CN117444160A - 半连续铸造的设备及铝基复合材料的半连续铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半连续铸造的设备及铝基复合材料的半连续铸造方法。半连续铸造的设备，包括熔炼保温炉、混合器和结晶器，压缩空气输送管连通至熔炼保温炉内以向熔炼保温炉内通入干燥的压缩空气，熔炼保温炉的输出端通过转液管连通至混合器，混合器上还连接有用于向混合器内定量吹送增强体材料的增强体材料定量添加装置，增强体材料定量添加装置上设有用于利用高压保护气将定量的增强体材料吹送至混合器内的高压气输送管，混合器的输出端通过浇铸管连通至结晶器中。可以快速、连续的搅拌混合，可连续生产混合均匀的复合熔体，实现颗粒或短纤维增强铝基复合材料的半连续铸造；解决了目前铝基复合材料难以生产大尺寸、高均匀、高质量铸锭的难题。

Description

半连续铸造的设备及铝基复合材料的半连续铸造方法
技术领域
本发明涉及复合材料的制备技术领域，特别地，涉及一种半连续铸造的设备。此外，本发明还涉及一种铝基复合材料的半连续铸造方法。
背景技术
铝基复合材料具有高比强度/比刚度/比模量、耐磨损、耐疲劳、热膨胀系数低及导热性良好等诸多优势。铝基复合材料根据基体铝合金的特点可以分为铸造铝基复合材料和变形铝基复合材料，具有非常好的成形性能，可以制成各种复杂的零部件，比如可以做飞机的内部支架、电控器散热壳体、客机风扇出口导流叶片等。
铝基复合材料有非常广泛的应用空间，目前限制其应用的主要还是大尺寸、高均匀、高性能的复合材料铸锭的制备难度大、工艺复杂。导致难以生产大尺寸、高质量的铝基复合材料铸棒，且生产成本高，限制了铝基复合材料的推广应用。
目前铝基复合材料的半连续铸造基本都是在一个熔炼炉内通过强搅拌使增强体均匀分布于熔体内再进行常规的半连续浇铸，为了要保证搅拌的均匀性一般坩埚都不会太大，导致难以制备大尺寸的铝基复合材料铸锭；同时在浇铸过程中由于增强体与铝合金溶液存在密度差、浸润性差等问题，导致增强体出现下沉或上浮等现象，使后面浇铸的铸锭存在增强体含量下降或均匀性差等问题。
发明内容
本发明提供了一种半连续铸造的设备及铝基复合材料的半连续铸造方法，以解决现有铝基复合材料的半连续铸造，难以制备获得大尺寸、高均匀和高质量的半连续铸棒的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种半连续铸造的设备，包括熔炼保温炉、混合器和结晶器，压缩空气输送管连通至熔炼保温炉内以向熔炼保温炉内通入干燥的压缩空气，熔炼保温炉的输出端通过转液管连通至混合器，混合器上还连接有用于向混合器内定量吹送增强体材料的增强体材料定量添加装置，增强体材料定量添加装置上设有用于利用高压保护气将定量的增强体材料吹送至混合器内的高压气输送管，混合器的输出端通过浇铸管连通至结晶器中。
进一步地，混合器内布设有上搅拌盘和下搅拌盘，上搅拌盘的搅拌作用面和/或下搅拌盘的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造。
进一步地，凸形构造为沿上搅拌盘的搅拌作用面和/或下搅拌盘的搅拌作用面的径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿上搅拌盘的搅拌作用面和/或下搅拌盘的搅拌作用面的周向均匀间隔排布。
根据本发明的另一方面，还提供了一种铝基复合材料的半连续铸造方法，包括如下步骤：S1、熔炼准备：准备铝合金熔体，以及增强体材料；S2、搅拌混合：将铝合金熔体和增强体材料置于密闭的保护气氛环境下搅拌混合，且温度控制在复合熔体处于固液相的温度区间，得到复合熔体；S3、铸造成型：复合熔体浇注成型，得到铝基复合材料。
