，对铝合金圆锭的表面质量要求越来越高。

为了提高铸锭的表面质量，在传统半连续铸造技术的基础上开发出了热顶铸造技术。热顶铸造结晶器采用石墨环作为内壁，并在每次铸造前在石墨环内表面均匀涂抹润滑油，依靠石墨本身的自润滑特性减轻铸锭和石墨环之间的摩擦，从而提高铸锭表面质量。该技术的缺点是石墨环上的润滑油随着铸造的进行消耗很快，在脱离润滑后铸锭表面与石墨环摩擦依然严重进而破坏最终铸锭的表面质量。

因此，在热顶铸造技术的基础上开发出油气滑铸造技术，进一步提高铸锭表面质量。油气滑铸造结晶器分别为压缩空气和润滑油设计了两个独立的供应系统，二者经过结晶器本体上的气路和油路进入石墨环外表面，依靠石墨本身多孔的特性，由外表面进入内壁并相互作用混合形成非雾化油膜，避免铸造过程中铝熔体与石墨环内壁直接接触，一方面降低了一次冷却强度，另一方面避免了直接接触产生的摩擦，从而显著提高了铸锭的表面质量。

目前，采用国产油气滑铸造装备制备铝合金圆锭易出现以下问题：(1)结晶器石墨环与转接板之间配合度低，导致安装时转接板将石墨环压裂；(2)结晶器本体气路密封不当，导致压缩空气在铸造过程中漏入结晶器中，引起铸盘液面剧烈翻滚，卷入较多的氧化膜破坏铸锭的内部冶金质量和表面质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，具体包括以下内容：

一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，包括结晶器本体、环形转接板、环形转接板压板、石墨环、气路密封圈和引锭头，结晶器本体内部由上至下依次包括贯通的第一安装孔、第二结晶孔和第三连接孔，第一安装孔和第三连接孔的内径都大于第二结晶孔的内径，第一安装孔和第二结晶孔交界处有一圈安装平台，安装平台上设置有一圈第一凹槽；所述环形转接板设置于安装平台上，环形转接压板设置于环形转接板的上表面，环形转接板压板、环形转接板通过连接装置与安装平台连接；所述气路密封圈设置于第一凹槽内且气路密封圈的上端与环形转接板的下表面接触；所述石墨环设置于第二结晶孔的内侧；所述引锭头设置于第三连接孔内，引锭头的顶端设置于第二结晶孔的底部，所述引锭头的顶端和石墨环的内侧共同构成结晶空腔。

具体地，所述石墨环过盈装配在第二结晶孔内侧。

具体地，所述石墨环外壁上设置有多个凹槽，所述凹槽与第二结晶孔内壁形成容纳气体的腔室。

具体地，所述环形转接板下表面与第一凹槽对应的位置设置有向上的第二凹槽，所述气路密封圈的上端与第二凹槽的上壁接触。

具体地，所述第一凹槽的深度为3.2-3.3mm，气路密封圈的规格为Φ3.55mm，第二凹槽的深度为0.05-0.20mm。

具体地，所述环形转接板的下表面设置有一圈向下凸起的圆环台，圆环台的直径小于第二结晶孔的直径，圆环台伸入第二结晶孔的入口处；所述石墨环包括一体设置的第一段和第二段，石墨环的第一段和第二段的外径相同，第一段的内径大于第二段的内径且略大于圆环台的外径，第一段的长度略长于圆环台的高度，第一段和第二段之间设置有第一密封平台；石墨环的第一段设置于圆环台与第二结晶孔内壁之间，石墨环第一段的上端与安装平台齐平且与环形转接板的下表面接触；所述石墨环第一段上端与环形转接板下表面接触的部位、石墨环第一段内侧与圆环台外壁之间、以及第一密封平台与圆环台下表面之间均设置有密封层；所述石墨环的第二段设置于圆环台下端的第二结晶孔内。

具体地，所述石墨环第一段上端与环形转接板下表面接触的部位、石墨环第一段内侧与圆环台外壁之间、以及第一密封平台与圆环台下表面之间采用的是均匀分布的硬密封层，所述硬密封层的厚度为0.05-0.15mm。

