CN218910469U - 铝合金铸锭晶粒细化的生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，包括氩气精炼设备和过滤设备，其特征在于：所述氩气精炼设备的前端依次设有用于卷绕输出铝钛硼丝的喂丝机和用于对铝钛硼丝进行预加热的电磁感应加热线圈，本实用新型通过对晶粒细化剂的加热，提高晶粒细化剂的温度，进而提高晶粒细化剂的添加均匀性，从而确保晶粒细化剂的添加效果，实现铸锭晶粒细化和铸锭质量优良兼具的效果，满足铝合金铸锭高质量发展要求。

Description

铝合金铸锭晶粒细化的生产装置

技术领域

本实用新型属于有色金属加工的技术领域，具体涉及一种铝合金铸锭晶粒细化的生产装置。

背景技术

铝合金铸锭晶粒细化是指理想的铸锭组织整个截面上具有均匀、细小的等轴晶，这是因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，有利于铸造及随后的塑性加工。

为实现铝合金铸锭晶粒细化，当前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等；利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体（铝液熔体），增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化；不只晶粒度影响铸锭的质量和力学性能，枝晶的细化程度及枝晶间的疏松、偏析、夹杂等对铸锭质量也有很大影响。

枝晶的细化程度主要取决于凝固前沿的过冷，这种过冷与铸造结晶速度有关，靠近结晶前沿区域的过冷度越大，结晶前沿越窄，晶粒内部结构就越小。

在工业生产运用中，调控晶粒大小的主要方式为：加入细化剂、调整铝合金化学成分或调整铸造参数（铸造速度、铸造温度、冷却水）；然而这些方式虽然能在调控晶粒大小方面起到良好效果，但通常也会引发其它铸锭质量问题。

如晶粒细化剂的影响，细化剂对铸锭质量影响主要有，由于是引入了非本合金元素所必须的添加剂，故细化剂的加入实际是一种杂质的增加，当添加量过多时，会引发铝钛或铝硼等的聚集，由于该类聚集是微量的，在铸造结束后的铸锭质量检测中难以发现，并容易被认为是合格品而导致流出到下一工序；当其被后续加工减薄后，该缺陷将被放大，进而造成阳极氧化时的色差、材料线等缺陷，从而影响成品外观质量，或者在被进行冲压、拉伸等减薄工序时，出现裂口、褶皱等问题，从而影响产品使用性能；当添加量过少时，会导致晶粒细化效果有限（因形核质点大大减少），同时会导致铸造开裂、加工条纹、粗晶等问题而影响使用。

而化学成分或铸造参数调整方面，由于合金成分是根据客户的使用要求、力学性能等综合因素确定的，化学成分调整优化晶粒细化效果的方式基本无法获得应用；铸造参数的调整还要考虑铸造成功率、现场环境因素、生产效率等问题，并且需要结合表面偏析层厚度、铸造裂纹、偏析瘤、漏铝、铸锭弯曲、铸锭形状等多种复杂问题的影响情况，故其在晶粒细化方面调控手段有限。

因此，采用怎样行之有效的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，成为本申请亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术不足，提供一种铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，该生产装置能够保证铸锭质量优良的情况下实现铸锭晶粒细化。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，包括氩气精炼设备和过滤设备，其特征在于：所述氩气精炼设备的前端依次设有用于卷绕输出铝钛硼丝的喂丝机和用于对铝钛硼丝进行预加热的电磁感应加热线圈。

进一步的，上述喂丝机与电磁感应加热线圈之间设有线材矫直机。

进一步的，上述电磁感应加热线圈的截面积为7850~125600平方毫米，线圈长度为100~800毫米；所述铝钛硼丝的直径为6-12毫米。

本实用新型铝合金铸锭晶粒细化的方法的工作机理：

当提高晶粒细化剂加入铝液熔体时的温度，一是提高了晶粒细化剂加入铝液熔体的均匀性，二是可以进一步提高晶粒细化剂的含量，但不引发其它质量问题，这是由于当提高了晶粒细化剂的温度时，其熔入到铝液熔体时，与高温铝水充分混合能力大大提升，大大缩短了晶粒细化剂由固态转变为液态时间，也大大缩短了液态晶粒细化剂与液态铝水均匀混合的时间，避免或减少形成铝钛/铝硼聚集。

本实用新型铝合金铸锭晶粒细化的生产装置的有益效果在于：通过对晶粒细化剂的提前矫直及加热，提高了其加入到铝液的温度，大大提高晶粒细化剂的细化效果，并提高了铸锭质量。

附图说明

图1是本实用新型的原理构造示意图。

具体实施方式

铝合金铸锭晶粒细化的方法，依次包括铝液熔体的氩气精炼工序和过滤工序，在铝液熔体进入氩气精炼工序前，在铝液熔体中加入预热的晶粒细化剂，晶粒细化剂可以采用Al5TiB、Al3Ti4B、Al3Ti3B等粉剂，该晶粒细化剂较佳采用铝钛硼丝，晶粒细化剂预热的温度较佳为300~650℃，最佳为450度左右。

其中氩气精炼工序即在氩气精炼设备1中进行，该工序机理即是工作中旋转的转子将吹入铝液中的惰性气体（氩气或氮气）破碎成大量的弥散气泡，并使其分散在铝液中，气泡在铝液中靠气体分压差和表面吸附原理，吸收铝液中的氢，吸附氧化夹渣，并随气泡上升而被带出铝液表面，使铝液得以净化。