进一步地，步骤S2的搅拌混合在混合器中进行，混合器中布设有上搅拌盘和/或下搅拌盘，上搅拌盘的搅拌作用面和/或下搅拌盘的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造；凸形构造为呈径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿周向均匀间隔排布。
进一步地，步骤S1的熔炼准备，具体包括：将所需的基体铝合金按照各成分配比进行熔炼，得到成分均匀的铝合金熔体，同时将增强体材料在保护性气氛中进行预热，预热温度150-550℃，以保证增强体材料的干燥，同时减小与复合熔体的温度差；增强体材料选自碳化硅材料、氧化铝材料、碳化硼材料和硼化钛材料中的至少一种，且选自颗粒材料或短纤维材料中的至少一种。
进一步地，步骤S2的搅拌混合以及步骤S3的铸造成型，采用如上述半连续铸造的设备。
进一步地，通过压缩空气输送管向密闭的熔炼保温炉内通入干燥的压缩空气，在压力的作用下使铝合金熔体经转液管送入混合器的上搅拌盘与下搅拌盘之间；增强体材料定量添加装置向高压气输送管中添加增强体材料，通过高压气体将增强体材料吹送至混合器的上搅拌盘与下搅拌盘之间；在驱动装置的作用下，下搅拌盘做匀速转动，将铝合金熔体和增强体材料在上搅拌盘和下搅拌盘的S形波纹的波谷和波峰之间不停的搅拌混合，获得高均匀性的复合熔体；在转动离心力的作用下复合熔体从上搅拌盘与下搅拌盘之间被甩出，落入复合熔体收集盘中，复合熔体最终经浇铸管进入结晶器中进行铝基复合材料铸棒的生产。
进一步地，增强体材料的吹送和铝熔体的输送速度满足如下关系：制备体积分数x％的Al-xR的铝基复合材料VR/VAl＝x/(1-x)，R表示增强体材料颗粒或短纤维，VR表示吹送增强体材料的吹送速度，VAl表示铝合金熔体的输送速度。
进一步地，步骤S2的温度控制，通过温控系统控制上搅拌盘和/或下搅拌盘的温度，从而控制从混合器流出复合熔体的温度，进而制备出半固态的复合熔体，实现半固态复合熔体的半连续浇铸。
进一步地，步骤S2的通过高压气体将增强体材料吹送，具体为：增强体材料的吹送用高压Ar或N2气吹送，开始吹送增强体材料时，确保混合器中已经有铝合金熔体。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述的一种铝基复合材料的半连续铸造方法，通过混合器使增强体材料和铝合金熔体在炉外进行快速、连续的搅拌混合，可连续生产混合均匀的复合熔体，实现颗粒或短纤维增强铝基复合材料的半连续铸造。解决了目前铝基复合材料难以生产大尺寸、高均匀、高质量铸锭的难题，使铝基复合材料像常规铝合金半连续铸造一样高效、简单。
2、本发明所述的一种铝基复合材料的半连续铸造方法，其中混合器的搅拌盘的搅拌面设计了S形波纹，下搅拌盘转动时，可以使铝合金熔体和增强体材料均匀的分散在整个搅拌面上；同时使铝合金熔体和增强体材料在s形波纹的波峰波谷间不停的搅拌，通过强搅拌实现增强体材料与铝合金熔体的均匀混合，获得增强体材料均匀分散的复合熔体，从而获得高均匀性的铝基复合材料。
3、本发明所述的一种铝基复合材料的半连续铸造方法，通过控制混合器的温度，可以将从混合器中流出的熔体温度控制在固液相温度区间，从而可以制备半固态的复合熔体，实现铝基复合材料半固态熔体的半连续浇铸。半固态熔体的粘度大，可以降低在浇铸过程中增强体材料与铝合金熔体的分离现象；尤其是加一些与铝合金密度差异大、浸润性差的增强体材料的铝基复合材料制备时，半固态的复合熔体可以明显降低铝合金熔体与增强体材料的分离现象，从而获得更均匀的铝基复合材料。
