專利名稱：一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，鋁合金半連續鑄造技術領域。
背景技術：
直冷式半連續鑄造是目前鋁合金企業生產鋁合金圓錠和扁錠的主要方式，液態鋁熔體被澆注到由結晶器和引錠頭所圍成的空間內，當鋁熔體與結晶器及引錠頭發生接觸，鋁熔體就會被結晶器和引錠頭冷卻并且沿其邊界發生凝固。當鋁熔體在結晶器中達到一定高度，并且凝殼具有足夠強度來支撐這些鋁熔體的時候，引錠頭將以給定的鑄造速度向下運動。已凝固的鑄錠將隨著引錠頭一起下降，當鑄錠被拉出結晶器時，結晶器內的冷卻 水直接噴到鑄錠的表面，鑄錠被迅速的冷卻下來。這樣鋁熔體不斷的被澆鑄到結晶器內，而已凝固的鑄錠也不斷的被拽出結晶器，構成了一個連續的過程。直冷式半連續鑄造過程可分為兩個階段鑄造開始階段和鑄造穩定階段，鑄造開始階段采用較低的鑄造速度，然后鑄造速度逐步增加，過渡到鑄造穩定階段。半連續鑄造過程中鑄錠四周采用連續的冷卻水噴射冷卻，導致鑄錠橫截面上存在非常大的溫度梯度，鑄錠縱剖面存在一個液穴，鑄錠凝固收縮的拉應力產生一個軸向分量，鑄造開始階段已成型鑄錠抗變形能力較差，導致鑄錠的底部形成拱形，這種現象被稱為翹曲。翹曲形成對凝殼有破壞作用，凝殼破裂就會產生漏流現象，從而影響鑄錠的成型和鑄造成功率。工業生產中為了抑制或減輕翹曲，鑄造開始階級采用較弱的冷卻工藝，當鑄造過渡到穩定階段采用較強的冷卻工藝，以細化顯微組織，提高鑄錠質量。現有鑄造冷卻工藝中鑄造開始階段冷卻水流量較小，隨著鑄造過渡到穩定階段，逐漸增加冷卻水流量。為了進一步降低鑄造開始階段冷卻強度，國外開發出非連續式/脈沖水冷技術，加氣水冷技術等，明顯改善了鑄錠翹曲。最新的鑄造技術中開始階段采用較小水流量的一組冷卻水以低入射角度沖擊鑄錠，得到較弱的冷卻強度；穩定階段增加水流量的同時，另外增加高入射角度的一組冷卻水冷卻鑄錠，高入射角度冷卻水流沖擊點高于低入射角度冷卻水流沖擊點，兩組冷卻水流交叉分布，與單組冷卻水冷卻相比增強了單位流量的冷卻水冷卻效率，從而增強冷卻強度。但這種冷卻方式下，當冷卻水流量增大到一定程度時，由于水壓過大，高入射角度的冷卻水流沖擊到鑄錠表面散開，容易促使部分水流沿鑄錠表面向上返水，嚴重時進入結晶器內部鋁液表面，導致鑄錠局部冷卻不均，產生表面裂紋。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其特征在于所述結晶器設置有上水腔和下水腔，所述上水腔的底部設置減壓腔，所述下水腔的頂部和底部上設置有減壓腔，所述上水腔的底部通過安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過安裝分水板相隔減壓腔，所述上水腔的減壓腔上設置有第三組冷卻水孔，所述下水腔頂部的減壓腔上設置有第一組冷卻水孔，所述下水腔底部的減壓腔上設置有第二組冷卻水孔，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，所述第三組冷卻水孔的角度小于40。。進一步地，上述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其中，結晶器由大面側蓋和小面側蓋圍成的長方體，所述大面側蓋與所述小面側蓋相交處設有角部隔墻布置，所述大面側蓋的兩端各設置有上水腔和下水腔，所述小面側蓋的兩端各設置有上水腔和下水腔，所述角部隔墻上開有進水端口，所述進水端口與大面側蓋的上水腔相連通，且還與小面側蓋的上水腔相連通，所述大面側蓋的上水腔通過大面側蓋的進水孔與大面側蓋的下水腔相連通且大面側蓋的進水孔位置處設置有氣控水閥，所述小面側蓋的上水腔通過小面側蓋的進水孔與小面側蓋的下水腔相連通，所述結晶器的內腔中設置有相對的內襯，所述內襯之間設置有引錠頭。