專利名稱：一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
鋁合金鑄錠的制備方法有多種，如塊式鐵模鑄造、半連續(xù)鑄造、鑄軋等，其中半連續(xù)鑄造，又名DC鑄造，應(yīng)用最為廣泛。半連續(xù)鑄造可概括定義如下一種將液態(tài)金屬連續(xù)引入特定形狀的結(jié)晶器中，在結(jié)晶器的冷卻作用下凝固成為鑄錠，并以一定的速度連續(xù)牽引出結(jié)晶器，最終形成一定長(zhǎng)度鑄錠的鑄造方法。半連續(xù)鑄造技術(shù)最早由美國(guó)Alcoa鋁業(yè)公司于1953年成功開(kāi)發(fā)。由于鋁的導(dǎo)熱性能好、熔體金屬容易處理和優(yōu)良的使用性能等特點(diǎn)，在近五十年里，鋁的連續(xù)鑄造技術(shù)得到了顯著的發(fā)展。與傳統(tǒng)的模鑄相比，半連續(xù)鑄造生產(chǎn)效率高，凝固組織更致密。盡管鋁合金半連續(xù)鑄造得到了廣泛應(yīng)用，但是該方法也存在問(wèn)題。半連續(xù)鑄造凝固過(guò)程最顯著的特點(diǎn)是金屬熔體表面受到結(jié)晶器的強(qiáng)烈冷卻作用，導(dǎo)致熔體內(nèi)外冷卻強(qiáng)度差異大，造成內(nèi)外熔體凝固不同步，產(chǎn)生鑄錠橫截面上組織不均勻、合金元素宏觀偏析、鑄造應(yīng)力與裂紋等缺陷。上述缺陷的出現(xiàn)不僅會(huì)降低鑄錠的成品率，還將對(duì)鑄錠的進(jìn)一步加工成形帶來(lái)諸多不利影響，影響最終金屬制品的質(zhì)量。20世紀(jì)70-80年代研究成功了熱頂鑄造，使鑄錠表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率大為提高。熱錠頂鑄造是在傳統(tǒng)半連續(xù)鑄造法的結(jié)晶器內(nèi)襯石墨環(huán)，同時(shí)上面加上耐火材料套，降低結(jié)晶器的有效冷卻高度，減少了結(jié)晶器傳熱，而且采用同水平澆注，在澆注系統(tǒng)上安裝液面控制器，很容易控制鋁合金液面高度，鋁合金流動(dòng)平穩(wěn)，避免了澆注時(shí)擾動(dòng)、裹氣。鑄棒的內(nèi)在品質(zhì)穩(wěn)定，但是，鑄棒表層出現(xiàn)隱藏式冷隔，鑄棒的表面拉痕嚴(yán)重。隱藏式冷隔的出現(xiàn)使鑄棒的成分偏析厚度超過(guò) 1mm。而且熱頂鑄造受到合金種類、生產(chǎn)率要求的制約，只能起到有限的改善作用。此外，在連續(xù)鑄造中，液態(tài)金屬的凝固成型大都是在結(jié)晶器(模殼)中進(jìn)行的，由于兩者之間存在著摩擦和磨損，造成凝固的鑄錠表面有很多缺陷，如疤痕、表面皺褶等等，這樣在后續(xù)加工時(shí)， 不得不將鑄錠有缺陷的表面銑掉，造成很大的資源浪費(fèi)。綜上所述，半連續(xù)鑄造是當(dāng)前鋁合金鑄錠最主要的生產(chǎn)方式，但由于自身工藝特性決定了在生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)組織不均勻、合金元素偏析、鑄造應(yīng)力與裂紋、表面拉痕等缺陷。而上述缺陷將直接影響產(chǎn)品的成材率和最終鋁加工制品的質(zhì)量，因此，有必要進(jìn)一步改進(jìn)和完善該工藝。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種在磁場(chǎng)與油潤(rùn)滑共同作用下的同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備及其方法，本發(fā)明方法能同時(shí)提高鋁合金圓鑄棒的內(nèi)部和表面質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案的設(shè)備由由結(jié)晶器、水箱、勵(lì)磁線圈、勵(lì)磁電源、石墨環(huán)、潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)和鑄造機(jī)組成；結(jié)晶器同水平安裝于水箱之上，勵(lì)磁線圈與水箱連接，置于結(jié)晶器外部，結(jié)晶器內(nèi)部上半部安裝保溫帽，保溫帽下方為石墨環(huán)，引錠頭位于結(jié)晶器內(nèi)部石墨環(huán)的下沿；勵(lì)磁線圈外接勵(lì)磁電源提供電流，石墨環(huán)外側(cè)通過(guò)油管連接潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)， 引錠頭下部連接鑄造機(jī)。其中所述的結(jié)晶器由整塊鍛鋁加工而成，其下部有兩排出水孔，兩排水孔與豎直方向的角度相差20-40度；
所述的勵(lì)磁線圈為為防水絕緣線圈，由表面經(jīng)絕緣處理的銅線纏繞而成，匝數(shù)為 50-200匝；在勵(lì)磁線圈外部有冷卻套；
所述的勵(lì)磁電源包含1-6個(gè)通道，通道之間為并聯(lián)，每個(gè)通道內(nèi)為串聯(lián)，產(chǎn)生5-50Hz的交變電流，電流強(qiáng)度最高達(dá)300A ；
所述的石墨環(huán)所用石墨為多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為100-300nm ； 所述的潤(rùn)滑系統(tǒng)由油箱、齒輪泵、油濾器、閥門(mén)和管路組成。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案的步驟是