4、本发明所述的一种铝基复合材料的半连续铸造方法，其中混合器增加了密封罩，可以充分利用吹送增强体材料的高压Ar或N2在密封罩了制造一个保护气氛，防止复合熔体在混合器中搅拌时铝合金熔体与空气接触而发生氧化，减少铝基复合材料铸棒中产生氧化皮的可能性，从而获得高质量的铸棒。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明优选实施例的铝基复合材料制备工艺流程示意图；
图2为本发明优选实施例的混合器结构示意图；
图3为本发明优选实施例的混合器上下搅拌盘搅拌面示意图(上搅拌盘/下搅拌盘的搅拌作用面的花纹一样)。
图例说明：
1、铝合金熔体；2、压缩空气输送管；3、转液管；4、增强体材料定量添加装置；5、高压气输送管；6、混合器；7、浇铸管；8、结晶器；9、复合熔体；10、固液相混合区；11、铝基复合材料铸棒；12、铸锭牵引头；13、密封罩；14、复合熔体收集盘；15、下搅拌盘；16、加热棒；17、冷却水出口；18、轴承；19、冷却水入口；20、上搅拌盘；21、传动轴；22、驱动电机；23、熔炼保温炉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1为本发明优选实施例的铝基复合材料制备工艺流程示意图；图2为本发明优选实施例的混合器结构示意图；图3为本发明优选实施例的混合器上下搅拌盘搅拌面示意图(上搅拌盘/下搅拌盘的搅拌作用面的花纹一样)。
如图1所示，本实施例的半连续铸造的设备，包括熔炼保温炉23、混合器6和结晶器8，压缩空气输送管2连通至熔炼保温炉23内以向熔炼保温炉23内通入干燥的压缩空气，熔炼保温炉23的输出端通过转液管3连通至混合器6，混合器6上还连接有用于向混合器6内定量吹送增强体材料的增强体材料定量添加装置4，增强体材料定量添加装置4上设有用于利用高压保护气将定量的增强体材料吹送至混合器6内的高压气输送管5，混合器6的输出端通过浇铸管7连通至结晶器8中。本发明半连续铸造的设备，分别采用熔炼保温炉23提供铝合金熔体1，采用混合器6进行铝合金熔体1与增强体材料混合搅拌，采用结晶器8成型铝基复合材料铸棒11，彼此之间的相互制约相对较少，可以形成各自的气氛环境、温度环境等，因此可以通过混合器6使增强体材料和铝合金熔体1在熔炼保温炉23的炉外进行快速、连续的搅拌混合，可连续生产混合均匀的复合熔体9，实现颗粒或短纤维增强铝基复合材料的半连续铸造；解决了目前铝基复合材料难以生产大尺寸、高均匀、高质量铸锭的难题，使铝基复合材料像常规铝合金半连续铸造一样高效、简单；混合器6采用密闭的保护性结构形式，例如混合器6包括密封罩13，密封罩13围合形成固液相混合区10，可以充分利用吹送增强体材料的高压Ar或N2在密封罩13内制造一个保护气氛，防止复合熔体9在混合器6中搅拌时铝合金熔体1与空气接触而发生氧化，减少铝基复合材料铸棒11中产生氧化皮的可能性，从而获得高质量的铸棒。可选地，熔炼保温炉23为密闭结构，压缩空气输送管2向熔炼保温炉23内输送高压保护性气体(例如Ar或N2)，以防止在密闭的熔炼保温炉23内，铝合金熔体1与空气接触而发生氧化，减少铝基复合材料铸棒11中产生氧化皮的可能性，从而获得高质量的铸棒。通过控制混合器6的温度，可以将从混合器6中流出的熔体温度控制在固液相温度区间，从而可以制备半固态的复合熔体，实现铝基复合材料半固态熔体的半连续浇铸。半固态熔体的粘度大，可以降低在浇铸过程中增强体材料与铝合金熔体1的分离现象；尤其是加一些与铝合金密度差异大、浸润性差的增强体材料的铝基复合材料制备时，半固态的复合熔体可以明显降低铝合金熔体1与增强体材料的分离现象，从而获得更均匀的铝基复合材料。