一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置，它包括有導氣管、噴粉裝置，導流管、電磁攪拌器、結(jié)晶器、鑄錠、變質(zhì)劑、縫隙通道、噴粉孔、合金熔體、熱頂，其中，噴粉裝置頂部與導氣管連通，噴粉裝置為中空的管狀裝置，噴粉裝置底部側(cè)壁上設(shè)有若干個噴粉孔，噴粉孔與導流管內(nèi)壁之間形成縫隙通道，導流管底部安裝在結(jié)晶器上上，導流管外側(cè)壁套裝有電磁攪拌器，熱頂內(nèi)腔盛有合金熔體，縫隙通道頂部與合金熔體連通。本發(fā)明的優(yōu)點在于：細化了初晶硅組織，減小變質(zhì)劑用量，降低了成本。
【專利說明】一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置及利用該裝置進行的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過共晶鋁硅合金坯料由于具有輕質(zhì)、高強、高耐磨、高耐熱性及較低的熱膨脹性等優(yōu)點，通常用來制造汽車發(fā)動機活塞、轉(zhuǎn)子，斜盤等關(guān)鍵部件。但是過共晶鋁硅合金微觀組織中通常存在粗大初生硅及初生硅偏聚現(xiàn)象，嚴重降低了合金的力學性能。在普通鑄造下，初生硅一般都比較粗大，呈五瓣星形狀、板片狀、八面體和其它復雜形貌且棱角鋒利，嚴重割裂基體，這樣降低了過共晶鋁硅合金的力學性能和切削加工性能，尤其是塑性顯著降低。因此改善初生硅的形態(tài)和分布，細化初生硅的尺寸，減小其對基體性能的削弱作用，對于提高過共晶鋁硅合金的綜合性能具有非常重要的意義。
[0003]目前，在過共晶鋁硅合金坯料的連鑄過程中，常采用變質(zhì)處理的方法控制過共晶鋁硅合金的初晶硅的大小和形貌。中國專利201210042187.2公布了一種鋁合金變質(zhì)工藝，通過在鋁合金熔煉過程中向合金熔體中加入中間合金變質(zhì)劑，變質(zhì)劑在合金熔體中發(fā)生熔化，形成彌散分布的形核質(zhì)點，對初生硅的形核與生長產(chǎn)生作用，使得合金中的初生硅的大小、形貌及分布發(fā)生改變。但是這種變質(zhì)工藝在連鑄過共晶鋁硅合金坯料時存在下列缺陷:
(I)變質(zhì)劑使用時多采用塊狀或絲狀的方式加入，導致變質(zhì)劑在熔體中的分布不均勻，往往達不到彌散分布的效果，變質(zhì)劑加入量較多，利用率低，變質(zhì)效果差。(2 )變質(zhì)過程往往在熔煉爐或靜置爐中進行，變質(zhì)完畢后直到澆注完畢，變質(zhì)效果容易衰退。而且合金熔體經(jīng)過路程較長，變質(zhì)形核質(zhì)點往往在流動過程中發(fā)生碰撞，形核質(zhì)點減少，嚴重影響變質(zhì)劑的變質(zhì)效果。(3)雖然經(jīng)過變質(zhì)處理，但是獲得的過共晶鋁硅合金連鑄坯料初生硅尺寸和形貌沒有得到根本的改善，初生硅尺寸仍然很大，晶粒平均尺寸仍達到70微米以上，形貌較差，以板條狀為主。因此僅通過常規(guī)的變質(zhì)處理方法難以獲得優(yōu)質(zhì)的過共晶鋁硅合金坯料。
[0004]中國專利200810239936.4公布了一種低成本快速制備過共晶鋁硅合金棒坯的方法。在惰性氣體保護下對過共晶鋁硅合金進行熔煉；在高溫條件下采用復合變質(zhì)精煉熔體；然后對熔體進行除氣處理；最后采用電磁攪拌方法進行快速半連續(xù)鑄造。但是這種工藝存在初生硅偏聚、組織分布不均勻的問題，也未能從根本上改善變質(zhì)劑在鋁合金熔體中的彌散分布狀況，初生硅的大小不均，形貌較差。