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿l_3mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固5-20s，形成坯殼后，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造，在生產(chǎn)直徑小于 400 mm的鑄錠時(shí)，初始啟動(dòng)速度為10mm/min-100mm/min，然后在^iiin內(nèi)線性增加至20mm/ min-200mm/min的鑄造速度；在生產(chǎn)直徑彡400 mm的鑄錠時(shí)，鑄造速度為10mm/min-50mm/ min，鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0. 5-lmin，然后繼續(xù)引出30mm后，引錠頭緩沖0. 5-lmin,即開(kāi)始階段起一停一起一停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復(fù)之前的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率范圍為5_50Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度范圍為50-300A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電磁攪拌與油潤(rùn)滑共同作用下的鋁合金圓鑄棒半連續(xù)鑄造，可以同時(shí)改善鑄錠的內(nèi)部冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量；
在鑄造過(guò)程中，勵(lì)磁電源對(duì)勵(lì)磁線圈施加5-50Hz的低頻交流電，使熔體內(nèi)部產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，金屬熔體內(nèi)部的感生電流與磁場(chǎng)交互作用，使金屬熔體受到電磁力驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流，上述流動(dòng)將顯著改善熔體內(nèi)的溫度分布一方面，磁場(chǎng)引起的強(qiáng)制對(duì)流對(duì)熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌作用，使熔體溫度場(chǎng)非常均勻；另一方面強(qiáng)制對(duì)流增強(qiáng)了熔體與石墨環(huán)以及和固液界面的傳熱，使熔體在進(jìn)入結(jié)晶器后迅速降溫至液相線以下，即磁致過(guò)冷現(xiàn)象。低頻電磁場(chǎng)引起的磁致過(guò)冷，在熔體內(nèi)部同時(shí)形成大量異質(zhì)核心，減少了晶核的重熔；同時(shí)，強(qiáng)制對(duì)流增加了結(jié)晶器壁和液面處的形核及游離，從而使單位體積熔體內(nèi)的有效形核量增加，而有效形核數(shù)量增加是晶粒平均尺寸減小的關(guān)鍵。另外，強(qiáng)制對(duì)流使得熔體溫度場(chǎng)、成分場(chǎng)均勻，抑制成分過(guò)冷，破裂或熔斷枝晶，有利于晶粒均勻長(zhǎng)大。晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中隨熔體運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，相互碰撞和摩擦，抑制了某個(gè)方向過(guò)度長(zhǎng)大，最終，形成均勻、細(xì)小的等軸晶組織；本發(fā)明技術(shù)方案中的潤(rùn)滑系統(tǒng)由油箱、齒輪泵、油濾器、閥門(mén)、管路組成，潤(rùn)滑油經(jīng)結(jié)晶器內(nèi)的管路進(jìn)入多孔石墨與結(jié)晶器之間的空腔，然后在一定壓力下通過(guò)多孔石墨滲透進(jìn)入鑄造區(qū)域。在鑄錠表面與石墨環(huán)之間施加潤(rùn)滑可以起到兩方面作用一是為鑄錠與石墨環(huán)之間提供潤(rùn)滑，減少二者之間的摩擦阻力，避免劃痕、裂口等表面缺陷出現(xiàn)，獲得光滑的鑄錠表面；二是可以減弱石墨環(huán)與鑄錠表面之間的一次冷卻，使鑄錠內(nèi)部溫度梯度減少，液穴變得淺平，鑄錠內(nèi)外組織更加均勻；
在鋁合金圓鑄錠的半連續(xù)鑄造過(guò)程中同時(shí)施加磁場(chǎng)和油潤(rùn)滑可以全面提高鑄錠的內(nèi)外冶金質(zhì)量，利用本發(fā)明中的設(shè)備和方法可以生產(chǎn)出晶粒細(xì)小均勻，表面光滑的鋁合金鑄錠。鑄錠內(nèi)部冶金質(zhì)量提高可以改善鑄錠的加工性，從源頭上控制住材料內(nèi)部的缺陷，為進(jìn)一步的深加工提供良好的坯料；鑄錠表面質(zhì)量提高可以減少表面車削量，提高產(chǎn)品的成品率。


圖1是本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)其中1 勵(lì)磁線圈；2 水箱；3 結(jié)晶器；4 引錠頭；5 水孔；6 石墨環(huán)；7 保溫帽；8 壓環(huán)；
圖2是圖1中A的局部放大其中9 油管；10 油路；11 結(jié)晶器內(nèi)壁；
圖3是鋁熔體的溫度梯度其中(a)為無(wú)磁場(chǎng)作用下鋁熔體的溫度梯度圖；(b)為磁場(chǎng)作用下鋁熔體的溫度梯度
圖4是鑄錠的宏觀組織其中(a)為無(wú)磁場(chǎng)作用下的鑄錠的宏觀組織圖；(b)為磁場(chǎng)作用下的鑄錠的宏觀組織
圖5是鑄錠的微觀組織其中(a)為無(wú)磁場(chǎng)作用下的鑄錠的微觀組織圖；(b)為磁場(chǎng)作用下的鑄錠的微觀組織