根据本发明半连续铸造的设备的生产过程，高压气体吹送能够保证增强体材料充分熔入铝合金熔体1中，如不用高压气体将增强体材料强制吹入熔体中，可能出现增强体材料无法熔入铝合金熔体1中，进而导致一系列的后续问题，导致铝基复合材料铸棒11不合格。另外，采用高压气体吹送能够保证增强体材料充分熔入铝合金熔体1中，通过在上搅拌盘20内装设加热棒和冷却水系统，可以进行内部温度的调节控制，进而消减高压气体对于内部温度环境的影响。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，混合器6内布设有上搅拌盘20和下搅拌盘15，上搅拌盘20的搅拌作用面和/或下搅拌盘15的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体1和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造。混合器6的上搅拌盘20和下搅拌盘15的搅拌作用面设计凸形构造，下搅拌盘15转动时，可以使铝合金熔体1和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上；同时使铝合金熔体1和增强体材料在凸形构造的凹凸构造间不停的搅拌，通过强搅拌实现增强体材料与铝合金熔体1的均匀混合，获得增强体材料均匀分散的复合熔体9，从而获得高均匀性的铝基复合材料。
如图3所示，本实施例中，凸形构造为沿上搅拌盘20的搅拌作用面和/或下搅拌盘15的搅拌作用面的径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿上搅拌盘20的搅拌作用面和/或下搅拌盘15的搅拌作用面的周向均匀间隔排布。混合器6的上搅拌盘20和下搅拌盘15的搅拌作用面设计S形波纹，下搅拌盘15转动时，可以使铝合金熔体1和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上；同时使铝合金熔体1和增强体材料在S形波纹的波峰波谷间不停的搅拌，通过强搅拌实现增强体材料与铝合金熔体1的均匀混合，获得增强体材料均匀分散的复合熔体9，从而获得高均匀性的铝基复合材料。
本实施例的铝基复合材料的半连续铸造方法，包括如下步骤：S1、熔炼准备：准备铝合金熔体1，以及增强体材料；S2、搅拌混合：将铝合金熔体1和增强体材料置于密闭的保护气氛环境下搅拌混合，且温度控制在复合熔体9处于固液相的温度区间，得到复合熔体9；S3、铸造成型：复合熔体9浇注成型，得到铝基复合材料。通过控制温度，可以将流出复合熔体9的熔体温度控制在固液相温度区间，从而可以制备半固态的复合熔体9，实现铝基复合材料半固态熔体的半连续浇铸。半固态熔体的粘度大，可以降低在浇铸过程中增强体材料与铝合金熔体1的分离现象；尤其是加一些与铝合金密度差异大、浸润性差的增强体材料的铝基复合材料制备时，半固态的复合熔体可以明显降低铝合金熔体1与增强体材料的分离现象，从而获得更均匀的铝基复合材料。可选地，增强体材料选自碳化硅、氧化铝、碳化硼和硼化钛等材料的颗粒或短纤维中的一种。