更進一步地，上述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其中，所述 第一組冷卻水孔與第二組冷卻水孔、第二組冷卻水孔與第三組冷卻水孔之間的孔間距在10 16mm,且其孔的直徑為2 6_。更進一步地，上述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其中，角部隔墻上的進水端口上設置有過濾器。本實用新型技術方案的實質性特點和進步主要體現在本實用新型采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過高帶來的返水現象及其產生的鑄錠表面裂紋；采用三組冷卻水沖擊到鑄錠表面，能夠進一步減小層流區，同時隨著沖擊點的增加相互干涉作用加強，也進一步增加湍流程度，從而進一步提高鑄錠冷卻效果，有利于提高鑄錠冶金質量。半連續鑄造冷卻強度可變結晶器本體設有上下兩個水腔，冷卻水從角部隔墻進入上水腔，小面側蓋的上、下水腔直接通過進水孔連通，大面側蓋的上、下水腔通過氣控閥控制連通，從而控制大面側蓋的上水腔的冷卻水是否進入大面側蓋的下水腔，滿足鑄造開始階段和穩定階段不同的冷卻要求實現鑄造開始階段大面采用第三組冷卻水單獨冷卻鑄錠，獲得較小冷卻強度，從而抑制鑄錠翹曲，而鑄造穩定階段大面采用3組冷卻水同時沖擊鑄錠，獲得極強冷卻強度，提高鑄錠冶金質量。
以下結合附圖
對本實用新型技術方案作進一步說明圖I :本實用新型的俯視示意圖；圖2 :本實用新型的內部俯視示意圖；圖3 :圖I的A—A首I]視不意圖；圖4 :圖I的B—B首I]視不意圖；圖5 :圖I的C一C首I]視不意圖；[0019]圖6 :本實用新型半連續鑄造冷卻強度可變結晶器工作過程示意圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，結晶器I設置有上水腔6和下水腔5，上水腔6的底部設置減壓腔10，下水腔5的頂部和底部上設置有減壓腔10，上水腔6的底部通過安裝分水板3相隔減壓腔10，下水腔5的頂部和底部通過安裝分水板3相隔減壓腔10，上水腔6的減壓腔10上設置有第三組冷卻水孔8，下水腔5頂部的減壓腔10上設置有第一組冷卻水孔7，下水腔5底部的減壓腔10上設置有第二組冷卻水孔9，第一組冷卻水孔7和第二組冷卻水孔9在同一豎直平面內，且與第三組冷卻水孔8呈交叉狀布置，第一組冷卻水孔7和第二組冷卻水孔9的角度大于40°，第三組冷卻水孔8的角度小于40°。結晶器I由大面側蓋14和小面側蓋15圍成的長方體，大面側蓋14與小面側蓋15相交處采用角部隔墻布置，大面側蓋14的兩端各設置有上水腔6和下水腔5，小面側蓋15的兩端各設置有上水腔6和下水腔5，角部隔墻上開有進水端口 11，進水端口 11與大面側 蓋14的上水腔6相連通，且還與小面側蓋15的上水腔6相連通，大面側蓋14的上水腔6通過大面側蓋的進水孔與大面側蓋14的下水腔5相連通且大面側蓋14的進水孔位置處設置有氣控水閥12，小面側蓋15的上水腔6通過小面側蓋15的進水孔與小面側蓋15的下水腔5相連通，結晶器I的內腔中設置有相對的內襯2，內襯2之間設置有引錠頭17。第一組冷卻水孔I與第二組冷卻水孔9、第二組冷卻水孔9與第三組冷卻水孔8之間的孔間距在l(Tl6mm，且其孔的直徑在2 6mm。角部隔墻上的進水端口上設置有過濾器16。具體應用時，開始鋁合金半連續鑄造前，在結晶器I的內襯2表面均勻涂抹一層潤滑油，將引錠頭17上升到內襯2下沿，構成一個半封閉空間；將0. 