一種細晶結晶器的制造方法
【專利摘要】一種細晶結晶器，含有分流蓋、本體、擋水圈及下蓋板，本體的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，將分流蓋通過螺栓固定在本體的上端、將下蓋板通過螺栓固定在本體的下端、將擋水圈裝卡在本體和下蓋板的環槽內組裝成細晶結晶器，細晶結晶器的軸線總高度得到有效縮短，本體中的一次冷卻結晶區和出錠區形成二級分配機構，使整個鋁鑄錠形成促進等軸晶生產的負溫度梯度區域，從而實現游離晶粒的等軸形式生產，避免傳統結晶器設計內部高溫區范圍區間寬，游離晶粒被重熔，晶核不能實現等軸方式生長的不足，有利于實現高純鋁鑄錠顯微組織的細化。
【專利說明】
一種細晶結晶器
技術領域
[0001]本實用新型屬于有色金屬鑄造技術領域，尤其是一種細晶結晶器，該細晶結晶器能用于半連續鑄造尚純招鑄徒。
【背景技術】
[0002]高純鋁或是超高純鋁由于比工業純鋁的雜質元素含量更低，因此具有比工業純鋁更好的導電性、延展性、反射性和抗腐蝕性，在電子工業及航空航天等領域有著更廣泛的使用用途，例如5N5-6N超高純鋁中各雜質的最大含量不超過0.4ppm，因此可用于半導體器件制造行業，也可用于制備超導電纜。
[0003]隨著尚純招廣品應用性能的提升以及應用領域的逐步擴大，對制備尚純招鑄徒的質量也提出了更高要求，不僅要滿足下游產品對高純鋁純度以及雜質元素的苛刻要求，而且對高純鋁鑄錠的顯微組織晶粒尺寸也提出了更加嚴格的要求，即希望其晶粒尺寸要控制得足夠細小。
[0004]由于高純鋁鑄錠使用的鋁熔體極為純凈，不能像傳統鋁鑄錠鑄造加工那樣通過添加細化劑來實現其組織細化，只能通過成型工藝或是結晶器的改進來實現高純鋁鑄錠的組織細化，而目前采用的結晶器主要通過其外側設計的電磁感應線圈來促使鋁熔體在鑄造過程中產生強制流動，從而實現高純鋁鑄錠組織的細化。但是這種結晶器的設計過于復雜，在鑄造過程中需要持續施加電磁場而使其能源消耗較大，電磁場驅動的鋁熔體在強制流動時容易將其表面的氧化膜層破壞并被帶入鋁鑄錠內部，從而影響高純鋁鑄錠的純凈度，鑄造成本較高。
[0005]研制一種細晶結晶器并用于半連續鑄造高純鋁鑄錠的結構形式還未見到相關報道。
【發明內容】
[0006]為了解決上述結晶器存在的問題，本實用新型設計了一種細晶結晶器，該細晶結晶器可以增加鋁熔體內部的形核數量，從而得到組織細化的高純鋁鑄錠，減小了鑄造成本，且鑄造過程易于實現。
[0007]為實現上述發明目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]—種細晶結晶器，該細晶結晶器含有分流蓋、本體、擋水圈及下蓋板，該細晶結晶器用于半連續鑄造高純鋁鑄錠，高純鋁鑄錠或是圓錠，或是扁錠，或是方錠，所述圓錠的設計尺寸為Φ Dmm，所述扁錠的設計尺寸為Dmm X dmm，D > d，所述方錠的設計尺寸為Dmm X Dmm，本實用新型的特征如下:
[0009]呈凸狀的分流蓋正中設置有進液口，進液口的下端由分流蓋中的圓堵頭實施封堵，所述圓堵頭的尺寸或為OD1，或為Od1,在進液口的下端四周軸向側壁上配鉆有數個間距相等的出液孔，各出液孔的孔徑均控制在Φ 5?Φ 15mm，分流蓋的下端面設置有倒凹環槽，所述倒凹環槽的最小尺寸或為OD1，或為Od1,所述倒凹環槽的最大外圍結構尺寸或為?D2，或為D2Xd2,或為D2XD2, DKD2SDd1Sd2ScU所述倒凹環槽的軸向高度以完全暴露出數個出液孔為準，分流蓋下端的最大尺寸或為Φ D3，或為D3 X d3，或為D3 X D3，D3遠大于D，d3遠大于d;