本实施例中，步骤S2的搅拌混合在混合器6中进行，混合器6中布设有上搅拌盘20和/或下搅拌盘15，上搅拌盘20的搅拌作用面和/或下搅拌盘15的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体1和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造；凸形构造为呈径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿周向均匀间隔排布。混合器6的上搅拌盘20和/或下搅拌盘15的搅拌作用面设计成S形波纹，下搅拌盘15转动时，可以使铝合金熔体1和增强体材料均匀的分散在搅拌作用面上；同时使铝合金熔体1和增强体材料在S形波纹的波峰波谷间不停的搅拌，通过强搅拌实现增强体材料与铝合金熔体1的均匀混合，获得增强体材料均匀分散的复合熔体9，从而获得高均匀性的铝基复合材料。可选地，步骤S2所述的将上步骤得到的铝合金熔体1和增强体材料在混合器6中进行混合，铝合金熔体1和增强体材料的混合比例根据熔炼要求进行设定。可选地，步骤S2所述的混合器6的下搅拌盘15在工作时会进行转动搅拌，转速从0-300r/min连续可调。
本实施例中，步骤S1的熔炼准备，具体包括：将所需的基体铝合金按照各成分配比进行熔炼，得到成分均匀的铝合金熔体1，同时将增强体材料在保护性气氛中进行预热，预热温度150-550℃，以保证增强体材料的干燥，同时减小与复合熔体9的温度差；增强体材料选自碳化硅材料、氧化铝材料、碳化硼材料和硼化钛材料中的至少一种，且选自颗粒材料或短纤维材料中的至少一种。可选地，步骤S1所述的将所需的基体铝合金按照各成分配比进行熔炼，按照所选铝合金成分的常规熔炼工艺进行，熔炼工艺简单，生产效率高。可选地，步骤S1所述的将增强体材料进行预热，是将增强体材料在保护性气氛中进行预热。可选地，将增强体材料进行预热，预热温度为150-550℃，保证增强体材料的干燥，同时减小与复合熔体9的温度差。
本实施例中，步骤S2的搅拌混合以及步骤s3的铸造成型，采用如上述半连续铸造的设备。
本实施例中，通过压缩空气输送管2向密闭的熔炼保温炉23内通入干燥的压缩空气，在压力的作用下使铝合金熔体1经转液管3送入混合器6的上搅拌盘20与下搅拌盘15之间；增强体材料定量添加装置4向高压气输送管5中添加增强体材料，通过高压气体将增强体材料吹送至混合器6的上搅拌盘20与下搅拌盘15之间；在驱动装置的作用下，上搅拌盘20和/或下搅拌盘15做匀速转动，将铝合金熔体1和增强体材料在上搅拌盘20和下搅拌盘15的S形波纹的波谷和波峰之间不停的搅拌混合，获得高均匀性的复合熔体9；在转动离心力的作用下复合熔体9从上搅拌盘20与下搅拌盘15之间被甩出，落入复合熔体9收集盘中，复合熔体9最终经浇铸管7进入结晶器8中进行铝基复合材料铸棒11的生产。根据本发明铝基复合材料的半连续铸造方法，高压气体吹送能够保证增强体材料充分熔入铝合金熔体1中，如不用高压气体将增强体材料强制吹入熔体中，可能出现增强体材料无法熔入铝合金熔体1中，进而导致一系列的后续问题，导致铝基复合材料铸棒11不合格。另外，采用高压气体吹送能够保证增强体材料充分熔入铝合金熔体1中，通过在上搅拌盘20内装设加热棒和冷却水系统，可以进行内部温度的调节控制，进而消减高压气体对于内部温度环境的影响。
本实施例中，增强体材料的吹送和铝熔体的输送速度满足如下关系：制备体积分数x％的Al-xR的铝基复合材料VR/VAl＝x/(1-x)，R表示增强体材料颗粒或短纤维，VR表示吹送增强体材料的吹送速度，VAl表示铝合金熔体1的输送速度。
本实施例中，步骤S2的温度控制，通过温控系统控制上搅拌盘20和/或下搅拌盘15的温度，从而控制从混合器6流出复合熔体9的温度，进而制备出半固态的复合熔体9，实现半固态复合熔体9的半连续浇铸。可选地，温控系统由冷却水和加热棒16组成。可选地，上搅拌盘20固定布设，下搅拌盘15转动布设；下搅拌盘15的中轴向上搅拌盘20的中心盲孔内延伸，且下搅拌盘15的中轴与上搅拌盘20的中心盲孔通过轴承18，以通过上搅拌盘20对下搅拌盘15进行支撑，确保下搅拌盘15转动时的稳定性。可选地，冷却水的冷却水出口17和冷却水入口19均布设于上搅拌盘20上。