圖6是鑄錠分別在有潤(rùn)滑和無(wú)潤(rùn)滑條件下的表面質(zhì)量對(duì)比其中(a)為無(wú)磁場(chǎng)和無(wú)潤(rùn)滑條件下鑄錠的表面；(b)為有磁場(chǎng)有潤(rùn)滑條件下鑄錠的表
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，勵(lì)磁線圈1由螺桿及壓片連接于水箱2，結(jié)晶器 3水平安裝于水箱2之上，勵(lì)磁線圈1置于結(jié)晶器3外部，保溫帽7通過(guò)壓環(huán)8安裝于結(jié)晶器3內(nèi)部上半部，保溫帽7下方為石墨環(huán)6，引錠頭4位于結(jié)晶器內(nèi)3部石墨環(huán)6的下沿； 勵(lì)磁線圈1外接勵(lì)磁電源提供電流，石墨環(huán)6外側(cè)通過(guò)油管連接潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)，引錠頭4 下部連接鑄造機(jī)；
鑄造過(guò)程中，打開(kāi)油閥后，潤(rùn)滑油經(jīng)進(jìn)油管9進(jìn)入結(jié)晶器3內(nèi)，并通過(guò)結(jié)晶器3內(nèi)的油路10進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)壁11與石墨環(huán)6外壁之間。石墨環(huán)6外壁加工有螺旋槽，便于潤(rùn)滑油進(jìn)入。當(dāng)潤(rùn)滑油達(dá)到一定壓力后，通過(guò)多孔石墨緩慢滲透進(jìn)入石墨環(huán)6內(nèi)壁，為鑄造提供潤(rùn)滑。實(shí)施例1
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿1mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固5s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為380mm的鑄錠，初始啟動(dòng)速度為lOmm/min，然后在aiiin內(nèi)線性增加至20mm/ min的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為20Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 300A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。在不開(kāi)啟勵(lì)磁電源，即無(wú)磁場(chǎng)條件下，保持其他步驟相同，生產(chǎn)直徑為300mm的鋁錠作為實(shí)施例1的對(duì)比組1 ；
磁場(chǎng)作用對(duì)鋁熔體流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響如圖3所示；在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)，結(jié)晶器的冷卻使表層熔體溫度迅速降低，與此同時(shí)熔體中心仍保持較高的溫度，導(dǎo)致熔體內(nèi)外溫差大，液穴即深且陡，易造成組織不均、成分偏析等缺陷。施加磁場(chǎng)后，在電磁驅(qū)動(dòng)對(duì)流的作用下，液穴中心部分的過(guò)熱熔體帶向表面，表面的低溫熔體帶回中心，使液穴內(nèi)部的熔體溫度更加均勻，同時(shí)電磁驅(qū)動(dòng)對(duì)流加強(qiáng)了熔體與外界環(huán)境之間的傳熱，有效降低了液穴內(nèi)部的熔體溫度，液穴深度降低，兩相區(qū)擴(kuò)大；
電磁鑄造對(duì)鑄錠晶粒組織的細(xì)化效果如圖4和圖5所示，施加磁場(chǎng)和無(wú)磁場(chǎng)鑄造平均晶粒尺寸分別為60 μ m和200 μ m,晶粒細(xì)化效果顯著；
在不開(kāi)啟勵(lì)磁電源，不開(kāi)啟油閥，即無(wú)磁場(chǎng)、無(wú)潤(rùn)滑條件下，保持其他步驟相同，生產(chǎn)直徑為300mm的鋁錠作為實(shí)施例1的對(duì)比組2 ；
圖6為有無(wú)潤(rùn)滑鑄錠表面質(zhì)量對(duì)比，由圖可知，油潤(rùn)滑作用可以顯著提高鑄錠表面質(zhì)量。實(shí)施例2
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿1mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固5s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為300mm的鑄錠，初始啟動(dòng)速度為15mm/min，然后在aiiin內(nèi)線性增加至30mm/ min的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為20Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 200A ；(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。實(shí)施例3
