一種鋁合金半連續鑄造裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋁合金鑄造設備和技術領域，特別涉及一種鋁合金半連續鑄造裝置及方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金塑性好，可加工成各種型材、板材及鍛件，工業上廣泛使用，是用量僅次于鋼的金屬材料，已廣泛應用于國民經濟的各個領域，如航空航天、交通運輸、電子通訊、輕工建材、包裝容器、石油化工、五金電器等多方面領域。隨著鋁合金在航空、航天及高鐵等應用領域的不斷發展，對鋁合金性能提出了更高要求。即:在保證鋁合金強度的前提下，需進一步提高合金的塑性、焊接性及材料性能的穩定性和均勻性。而鋁熔體中團聚的氧化物對于合金的塑性、焊接性及材料性能的穩定性和均勻性具有不利影響。
[0003]在鋁合金煉過程中，液態的鋁熔體會發生氧化，熔煉過程加入的合金元素也會在一定程度上產生氧化夾雜，鋁熔體在進入結晶器前會經過除氣和過濾過程，除氣和過濾只能一定程度地降低鋁熔體中氧化夾雜的含量，鋁熔體中不可避免的殘留有一定量的氧化物，團聚在一起氧化夾雜對鋁合金產品延伸率、疲勞性能、焊接性能等具有不利影響。
[0004]研究表明:尺寸細小的氧化物和鋁基體具有匹配的位向關系，可作為鋁合金凝固過程中的有效形核質點，一方面可以細化凝固組織，有可以降低團聚在一起氧化物的有害作用。因此，有必要開發一種鋁合金鑄造裝置來提高鋁合金鑄錠的質量。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了提高鋁合金的鑄錠質量，細化鑄錠組織并且降低鋁熔體中團聚在一起的氧化物的對鋁合金鑄錠及后續深加工產品的有害作用，提供了一種鋁合金半連續鑄造裝置及方法。該裝置在常規的鋁合金半連續鑄造基礎上，增加了剪切系統，通過剪切系統中的上線圈、變頻電源和導流管隔板使導流管內的鋁熔體產生強烈快速流動，產生的強剪切將鋁熔體中的團聚氧化物打散，并利用低頻電磁場的攪拌作用將打散的氧化物質點均勻分散到結晶器內的不同位置，進而細化凝固組織，提高鋁合金綜合性能。
[0006]一種鋁合金半連續鑄造裝置，由供流系統、剪切系統、結晶系統、攪拌系統和牽引系統組成；
[0007]其中，所述的供流系統由流槽壓板、流槽和導流管組成；流槽由流槽壓板包圍，導流管位于流槽的下方；
[0008]所述的剪切系統由導流管隔板、上線圈及變頻電源組成；上線圈位于導流管外側，導流管隔板位于導流管內，呈水平方向放置，隔板上有多個通孔，上線圈通過導線與變頻電源連接；剪切系統通過在上線圈中施加交流電使導流管內的鋁熔體產生強烈快速流動，鋁熔體的強烈快速流動在導流管隔板通孔位置產生剪切作用，來破碎鋁熔體中團聚的氧化物；
[0009]所述的結晶系統位于剪切系統下方，由石墨環和結晶器水套組成；結晶器水套位于石墨環外側，結晶器水套下部靠石墨環一側有出水孔，可噴冷卻水至鑄錠表面；
[0010]所述的攪拌系統由下線圈和低頻電源組成；下線圈位于結晶器水套內，下線圈通過導線與低頻電源連接；攪拌系統通過在下線圈中施加低頻交流電使結晶系統內的鋁熔體形成對流，產生攪拌作用，使細小的氧化物質點均勻分散到鋁熔體中；
[0011]所述牽引系統位于石墨環下沿，并可上下移動，用于將凝固的鋁合金鑄錠牽引到裝置外；
[0012]較好的，上述的導流管和導流管隔板為耐高溫的高強度保溫材料；
[0013]上述導流管隔板上的厚度為5mm?50mm ；
[0014]上述導流管隔板上的開孔直徑Φ5_?Φ30_ ；
[0015]上述導流管隔板上的開孔間距為5mm?50mm ；
[0016]上述上線圈和下線圈均由耐熱銅管或扁銅線纏繞而成，匝數為50?200匝；
[0017]上述石墨環材料為石墨。
[0018]一種利用上述裝置的鋁合金半連續鑄造方法，包括如下步驟:
[0019]I)將牽引系統升至結晶器水套內石墨環下沿，再將流槽、導流管、導流管隔板預熱至300-700°C，并向結晶器水套中通入冷卻水，冷卻水通過結晶器水套的出水孔噴出，作用至鑄錠表面；
[0020]2)向流槽中導入鋁熔體，較好的鋁熔體溫度為720?730 °C，鋁熔體流經導流管及導流管隔板后進入結晶系統，在結晶系統內凝固5?20s后，啟動牽引系統進行鑄造，同時啟動剪切系統中的變頻電源，向上線圈通入交流電，交流電的頻率為5?50000赫茲，電流為I?300安；并且啟動攪拌系統中的低頻電源，向下線圈通入交流電，其頻率為5?100赫茲，電流為I?300安；
[0021]3)待牽引系統牽引鑄錠移動至預定位置時，停止導入鋁熔體，關閉上下線圈的電源，停止牽引系統，吊出鑄錠，完成鑄造。
[0022]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0023]1、與常規的機械攪拌槳攪拌引起的鋁熔體剪切相比，本發明使用的電磁剪切是無接觸的攪拌剪切，一方面可以避免攪拌桿轉動過程中在鋁熔體表面造成的攪動造渣，另一方面可以避免攪拌槳溶解到鋁液中對鋁熔體的二次污染。
[0024]2、本發明采用的交變磁場和導流管隔板能夠將鋁熔體內的團聚氧化物破碎為細小的氧化物質點，而采用的低頻磁場能將細小的氧化物質點均勻分布到鋁熔體中，細化鋁合金的凝固組織，提高鋁合金產品的綜合性能。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的鋁合金半連續鑄造裝置示意圖；
[0026]其中:1、流槽壓板；2、流槽；3、鋁熔體；4、導流管；5、導流管隔板；6、變頻電源；7、上線圈；8、石墨環；9、結晶器水套；10、下線圈；11、低頻電源；12、鑄徒；13、牽引系統；14、出水孔；
[0027]圖2為6063鋁合金采用本發明的(右半部分)和傳統(左半部分)的半連續鑄造方法獲得的鑄錠微觀組織對比圖；
[0028]圖3為6063鋁合金采用本發明的(右半部分)和傳統(左半部分)的半連續鑄造方法獲得的鑄錠斷口氧化夾雜對比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0030]觀察鑄錠組織的儀器及型號:Leica DMI5000M光學金相顯微鏡。
[0031]實施例1
[0032]—種鋁合金半連續鑄造裝置，示意圖如圖1所示，由供流系統、剪切系統、結晶系統、攪拌系統和牽引系統組成；
[0033]供流系統由流槽壓板1、流槽2和導流管4組成；流槽2由流槽壓板I包圍，導流管4位于流槽2的下方；
[0034]剪切系統由導流管隔板5、上線圈7及變頻電源6組成；上線圈7位于導流管4外偵牝導流管隔板5位于導流管4內，呈水平方向放置，導流管隔板5上有多個通孔，上線圈7通過導線與變頻電源6連接，剪切系統通過在上線圈7中施加交流電使導流管4內的鋁熔體3產生強烈快速流動，鋁熔體3的強烈快速流動在導流管隔板5通孔位置產生剪切作用，來破碎鋁熔體3中團聚的氧化物；
[0035]所述的結晶系統位于剪切系統下方，由石墨環8和結晶器水套9組成；結晶器水套9位于石墨環8外側，結晶器水套9靠石墨環8 一側有出水孔14，可噴冷卻水至鑄錠表面12 ；
[0036]所述的攪拌系統由下線圈10及低頻電源11組成；下線圈10位于結晶器水套9內，下線圈10通過導線與低頻電源11連接；攪拌系統通過在下線圈11中施加低頻交流電使結晶系統內的鋁熔體3形成對流，產生攪拌作用，使細小的氧化物質點均勻分散到鋁熔體3中；
[0037]所述牽引系統13位于石墨環8下沿，可上下移動，用于將凝固的鋁合金鑄錠12牽引到裝置外；
[0038]上述的導流管4和導流管隔板5為耐高溫的高強度保溫材料；導流管隔板5厚度為30mm，隔板上的通孔直徑為Φ 15mm，通孔間距為25mm ;上線圈和下線圈均由耐熱銅管纏繞而成，匝數為150匝；石墨環材料為石墨。
[0039]實施例2
[0040]一種鋁合