2MPa壓縮空氣管道與快速接頭13連接，氣流通過氣通道4進入氣控水閥12，氣控水閥12打開；接著將冷卻水管道與位于角部隔墻處的進水端口 11連接，以較小的流量向結晶器I內供水；冷卻水經過濾器16過濾后，由角部隔墻的進水端口 11進入到大面側蓋14的上水腔6和小面側蓋15的上水腔6中，小面側蓋15的上水腔6的冷卻水通過進水孔進入到小面側蓋15下水腔5，小面側蓋15的上水腔6和小面側蓋15的下水腔5中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過高入射角度的第一組冷卻水孔7、第二組冷卻水孔9和低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成第一冷卻水流、第二冷卻水流和第三組冷卻水流；大面側蓋14由于氣控水閥12打開，堵住了大面側蓋14的上水腔6和大面側蓋14的下水腔5相通的進水孔，因而冷卻水不能進入到大面側蓋14的下水腔5中，大面側蓋14的上水腔6中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成低入射角度的第三組冷卻水流。準備就緒后開始鑄造，如圖6所示，向結晶器I空腔內澆注鋁熔體，當熔體液面升至接近內襯2中線時引錠頭17開始以較小的速度下移，部分凝固的鑄錠脫開結晶器I后受到冷卻水的二次冷卻作用，鑄錠和冷卻水發生熱交換，逐漸凝固成形，隨著鑄造進行，鑄造速度和冷卻水流量逐漸增加到一個穩定數值，在此之前的鑄造過程構成鑄造開始階段。在鑄造開始階段，大面側蓋14采用第三組冷卻水流單獨冷卻，冷卻強度低，能夠減少鑄錠的翹曲。鑄造過程進入穩定階段后，關閉氣控水閥12，使得大面側蓋14的上水腔6中冷卻水由上水腔6流入到下水腔5中，因此大面側蓋14和小面側蓋15的上水腔6、下水腔5中冷卻水通過分水板3進入減壓腔10，然后通過高入射角度的第一組冷卻水孔7、第二組冷卻水孔9，和低入射角度的第三組冷卻水孔8噴出，形成高入射角度的第一冷卻水流、第二組冷卻水流，和低入射角度的第三組冷卻水流；與鑄造開始階段相比，大面側蓋14增加了高入射角度的第一組冷卻水和第二兩組冷卻水流，也形成了三組冷卻水流冷卻鑄錠。高入射角度的第一組冷卻水流沖擊點位于高入射角度的第二組冷卻水流沖擊點之上約10mm，第二組冷卻水流沖擊點位于低入射角度的第三組冷卻水流沖擊點之上約IOmm ;第一組冷卻水流沖擊點和第二組冷卻水流沖擊點在同一豎直線上，第一組冷卻水流和第二組冷卻水流沖擊點與第三組冷卻水流沖擊點間隔分布。鑄造過程中，第一組冷卻水流和第二組冷卻水流沖擊到鑄錠表面后部分反彈，反彈起來的冷卻水包含著部分氣流，位于第一組冷卻水流沖擊路徑上，被第一組冷卻水夾帶著沖擊到鑄錠表面，這種水流相互干 涉作用消除了冷卻水飛濺，同時也增加了冷卻水的湍流程度。每組冷卻水流沖擊到鑄錠表面，在沖擊點以下的鑄錠表面上，依次形成第一湍流區a、層流區b和第二湍流區C，其中第一瑞流區a高度約12. 7_，第一瑞流區a下方是高度約25. 4mm的層流區b，層流區b以下是第二湍流區c，湍流區的換熱效率遠高于層流區。采用三組冷卻水在不同高度平面上交叉分布冷卻鑄錠，每組冷卻水依次形成的第一湍流區a疊加后能夠覆蓋層流區b。本實用新型提供的半連續鑄造冷卻強度可變的冷卻方式是鑄造開始階段采用較小水流量的一組冷卻水以低入射角度沖擊鑄錠，得到較弱的冷卻強度；穩定階段增加水流量的同時，另外增加高入射角度的兩組冷卻水冷卻鑄錠，得到極強的冷卻強度。采用本發明提供的半連續鑄造冷卻強度可變結晶器能夠實現上述冷卻方式。