具体地，所述第二结晶孔和第三连接孔的交界处设置有第二密封平台，所述石墨环第二段的底部设置于第二密封平台上，石墨环第二段的内侧与第二密封平台的内侧边缘齐平；石墨环第二段的底部与第二密封平台之间设置有第二密封层；所述引锭头的上表面与第二密封平台齐平，引锭头的上表面、石墨环的内壁、以及圆环台的下表面共同围成结晶空腔。

具体地，所述石墨环第二段的底部与第二密封平台之间的第二密封层为均匀分布的软密封层，所述软密封层的厚度为0.05-0.20mm。

具体地，所述连接装置为多个螺栓，所述环形转接板、环形转接板压板和安装平台上均设置有多个安装孔，环形转接板和环形转接板压板通过螺栓与安装平台固定连接。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过在转接板与气路密封圈接触面设计密封槽，优化了油气滑铸造结晶器用转接板结构，避免了常规结晶器石墨环与转接板之间配合不良导致的安装时转接板将石墨环压裂；

(2)本发明通过对石墨环接触结晶器本体1和转接板部分，分别涂抹厚度均匀、高度适当的耐高温密封胶的方式进行密封处理，避免了气体从石墨环与结晶器本体1接触面、石墨环与转接板接触面逸出，避免漏气引起铸盘液面剧烈翻滚，消除了因卷气带来的铸锭内部氧化物夹杂，从而改善铝合金圆锭表面质量和内部冶金质量。

附图说明

图1为本发明公开的装置的外部结构示意图；

图2为本发明公开的装置的内部剖视图；

图3为本发明实施例中公开的装置的环形转接板、石墨环、气路密封圈的配合示意图；

图4为本发明实施中公开的装置的石墨环密封处理局部示意图；

图5为采用常规国产油气滑结晶器制备的铝合金圆锭的表面图；

图6为本发明公开的装置制备的铝合金圆锭的表面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

参考附图1-4，一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，包括结晶器本体1、环形转接板2、环形转接板压板3、石墨环4、气路密封圈5和引锭头6，结晶器本体1内部由上至下依次包括贯通的第一安装孔、第二结晶孔和第三连接孔，第一安装孔和第三连接孔的内径都大于第二结晶孔的内径，第一安装孔和第二结晶孔交界处有一圈安装平台7，安装平台7上设置有一圈第一凹槽8；所述环形转接板2设置于安装平台7上，环形转接压板3设置于环形转接板2的上表面，环形转接板压板3、环形转接板2通过连接装置与安装平台7连接；所述气路密封圈5设置于第一凹槽8内且气路密封圈5的上端与环形转接板2的下表面接触；所述石墨环4设置于第二结晶孔的内侧；所述引锭头6设置于第三连接孔内，引锭头6的顶端设置于第二结晶孔的底部，所述引锭头6的顶端和石墨环4的内侧共同构成结晶空腔9。

在本发明的一个实施例中，所述环形转接板2的上表面设置有一圈安装凹槽，所述环形转接压板3设置于环形转接板2的上表面的安装凹槽内。

在本发明的一个实施例中，所述石墨环4过盈装配在第二结晶孔内侧。

在本发明的一个实施例中，所述石墨环4外壁上设置有多个凹槽10，所述凹槽10与第二结晶孔内壁形成容纳气体的腔室。气体通过结晶器本体1上的气孔进入石墨环4外壁与结晶器本体1内壁之间的凹槽内，依靠石墨本身多孔的特性，气体由石墨环4的外表面进入结晶空腔9并在石墨环4内壁上与润滑油相互混合并形成油气润滑层，避免铸造过程中铝熔体与石墨环4内壁直接接触，一方面降低了一次冷却强度，另一方面避免了直接接触产生的摩擦，从而显著提高了铸锭的表面质量。

在本发明的一个实施例中，所述环形转接板2下表面与第一凹槽8对应的位置设置有向上的第二凹槽11，所述气路密封圈5的上端与第二凹槽11的上壁接触。

在本发明的一个实施例中，所述第一凹槽8的深度为3.2-3.3mm，气路密封圈5的规格为Φ3.55mm，第二凹槽11的深度为0.05-0.20mm。

在本发明公开的装置中，第一、二凹槽之间为气路密封圈5预留了足够的空间，所述环形转接板2下表面的第二凹槽11上壁与密封圈5接触，既可避免铸造过程中气流从环形转接板2与石墨环4缝隙逸出，同时避免环形转接板2在压紧过程中与石墨环4接触压裂石墨环4导致气流从石墨环4裂缝逸出。