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿1mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固5s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為200mm的鑄錠，初始啟動(dòng)速度為50mm/min，然后在aiiin內(nèi)線性增加至IOOmm/ min的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為30Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 150A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。實(shí)施例4
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿1mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固5s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為60mm的鑄錠，初始啟動(dòng)速度為lOOmm/min，然后在aiiin內(nèi)線性增加至200mm/ min的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為50Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為
50A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。實(shí)施例5
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿2mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固10s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑400 mm的鑄錠，鑄造速度為30mm/min鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0. 5min，然后繼續(xù)引出30mm后，引錠頭緩沖0. 5min，即開(kāi)始階段起一停一起一停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復(fù)之前的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為15Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 300A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。實(shí)施例6(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿3mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固20s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為600 mm的鑄錠，鑄造速度為30mm/min鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0. 5min，然后繼續(xù)引出30mm后，引錠頭緩沖0. 5min，即開(kāi)始階段起一停一起一停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復(fù)之前的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為15Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 300A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。
實(shí)施例7
(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿3mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；
(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；
(3)鋁液在空腔中凝固20s，形成坯殼后，在自重和引錠頭的牽引下下移，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造直徑為800 mm的鑄錠，鑄造速度為lOmm/min鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0. 5min，然后繼續(xù)引出30mm后，引錠頭緩沖0. 5min，即開(kāi)始階段起一停一起一停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復(fù)之前的鑄造速度；
(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率為5Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度為 300A ；
(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。
權(quán)利要求