其中过滤工序即在现有的过滤设备2中通过过滤网等实现铝液的过滤，以去除杂质。

上述晶粒细化剂的预热可以采用多种方式，可以采用明火加热或烘热箱加热等，但采用电磁感应加热线圈来实现较佳，铝钛硼丝从电磁感应加热线圈中心穿过实现加热，该电磁感应加热线圈的位置位于氩气精炼工序加工设备的前端。

具体的上述电磁感应加热线圈的截面积为7850~125600平方毫米，线圈长度为100~800毫米，电磁感应加热线圈的功率可以在0.5-8千瓦；铝钛硼丝的直径可以为6-12毫米。

为了使进入电磁感应加热线圈中的铝钛硼丝更加笔直，在铝钛硼丝进入电磁感应加热线圈前，先经过矫直机6矫直。

通常铝液在进入氩气精炼工序前，是由长料槽流动输送至氩气精炼工序的料槽中，因此，铝钛硼丝3可以以与长料槽中流动的铝液熔体7相同的流动速度熔入铝液熔体中，即铝钛硼丝输送速度与铝液熔体的流动速度相同。

本实用新型铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，包括氩气精炼设备1和过滤设备2，所述氩气精炼设备1的前端依次设有用于卷绕输出铝钛硼丝3的喂丝机4和用于对铝钛硼丝进行预加热的电磁感应加热线圈5；上述喂丝机与电磁感应加热线圈之间设有线材矫直机6。

上述氩气精炼设备是现有设备，其原理是工作中旋转的转子将吹入铝液中的惰性气体（氩气或氮气）破碎成大量的弥散气泡，并使其分散在铝液中；气泡在铝液中靠气体分压差和表面吸附原理，吸收铝液中的氢，吸附氧化夹渣，并随气泡上升而被带出铝液表面，使铝液得以净化；由于气泡细小弥散，与旋转熔液均匀混合中，并随之转动呈螺旋形缓慢上浮，与铝液接触时不会形成连续直线上升产生的气流，从而显著提高了净化效果。

上述过滤设备2是现有设备，其可以通过过滤网等材料实现铝液的过滤，以去除杂质。

上述喂丝机4可以是卷绕机或喂丝机，其作用在于为铝钛硼丝3的输出提供动力，以及提供储料。

上述矫直机也是现有的设备，其是对金属型材、棒材、管材、线材等进行矫直的设备，矫直机通过矫直辊对铝钛硼丝3进行挤压使其提高直线度。

上述电磁感应加热线圈5（又称电磁加热圈）的作用在于给铝钛硼丝3进行预热，使晶粒细化剂（铝钛硼丝3）预热的温度达300~650℃。

上述电磁感应加热线圈的截面积为7850~125600平方毫米，线圈长度为100~800毫米，电磁感应加热线圈的功率可以在0.5-8千瓦；所述铝钛硼丝的直径为6-12毫米。

在铝液熔体经过过滤设备2后，进入铸造平台8中进行铸造。

为保证能有效实现晶粒细化剂高温稳定加入到高温铝液中，

1）在晶粒细化剂添加装置（喂丝机、喂丝机）的出口，设置电磁感应加热线圈，实现其高温预热的要求，该电磁感应加热线圈的有效截面积应在7850~125600平方毫米，低于7850平方毫米时，线圈截面积偏小，会影响晶粒细化剂的正常输送运行；高于125600平方毫米时，线圈截面积偏大，会极大降低加热效率，从而影响晶粒细化剂和铝液的速度，影响生产效率，该电磁感应加热线圈的有效长度应在100~800毫米（较佳采用280毫米），太短加热效率不高，难以使其温度瞬时提升，太长则易导致晶粒细化剂输送不正常，容易使晶粒细化剂碰触设备而无法运行；电磁感应加热线圈的功率可以在0.5-8千瓦，较佳采用3千瓦。

2）在电磁感应加热线圈入口，增加设置矫直机，能实现晶粒细化剂的在线矫直，确保晶粒细化剂在电磁感应加热线圈中，能够平稳运行；否则易导致运行时停止输送。

3）晶粒细化剂加入温度应在300~650℃，低于300℃时，由于温度太低，无法有效提升晶粒细化剂的添加效果；高于650℃时，加热时间过长，加热温度难以达到，且易被氧化形成氧化膜，甚至出现晶粒细化剂被液化的现象，最佳的预热温度在450度。

4）高温预热的晶粒细化剂在氩气精炼工序和过滤工序前加入到铝液熔体中，可以充分利用氩气精炼过程，提高高温预热的晶粒细化剂的扩散、溶解速度，提高晶粒细化剂的细化效果，并将较大杂质进行过滤，进一步提高熔体质量。

按照本申请的控制手段及相关参数，能高效、快速、低成本的实现铝合金铸锭的晶粒细化，并提高铸锭质量，实现铝合金铸锭的高质量发展。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，包括氩气精炼设备和过滤设备，其特征在于：所述氩气精炼设备的前端依次设有用于卷绕输出铝钛硼丝的喂丝机和用于对铝钛硼丝进行预加热的电磁感应加热线圈。

2.根据权利要求1所述的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，其特征在于：所述喂丝机与电磁感应加热线圈之间设有线材矫直机。

3.根据权利要求1或2所述的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，其特征在于：所述电磁感应加热线圈的截面积为7850~125600平方毫米。

4.根据权利要求3所述的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，其特征在于：所述线圈长度为100~800毫米。

5.根据权利要求4所述的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，其特征在于：所述铝钛硼丝的直径为6-12毫米。

6.根据权利要求5所述的铝合金铸锭晶粒细化的生产装置，其特征在于：所述电磁感应加热线圈的功率在0.5-8千瓦。

Images