本实施例中，步骤S2的通过高压气体将增强体材料吹送，具体为：增强体材料的吹送用高压Ar或N2气吹送，开始吹送增强体材料时，确保混合器6中已经有铝合金熔体1。
实施例所述的一种铝基复合材料的半连续铸造方法，包括如下步骤：
S1、熔炼准备：将所需的基体铝合金按照各成分配比进行熔炼，得到成分均匀的铝合金熔体1；
将增强体材料在保护性气氛中进行预热，预热温度150-550℃，保证增强体材料的干燥，同时减小与复合熔体9的温度差；所述的增强体材料选自碳化硅、氧化铝、碳化硼和硼化钛等材料的颗粒或短纤维中的一种；
S2、将上步骤得到的铝合金熔体1和增强体材料在混合器6中进行混合(铝合金熔体1和增强体材料的混合比例根据熔炼要求进行设定)，得到复合熔体9；
所述的半连续铸造的设备包括，压缩空气输送管2、熔炼保温炉、转液管3、增强体材料定量添加装置4、高压气输送管5、混合器6、浇铸管7、结晶器8、铸锭牵引头12。
所述的压缩空气输送管2与密闭的熔炼保温炉联通，混合器6与熔炼保温炉通过转液管3相连，增强体材料定量添加装置4与高压气输送管5相连，通过高压气体将增强体材料吹送入混合器6中，复合熔体9从混合器6中流出后通过浇铸管7进入结晶器8中进行铸棒生产；所述的增强体材料的吹送用高压Ar或N2气吹送，开始吹送增强体材料时，确保混合器6中已经有铝合金熔体1；复合熔体9的制备过程包括：通过压缩空气输送管2向密闭的熔炼保温炉内通入干燥的压缩空气(优选地，采用压缩保护性气体，例如高压Ar或N2)，在压力的作用下使铝合金熔体1经转液管3送入混合器6的上搅拌盘20与下搅拌盘15之间；增强体材料定量添加装置4向高压气输送管5中添加增强体材料，通过高压气体将增强体材料送入混合器6的上搅拌盘20与下搅拌盘15之间；在驱动装置(驱动电机22和传动轴21)的作用下，下搅拌盘15做匀速转动，将铝合金熔体1和增强体材料在上搅拌盘20与下搅拌盘15的S形波纹的波谷和波峰之间不停的搅拌混合，获得高均匀性的复合熔体9；在转动离心力的作用下复合熔体9从上搅拌盘20与下搅拌盘15之间被甩出，落入复合熔体收集盘14中，最终经浇铸管7进入结晶器8中进行铝基复合材料铸棒11生产。增强体材料的吹送和铝熔体的输送速度(单位时间内输送的体积)满足如下关系：制备体积分数x％的Al-xR的铝基复合材料VR/VAl＝x/(1-x)，R表示增强体材料颗粒或短纤维，VR表示吹送增强体材料的吹送速度，VAl表示铝合金熔体1的输送速度。混合器6的上搅拌盘20与下搅拌盘15的搅拌作用面上都有S形波纹的特殊波纹结构，增加搅拌的均匀性，得到混合均匀的复合熔体9；在生产半固态熔体时，熔体在上搅拌盘20与下搅拌盘15的搅拌作用面的研磨下，有利于以获得细小、均匀的半固态颗粒。
S3、将上步骤得到的复合熔体9浇入半连续铸造的结晶器8中进行铸造成形。
S4、铸造完成后将铝基复合材料铸棒11从铸造井中吊出，完成铸造得到铝基复合材料。
实施例1：
一种铝基复合材料的半连续铸造方法，本实施例涉及一种SiC颗粒增强6061铝合金的半连续铸造方法，具体是直径300mm的5％SiC/6061铝基复合材料；
将6061铝合金进行熔炼，进行除气、除杂、扒渣、精炼等处理；
开始降温，待熔体温度稳定在720℃后，开始进行浇铸；混合器6中充满铝合金熔体1后，开始将经500℃预热后的SiC颗粒用高压Ar开始向混合器6中进行吹送；增强体材料吹送与铝合金熔体1的流量速度(L/min)比为VSiC/V6061＝5/95；将混合器6预热到200℃左右，工作转速为120r/min，使SiC颗粒和6061铝合金的熔体进行充分混合，得到高均匀性的5％SiC/6061铝基复合熔体(复合熔体9)；