也提到了采用電磁攪拌進行半連續(xù)鑄造，但未提及電磁攪拌過程中產(chǎn)生的趨膚效應(yīng)如何避免，也未提到連鑄過程中在線變質(zhì)劑以及熔體的在線處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服過共晶鋁硅合金連鑄過程中存在的上述不足，提供一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理方法及裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置，它包括有導氣管、噴粉裝置，導流管、電磁攪拌器、結(jié)晶器、鑄錠、變質(zhì)劑、縫隙通道、噴粉孔、合金熔體、熱頂，其中，噴粉裝置頂部與導氣管連通，噴粉裝置為中空的管狀裝置，噴粉裝置底部側(cè)壁上設(shè)有若干個噴粉孔，噴粉孔與導流管內(nèi)壁之間形成縫隙通道，導流管底部安裝在結(jié)晶器上上，導流管外側(cè)壁套裝有電磁攪拌器，熱頂內(nèi)腔盛有合金熔體，縫隙通道頂部與合金熔體連通。
[0007]所述的電磁攪拌器為旋轉(zhuǎn)電磁攪拌器、行波電磁攪拌器、螺旋式電磁攪拌器，或前述攪拌器組成的復合電磁攪拌器。
[0008]按照上述所述裝置處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，該熔體處理方法主要包括以下關(guān)鍵步驟:
O將粉狀或粒狀變質(zhì)劑和噴粉裝置預熱到200-500°C ；
2)將高于液相線溫度60-200°C的過共晶鋁硅合金熔體導入熱頂內(nèi)，合金熔體通過縫隙通道流入到結(jié)晶器中；
3)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟噴粉裝置，在氣體壓力作用下，噴粉裝置中的粉狀或粒狀變質(zhì)劑被均勻吹入縫隙通道內(nèi)的合金熔體中，粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解。同時，噴出的氣體劇烈攪動合金熔體，促進變質(zhì)劑快速吸收并均勻彌散分布，并凈化鋁合金熔體，降低合金熔體含氣量；
4)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟電磁攪拌器，攪動合金熔體，并與劇烈攪動的氣體相互作用，促進粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解彌散分布到合金熔體中；
5)連鑄即將結(jié)束時，關(guān)閉電磁攪拌器，關(guān)閉噴粉裝置并進行清理。
[0009]4、按照權(quán)利要求3所述的處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，其特征在于:粉狀變質(zhì)劑為:磷變質(zhì)劑；鋁磷變質(zhì)劑；鋁硅磷變質(zhì)劑；磷銅變質(zhì)劑；鋁磷銅變質(zhì)劑；磷化合物變質(zhì)劑；稀土變質(zhì)劑；鍶變質(zhì)劑、鋁鍶變質(zhì)劑、鍶化合物變質(zhì)劑、稀土化合物變質(zhì)劑。
[0010]所述的粉狀或粒狀變質(zhì)劑顆粒大小為10-2000目。
[0011]所述的導氣管通入的氣體為氮氣、惰性氣體。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
第一、粉狀或粒狀變質(zhì)劑產(chǎn)生大量的“異質(zhì)”形核質(zhì)點，作為初生硅的結(jié)晶的“核心”，提高初生硅的有效形核率，細化初生硅，改變初生硅的形貌，細化了初晶硅組織，減小變質(zhì)劑用量，降低了成本。
[0013]第二、電磁攪拌器和氣流攪動合金熔體，促進變質(zhì)劑快速彌散強化的同時，可促進合金熔體溫度場和成分場的均勻化，非常有利于獲得細小的晶粒。
[0014]第三、噴粉裝置的設(shè)置避免電磁場的趨膚效應(yīng)的影響，電磁場的分布更加均勻，合金熔體溫度場和成分場也更加均勻。