在本发明的一个实施例中，所述环形转接板2的下表面设置有一圈向下凸起的圆环台12，圆环台12的直径小于第二结晶孔的直径，圆环台12伸入第二结晶孔的入口处；所述石墨环4包括一体设置的第一段13和第二段14，石墨环4的第一段13和第二段14的外径相同，第一段13的内径大于第二段14的内径且略大于圆环台12的外径，第一段13的长度略长于圆环台12的高度，第一段13和第二段14之间设置有第一密封平台15；石墨环4的第一段13设置于圆环台12与第二结晶孔内壁之间，石墨环4第一段13的上端与安装平台7齐平且与环形转接板2的下表面接触；所述石墨环4第一段13上端与环形转接板2下表面接触的部位、石墨环4第一段13内侧与圆环台12外壁之间、以及第一密封平台15与圆环台12下表面之间均设置有密封层16；所述石墨环4的第二段14设置于圆环台12下端的第二结晶孔内。

在本发明的一个实施例中，所述石墨环4第一段13上端与环形转接板2下表面接触的部位、石墨环4第一段13内侧与圆环台12外壁之间、以及第一密封平台15与圆环台12下表面之间采用的是均匀分布的硬密封层，所述硬密封层的厚度为0.05-0.15mm。

在本发明的一个实施例中，所述第二结晶孔和第三连接孔的交界处设置有第二密封平台17，所述石墨环4第二段14的底部设置于第二密封平台17上，石墨环第二段14的内侧与第二密封平台17的内侧边缘齐平；石墨环第二段14的底部与第二密封平台17之间设置有第二密封层18；所述引锭头6的上表面与第二密封平台17齐平，引锭头6的上表面、石墨环4的内壁、以及圆环台12的下表面共同围成结晶空腔9。

在本发明的一个实施例中，所述石墨环第二段14的底部与第二密封平台17之间的第二密封层18为均匀分布的软密封层，所述软密封层的厚度为0.05-0.20mm。

在本发明公开的装置中，所述石墨环4外周与结晶器本体1接触的面尽可能保持平齐，密封处理后不允许出现凸起和凹陷；附图3和4中加粗部分即需密封处理面的截面示意图，密封层16需要硬密封处理，厚度0.05～0.15mm且保证周向分布均匀；第二密封层18需要软密封处理，厚度0.05～0.20mm且保证周向分布均匀。

在本发明的一个实施例中，所述连接装置为多个螺栓，所述环形转接板2、环形转接板压板3和安装平台7上均设置有多个安装孔，环形转接板2和环形转接板压板3通过螺栓与安装平台7固定连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一凹槽8设置于安装平台7的边缘，所述气路密封圈5分别与第一凹槽8的侧壁和底壁、石墨环第一段13的外壁以及第二凹槽11的顶壁紧密接触，石墨环第一段13的外壁与气路密封圈5的接触处也进行密封处理，保证铸造过程中气流从石墨环4内部的微孔道均匀喷出，与遇高温气化的润滑油共同形成油气层，降低圆锭的一次冷却，获得良好的铸锭表面质量。