将复合熔体9经复合熔体收集盘14收集后浇入半连续铸造的结晶器8中进行结晶铸造；开启铸锭机开始正常浇铸，铸造完成后将铝基复合材料铸棒11从铸造井中吊出，完成铸造。
实施例2：
一种铝基复合材料的半连续铸造方法，本实施例涉及一种SiC颗粒增强6061铝合金的半连续铸造方法，具体是直径300mm的10％SiC/6061铝基复合材料；
将6061铝合金进行熔炼，进行除气、除杂、扒渣、精炼等处理；
开始降温，待熔体温度稳定在720℃后，开始进行浇铸；混合器6中充满铝合金熔体1后，开始将经500℃预热后的SiC颗粒用高压Ar开始向混合器6中进行吹送；增强体材料吹送与铝合金熔体1的流量速度(L/min)比为VSiC/V6061＝10/90；将混合器6预热到200℃左右，工作转速为150r/min，使SiC颗粒和6061铝合金熔体进行充分混合，得到高均匀性的10％SiC/6061铝基复合熔体(复合熔体9)；
将复合熔体9经复合熔体收集盘14收集后浇入半连续铸造的结晶器8中进行结晶铸造；开启铸锭机开始正常浇铸，铸造完成后将铝基复合材料铸棒11从铸造井中吊出，完成铸造。
实施例3：
一种铝基复合材料的半连续铸造方法，本实施例涉及一种SiC颗粒增强6061铝合金的半连续铸造方法，具体是直径300mm的35％SiC/6061铝基复合材料；
将6061铝合金进行熔炼，进行除气、除杂、扒渣、精炼等处理；开始降温，待熔体温度稳定在720℃后，开始进行浇铸；混合器6中充满铝合金熔体1后，开始将经500℃预热后的SiC颗粒用高压Ar开始向混合器6中进行吹送；增强体材料吹送与铝合金熔体1的流量速度(L/min)比为VSiC/V6061＝35/65；将混合器6预热到200℃左右，工作转速为120r/min，使SiC颗粒和6061铝合金熔体进行充分混合，得到高均匀性的35％SiC/6061铝基复合熔体；
将复合熔体9经复合熔体收集盘14收集后浇入半连续铸造的结晶器8中进行结晶铸造；开启铸锭机开始正常浇铸，铸造完成后将铝基复合材料铸棒11从铸造井中吊出，完成铸造。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半连续铸造的设备，包括熔炼保温炉(23)、混合器(6)和结晶器(8)，其特征在于，
压缩空气输送管(2)连通至熔炼保温炉(23)内以向熔炼保温炉(23)内通入干燥的压缩空气，
熔炼保温炉(23)的输出端通过转液管(3)连通至混合器(6)，
混合器(6)上还连接有用于向混合器(6)内定量吹送增强体材料的增强体材料定量添加装置(4)，增强体材料定量添加装置(4)上设有用于利用高压保护气将定量的增强体材料吹送至混合器(6)内的高压气输送管(5)，
混合器(6)的输出端通过浇铸管(7)连通至结晶器(8)中。
2.根据权利要求1所述的半连续铸造的设备，其特征在于，
混合器(6)内布设有上搅拌盘(20)和下搅拌盘(15)，
上搅拌盘(20)的搅拌作用面和/或下搅拌盘(15)的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体(1)和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造。
3.根据权利要求2所述的半连续铸造的设备，其特征在于，
凸形构造为沿上搅拌盘(20)的搅拌作用面和/或下搅拌盘(15)的搅拌作用面的径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿上搅拌盘(20)的搅拌作用面和/或下搅拌盘(15)的搅拌作用面的周向均匀间隔排布。