[0015]第四、該方法集在線變質(zhì)一在線除氣一在線凈化，集物理細化和化學細化于一起，對過共晶鋁硅合金熔體進行處理，有利于獲得高品質(zhì)的過共晶鋁硅合金坯料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0017]下面結(jié)合所有附圖對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的較佳實施例為:參見附圖1，本實施例所述的過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置包括有導氣管1、噴粉裝置2，導流管3、電磁攪拌器4、結(jié)晶器5、鑄錠6、變質(zhì)劑7、縫隙通道8、噴粉孔9、合金熔體10、熱頂11，其中，噴粉裝置2的材質(zhì)為硅酸鋁保溫材料，外壁光滑，外壁直徑為40_。導流管3內(nèi)徑為60mm，結(jié)晶器5中石墨環(huán)內(nèi)徑為75mm。噴粉裝置2頂部與導氣管I連通，噴粉裝置2為中空的管狀裝置，管腔內(nèi)裝有AL-P粉狀變質(zhì)劑，粉狀變質(zhì)劑的大小為200目。噴粉裝置2底部側(cè)壁上設(shè)有若干個噴粉孔9，噴粉孔9與導流管3內(nèi)壁之間形成縫隙通道8，縫隙通道8寬度為10mm。導流管3底部安裝在鑄錠6上，導流管3外側(cè)壁套裝有電磁攪拌器4，，熱頂11內(nèi)腔盛有合金熔體10，縫隙通道8頂部與合金熔體10連通，電磁攪拌器4為旋轉(zhuǎn)電磁攪拌器、行波電磁攪拌器、螺旋式電磁攪拌器，或前述攪拌器組成的復合電磁攪拌器。
[0018]上述裝置處理過共晶鋁硅合金熔體的方法主要包括以下關(guān)鍵步驟:
O將粉狀或粒狀變質(zhì)劑和噴粉裝置預熱到200-500°C ;粉狀變質(zhì)劑為:磷變質(zhì)劑；鋁磷變質(zhì)劑；鋁硅磷變質(zhì)劑；磷銅變質(zhì)劑；鋁磷銅變質(zhì)劑；磷化合物變質(zhì)劑；稀土變質(zhì)劑；鍶變質(zhì)劑、鋁鍶變質(zhì)劑、鍶化合物變質(zhì)劑、稀土化合物變質(zhì)劑，其大小為10-2000目；
2)將高于液相線溫度60-200°C的過共晶鋁硅合金熔體導入熱頂內(nèi)，合金熔體通過縫隙通道流入到結(jié)晶器中；
3)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟噴粉裝置，在氣體壓力作用下，噴粉裝置中的粉狀或粒狀變質(zhì)劑被均勻吹入縫隙通道內(nèi)的合金熔體中，粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解。同時，噴出的氣體劇烈攪動合金熔體，促進變質(zhì)劑快速吸收并均勻彌散分布，并凈化鋁合金熔體，降低合金熔體含氣量；導氣管通入的氣體為氮氣、惰性氣體；
4)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟電磁攪拌器，攪動合金熔體，并與劇烈攪動的氣體相互作用，促進粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解彌散分布到合金熔體中；
5)連鑄即將結(jié)束時，關(guān)閉電磁攪拌器，關(guān)閉噴粉裝置并進行清理。
[0019]上述方案制備的A390鋁合金坯料，含硅量為17.2%。采用的變質(zhì)劑為粉狀鋁磷變質(zhì)劑，磷含量為4.5%。澆注之前，將噴粉裝置和變質(zhì)劑預熱到300°C。制備時，將820°C的A390鋁合金熔體導入熱頂中，熔體經(jīng)縫隙通道流向結(jié)晶器進行連續(xù)鑄造。連鑄過程穩(wěn)定后，開啟噴粉裝置，吹入的氮氣壓力為0.05Mpa，氮氣流量為0.lL/min，粉狀變質(zhì)劑吹入量150g/min。采用的電磁攪拌器的名義輸入功率是1.2kW，攪拌頻率為40Hz，連鑄穩(wěn)定后采用的連鑄工藝參數(shù)為:連鑄速度為300mm/min，冷卻水壓為0.35Mpa，縫隙通道內(nèi)熔體溫度為740-780 0C。連鑄結(jié)束獲得了組織細小、成分均勻的A390鋁合金鑄錠。