在其他实施例中，所述第一凹槽8也可以设置于安装平台7的其他位置，当设置于安装平台7的其他位置时，石墨环4与气路密封圈5不接触。

通过现场实际生产，对比常规国产油气滑结晶器和本发明公开的铝合金圆锭铸造油气滑结晶器所制备的圆铸锭的表面分别如图5和图6所示。采用常规国产油气滑结晶器制备的圆锭表面，出现大量氧化膜花斑缺陷，见图5。由于结晶器内石墨环、转接板及密封圈三者配合不当，密封圈尺寸选择偏小、结晶器本体密封槽设计深度不够、石墨环未经过密封处理等原因都会导致漏气，产生的氧化膜被卷入铝熔体中或卡于转接板与石墨环接缝处，最终在铸锭表面形成氧化膜花斑；而采用本发明所述的结晶器制备的圆铸锭表面质量良好，未发现氧化膜花斑等缺陷，说明本发明结晶器解决了因漏气造成的铸锭表面缺陷。经过实际生产验证，本发明所述结晶器密封效果更好，不仅保护了石墨环在转接板压紧过程中不被转接板直接损坏，而且避免了因漏气造成的铸锭表面缺陷，同时消除了因卷气带来的铸锭内部氧化物夹杂，大大提高了铸锭的成品率，对制备高性能高表面质量的铝合金圆锭十分有利。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，包括结晶器本体、环形转接板、环形转接板压板、石墨环、气路密封圈和引锭头，结晶器本体内部由上至下依次包括贯通的第一安装孔、第二结晶孔和第三连接孔，第一安装孔和第三连接孔的内径都大于第二结晶孔的内径，第一安装孔和第二结晶孔交界处有一圈安装平台，安装平台上设置有一圈第一凹槽；所述环形转接板设置于安装平台上，环形转接压板设置于环形转接板的上表面，环形转接板压板、环形转接板通过连接装置与安装平台连接；所述气路密封圈设置于第一凹槽内且气路密封圈的上端与环形转接板的下表面接触；所述石墨环设置于第二结晶孔的内侧；所述引锭头设置于第三连接孔内，引锭头的顶端设置于第二结晶孔的底部，所述引锭头的顶端和石墨环的内侧共同构成结晶空腔。

2.根据权利要求1所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述石墨环过盈装配在第二结晶孔内侧。

3.根据权利要求1所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述石墨环外壁上设置有多个凹槽，所述凹槽与第二结晶孔内壁形成容纳气体的腔室。

4.根据权利要求1所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述环形转接板下表面与第一凹槽对应的位置设置有向上的第二凹槽，所述气路密封圈的上端与第二凹槽的上壁接触。

5.根据权利要求4所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述第一凹槽的深度为3.2-3.3mm，气路密封圈的规格为Φ3.55mm，第二凹槽的深度为0.05-0.20mm。

6.根据权利要求1所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述环形转接板的下表面设置有一圈向下凸起的圆环台，圆环台的直径小于第二结晶孔的直径，圆环台伸入第二结晶孔的入口处；所述石墨环包括一体设置的第一段和第二段，石墨环的第一段和第二段的外径相同，第一段的内径大于第二段的内径且略大于圆环台的外径，第一段的长度略长于圆环台的高度，第一段和第二段之间设置有第一密封平台；石墨环的第一段设置于圆环台与第二结晶孔内壁之间，石墨环第一段的上端与安装平台齐平且与环形转接板的下表面接触；所述石墨环第一段上端与环形转接板下表面接触的部位、石墨环第一段内侧与圆环台外壁之间、以及第一密封平台与圆环台下表面之间均设置有密封层；所述石墨环的第二段设置于圆环台下端的第二结晶孔内。

7.根据权利要求6所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述石墨环第一段上端与环形转接板下表面接触的部位、石墨环第一段内侧与圆环台外壁之间、以及第一密封平台与圆环台下表面之间采用的是均匀分布的硬密封层，所述硬密封层的厚度为0.05-0.15mm。

8.根据权利要求6所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述第二结晶孔和第三连接孔的交界处设置有第二密封平台，所述石墨环第二段的底部设置于第二密封平台上，石墨环第二段的内侧与第二密封平台的内侧边缘齐平；石墨环第二段的底部与第二密封平台之间设置有第二密封层；所述引锭头的上表面与第二密封平台齐平，引锭头的上表面、石墨环的内壁、以及圆环台的下表面共同围成结晶空腔。

9.根据权利要求8所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述石墨环第二段的底部与第二密封平台之间的第二密封层为均匀分布的软密封层，所述软密封层的厚度为0.05-0.20mm。

10.根据权利要求1所述的一种利于铝合金圆锭表面质量改善的油气滑结晶器，其特征在于，所述连接装置为多个螺栓，所述环形转接板、环形转接板压板和安装平台上均设置有多个安装孔，环形转接板和环形转接板压板通过螺栓与安装平台固定连接。

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