4.一种铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、熔炼准备：准备铝合金熔体(1)，以及增强体材料；
S2、搅拌混合：将铝合金熔体(1)和增强体材料置于密闭的保护气氛环境下搅拌混合，且温度控制在复合熔体(9)处于固液相的温度区间，得到复合熔体(9)；
S3、铸造成型：复合熔体(9)浇注成型，得到铝基复合材料。
5.根据权利要求4所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
步骤S2的搅拌混合在混合器(6)中进行，混合器(6)中布设有上搅拌盘(20)和/或下搅拌盘(15)，
上搅拌盘(20)的搅拌作用面和/或下搅拌盘(15)的搅拌作用面上布设有用于使铝合金熔体(1)和增强体材料均匀的分散在整个搅拌作用面上的凸形构造；
凸形构造为呈径向布设的S形波纹，多条S形波纹沿周向均匀间隔排布。
6.根据权利要求4所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
步骤S1的熔炼准备，具体包括：
将所需的基体铝合金按照各成分配比进行熔炼，得到成分均匀的铝合金熔体(1)，同时将增强体材料在保护性气氛中进行预热，预热温度150-550℃，以保证增强体材料的干燥，同时减小与复合熔体(9)的温度差；
增强体材料选自碳化硅材料、氧化铝材料、碳化硼材料和硼化钛材料中的至少一种，且选自颗粒材料或短纤维材料中的至少一种。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
步骤S2的搅拌混合以及步骤S3的铸造成型，采用如权利要求1至3中任一项所述的半连续铸造的设备。
8.根据权利要求7所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
通过压缩空气输送管(2)向密闭的熔炼保温炉(23)内通入干燥的压缩空气，在压力的作用下使铝合金熔体(1)经转液管(3)送入混合器(6)的上搅拌盘(20)与下搅拌盘(15)之间；
增强体材料定量添加装置(4)向高压气输送管(5)中添加增强体材料，通过高压气体将增强体材料吹送至混合器(6)的上搅拌盘(20)与下搅拌盘(15)之间；
在驱动装置的作用下，下搅拌盘(15)做匀速转动，将铝合金熔体(1)和增强体材料在上搅拌盘(20)和下搅拌盘(15)的S形波纹的波谷和波峰之间不停的搅拌混合，获得高均匀性的复合熔体(9)；
在转动离心力的作用下复合熔体(9)从上搅拌盘(20)与下搅拌盘(15)之间被甩出，落入复合熔体(9)收集盘中，复合熔体(9)最终经浇铸管(7)进入结晶器(8)中进行铝基复合材料铸棒(11)的生产。
9.根据权利要求8所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
增强体材料的吹送和铝熔体的输送速度满足如下关系：
制备体积分数x％的Al-xR的铝基复合材料VR/VA1＝x/(1-x)，R表示增强体材料颗粒或短纤维，VR表示吹送增强体材料的吹送速度，VAl表示铝合金熔体的输送速度。
10.根据权利要求8所述的铝基复合材料的半连续铸造方法，其特征在于，
步骤S2的温度控制，通过温控系统控制上搅拌盘(20)和/或下搅拌盘(15)的温度，从而控制从混合器(6)流出复合熔体(9)的温度，进而制备出半固态的复合熔体(9)，实现半固态复合熔体(9)的半连续浇铸。
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