[0020]以上所述之實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置，其特征在于:它包括有導氣管(I)、噴粉裝置(2)，導流管(3)、電磁攪拌器(4)、結(jié)晶器(5)、鑄錠(6)、變質(zhì)劑(7)、縫隙通道(8)、噴粉孔(9)、合金熔體(10)、熱頂(11)，其中，噴粉裝置(2)頂部與導氣管(I)連通，噴粉裝置(2 )為中空的管狀裝置，噴粉裝置(2 )底部側(cè)壁上設(shè)有若干個噴粉孔(9 )，噴粉孔(9)與導流管(3)內(nèi)壁之間形成縫隙通道(8)，導流管(3)底部安裝在結(jié)晶器(5)上，導流管(3 )外側(cè)壁套裝有電磁攪拌器(4 );熱頂(11)內(nèi)腔盛有合金熔體(10 )，縫隙通道(8 )頂部與合金熔體(10)連通。
2.按照權(quán)利要求1所述的過共晶鋁硅合金連鑄過程中的熔體處理裝置，其特征在于:電磁攪拌器為旋轉(zhuǎn)電磁攪拌器、行波電磁攪拌器、螺旋式電磁攪拌器，或前述攪拌器組成的復合電磁攪拌器。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，其特征在于:該熔體處理方法主要包括以下關(guān)鍵步驟: O將粉狀或粒狀變質(zhì)劑和噴粉裝置預熱到200-500°C ； 2)將高于液相線溫度60-200°C的過共晶鋁硅合金熔體導入熱頂內(nèi)，合金熔體通過縫隙通道流入到結(jié)晶器中； 3)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟噴粉裝置，在氣體壓力作用下，噴粉裝置中的粉狀或粒狀變質(zhì)劑被均勻吹入縫隙通道內(nèi)的合金熔體中，粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解；同時，噴出的氣體劇烈攪動合金熔體，促進變質(zhì)劑快速吸收并均勻彌散分布，并凈化鋁合金熔體，降低合金熔體含氣量； 4)連鑄過程穩(wěn)定后，開啟電磁攪拌器，攪動合金熔體，并與劇烈攪動的氣體相互作用，促進粉狀或粒狀變質(zhì)劑快速熔解彌散分布到合金熔體中； 5)連鑄即將結(jié)束時，關(guān)閉電磁攪拌器，關(guān)閉噴粉裝置并進行清理。
4.按照權(quán)利要求3所述的處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，其特征在于:粉狀變質(zhì)劑為:磷變質(zhì)劑；鋁磷變質(zhì)劑；鋁硅磷變質(zhì)劑；磷銅變質(zhì)劑；鋁磷銅變質(zhì)劑；磷化合物變質(zhì)劑；稀土變質(zhì)劑；鍶變質(zhì)劑、鋁鍶變質(zhì)劑、鍶化合物變質(zhì)劑、稀土化合物變質(zhì)劑。
5.按照權(quán)利要求3所述的處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，其特征在于:粉狀或粒狀變質(zhì)劑顆粒大小為10-2000目。
6.按照權(quán)利要求3所述的處理過共晶鋁硅合金熔體的方法，其特征在于:導氣管通入的氣體為氮氣、惰性氣體。
【文檔編號】B22D11/115GK103736952SQ201310721906
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】白月龍, 湯孟歐, 李大普, 李詩, 劉振, 劉旭華, 王育槐, 梁合意, 吳世豪 申請人:湖南文昌科技有限公司