穩定階段采用三組冷卻水流交叉分布在不同高度平面上冷卻鑄錠，與采用單組冷卻水冷卻鑄錠的情況相比，能夠減少冷卻水飛濺，增加冷卻水湍流效果；與采用兩組冷卻水流交叉分布冷卻鑄錠的情況相比，本發明采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過高帶來的返水現象及其產生的鑄錠表面裂紋；三組冷卻水流交叉分布在不同高度平面上冷卻鑄錠，其第一湍流區a疊加后能夠更多地覆蓋層流區b，增加湍流區高度，同時隨著沖擊點的增加相互干涉作用加強，也進一步增加湍流效果，從而進一步提聞鑄淀冷卻效果，有利于提聞鑄淀冶金質量。需要強調的是以上僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其特征在于所述結晶器設置有上水腔和下水腔，所述上水腔的底部設置減壓腔，所述下水腔的頂部和底部上設置有減壓腔，所述上水腔的底部通過安裝分水板相隔減壓腔，所述下水腔的頂部和底部通過安裝分水板相隔減壓腔，所述上水腔的減壓腔上設置有第三組冷卻水孔，所述下水腔頂部的減壓腔上設置有第一組冷卻水孔，所述下水腔底部的減壓腔上設置有第二組冷卻水孔，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，所述第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，所述第三組冷卻水孔的角度小于40。。
2.根據權利要求I所述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其特征在于所述結晶器由大面側蓋和小面側蓋圍成的長方體，所述大面側蓋與所述小面側蓋相交處設有角部隔墻布置，所述大面側蓋的兩端各設置有上水腔和下水腔，所述小面側蓋的兩端各設置有上水腔和下水腔，所述角部隔墻上開有進水端口，所述進水端口與大面側蓋的上水腔相連通，且還與小面側蓋的上水腔相連通，所述大面側蓋的上水腔通過大面側蓋的進水孔與大面側蓋的下水腔相連通且大面側蓋的進水孔位置處設置有氣控水閥，所述小面側蓋的上水腔通過小面側蓋的進水孔與小面側蓋的下水腔相連通，所述結晶器的內腔中設置有相對的內襯，所述內襯之間設置有引錠頭。
3.根據權利要求2所述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其特征在于所述角部隔墻上的進水端口上設置有過濾器。
4.根據權利要求I所述的一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，其特征在于所述第一組冷卻水孔與第二組冷卻水孔、第二組冷卻水孔與第三組冷卻水孔之間的孔間距在10 16臟，且其孔的直徑為2 6mm。
專利摘要本實用新型提供一種鋁合金半連續鑄造冷卻強度可變的結晶器，結晶器設置有上水腔和下水腔，上水腔的底部設置減壓腔，下水腔的頂部和底部上設置有減壓腔，上水腔的減壓腔上設置有第三組冷卻水孔，下水腔頂部的減壓腔上設置有第一組冷卻水孔，下水腔底部的減壓腔上設置有第二組冷卻水孔，第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔在同一豎直平面內，且與第三組冷卻水孔呈交叉狀布置，第一組冷卻水孔和第二組冷卻水孔的角度大于40°，第三組冷卻水孔的角度小于40°。本實用新型采用兩組高入射角度冷卻水流，相同冷卻水流量下可以大大減小高入射角度冷卻水流的壓力，從而有效避免壓力過高帶來的返水現象及其產生的鑄錠表面裂紋。
文檔編號B22D11/055GK202498195SQ20122008280
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者劉金炎, 王樂酉, 薛冠霞, 郭世杰, 長海博文 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司