1.一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備由結(jié)晶器、水箱、勵(lì)磁線圈、勵(lì)磁電源、保溫帽、石墨環(huán)、潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)和鑄造機(jī)組成；結(jié)晶器水平安裝于水箱之上，勵(lì)磁線圈與水箱連接，置于結(jié)晶器外部，結(jié)晶器內(nèi)部上半部安裝保溫帽，保溫帽下方為石墨環(huán)，引錠頭位于結(jié)晶器內(nèi)部石墨環(huán)的下沿；勵(lì)磁線圈外接勵(lì)磁電源提供電流，石墨環(huán)外側(cè)通過(guò)油管連接潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)，引錠頭下部連接鑄造機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于所述的結(jié)晶器由整塊鍛鋁加工而成，其下部有兩排出水孔，兩排水孔與豎直方向的角度相差20-40 度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于所述的勵(lì)磁線圈為防水絕緣線圈，由表面經(jīng)絕緣處理的銅線纏繞而成，匝數(shù)為50-200匝；在勵(lì)磁線圈外部有冷卻套。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于所述的勵(lì)磁電源包含1-6個(gè)通道，每個(gè)通道是一個(gè)完整的供電回路，通道之間為并聯(lián)，每個(gè)通道內(nèi)為串聯(lián)，產(chǎn)生5-50Hz的交變電流，電流強(qiáng)度< 300A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于所述的石墨環(huán)所用石墨為多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為100-300nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備，其特征在于所述的潤(rùn)滑系統(tǒng)由油箱、齒輪泵、油濾器、閥門(mén)和管路組成。
7.一種采用如權(quán)利要求1所述的設(shè)備同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)引錠頭在鑄造機(jī)的托舉下升入結(jié)晶器內(nèi)，引錠頭上沿距石墨環(huán)下沿l_3mm，引錠頭就位后打開(kāi)冷卻水開(kāi)關(guān)，冷卻水通過(guò)水箱進(jìn)入結(jié)晶器，并由結(jié)晶器下部的水孔噴出，作用至鑄錠表面；(2)打開(kāi)油閥，在石墨環(huán)表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油后，將鋁液引入引錠頭、石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中；(3)鋁液在空腔中凝固5-20s，形成坯殼后，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造，在生產(chǎn)直徑小于 400 mm的鑄錠時(shí)，初始啟動(dòng)速度為10mm/min-100mm/min，然后在^iiin內(nèi)線性增加至20mm/ min-200mm/min的鑄造速度；在生產(chǎn)直徑彡400 mm的鑄錠時(shí)，鑄造速度為10mm/min-50mm/ min，鑄錠被引錠頭引出20mm后，引錠頭停留緩沖0. 5-lmin，然后繼續(xù)引出30mm后，引錠頭緩沖0. 5-lmin,即開(kāi)始階段起一停一起一停，直至鑄錠被引錠頭引出200mm以后恢復(fù)之前的鑄造速度；(4)在鑄錠被引出200mm后開(kāi)啟勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電流頻率范圍為5_50Hz，勵(lì)磁電流強(qiáng)度范圍為50-300A ；(5)鑄造結(jié)束后，首先關(guān)閉勵(lì)磁電源，然后關(guān)閉油泵，最后關(guān)閉冷卻水。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋁合金鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種同時(shí)制備多根鋁合金圓鑄錠的設(shè)備及其方法。本發(fā)明設(shè)備主要由結(jié)晶器、水箱、勵(lì)磁線圈、勵(lì)磁電源、多孔石墨環(huán)、潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)和鑄造機(jī)組成；本發(fā)明方法步驟是首先開(kāi)啟潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)，然后將鋁液引入引錠頭、多孔石墨環(huán)和保溫帽組成的空腔中，啟動(dòng)鑄造機(jī)開(kāi)始鑄造，然后啟動(dòng)勵(lì)磁電源，鋁熔體在感應(yīng)磁場(chǎng)的攪拌作用下進(jìn)行動(dòng)態(tài)結(jié)晶，獲得細(xì)小均勻的冶金組織，同時(shí)使鑄錠獲得良好的表面質(zhì)量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電磁攪拌與油潤(rùn)滑共同作用下的鋁合金圓鑄棒半連續(xù)鑄造，可以同時(shí)改善鑄錠的內(nèi)部冶金質(zhì)量和表面質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22D11/14GK102319881SQ201110297448
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者崔興華, 崔建忠, 柴建勛, 王高松, 趙志浩 申請(qǐng)人:東北大學(xué)