[0010]本體的外圍結構尺寸或等于ΦD3，或等于D3 X d3，或等于D3 X D3，在本體的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，所述凹環槽的結構尺寸或大于Φ?，或大于D X d，或大于D X D，所述凹環槽的軸向高度控制在I?3mm，在所述凹環槽中設置有向下的儲油槽，在所述凹環槽上方加裝蓋油板，所述儲油槽與水平設置的進油通道聯通，進油通道外接脈沖式供油器;所述一次冷卻結晶區的結構尺寸或等于Φ D，或等于D X d，或等于D XD，所述一次冷卻結晶區的軸向高度控制在15?80mm，在所述一次冷卻結晶區的四周軸向側壁上設置有數個間距相等的冷卻凹槽，冷卻凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，冷卻凹槽的槽寬控制在0.5?Imm，相鄰冷卻凹槽之間的凸出寬度控制在O?5mm ；所述出錠區的結構尺寸或大于Φ?，或大于DXd，或大于DXD;在本體的下端設置有不規則的環狀冷卻水腔，環狀冷卻水腔在本體內上端呈凸出狀結構，所述凸出狀結構的水平高度至各冷卻凹槽中部為準，沿所述凸出狀結構向下斜鉆有數條間距相等的出水通道，出水通道貫穿聯通到各冷卻凹槽底端，環狀冷卻水腔的下端寬度設定為Hmm，根據H在所述凸出狀結構的端面上設置有上環槽；
[0011]下蓋板的外圍結構尺寸與本體的三種外圍結構尺寸相等，下蓋板的正中設置有出錠口，所述出錠口的結構尺寸與所述出錠區的三種結構尺寸相等，下蓋板的兩側設置有環狀進水口，環狀進水口外接冷卻水，環狀進水口與環狀冷卻水腔對應設置且環狀進水口的寬度小于H，在環狀進水口的上端內側端面上設置有下環槽；
[0012]將分流蓋通過螺栓固定在本體的上端、將下蓋板通過螺栓固定在本體的下端、將擋水圈裝卡在所述下環槽和所述上環槽內并使其組裝成細晶結晶器。
[0013]上述分流蓋由絕熱耐火材料制作而成。
[0014]上述本體或由紫銅制作而成，或由鋁合金制作而成。
[0015]上述擋水圈呈濾網狀。
[0016]上述冷卻凹槽或呈矩形，或呈半圓形，或呈V型。
[0017]上述下蓋板或由鋁合金制作而成，或由鑄鋼制作而成。
[0018]由于采用如上所述技術方案，本實用新型產生如下積極效果:
[0019]1.本實用新型可根據圓錠、扁錠和方錠的形狀來分別設計，細晶結晶器結構獨特，軸線總高度得到有效縮短，生產效率明顯提高。
[0020]2.本體在一次冷卻結晶區表面采用開槽設計，增加了結晶區與鋁熔體的接觸面積，降低鋁熔體形核的潤濕角和形核功，有利于大量晶粒在一次冷卻結晶區表面形成。
[0021]3.本體的一次冷卻結晶區和出錠區形成二級分配機構，使整個鋁鑄錠形成促進等軸晶生產的負溫度梯度區域，從而實現游離晶粒的等軸形式生產，避免傳統結晶器設計內部高溫區范圍區間寬，游離晶粒被重熔，晶核不能實現等軸方式生長的不足，有利于實現鑄錠顯微組織的細化。
【附圖說明】
[0022]圖1是圓錠細晶結晶器的結構示意簡圖。
[0023]圖1中:1-進液口； 2-分流蓋;3-出液孔;4-本體;5_擋水圈；6_環狀冷卻水腔;7_出水通道;8-下蓋板;9-冷卻凹槽;I O-環狀進水口； 11 -進油通道;12-蓋油板。
【具體實施方式】
[0024]本實用新型是一種細晶結晶器，通過改變細晶結晶器的結構設計，從而改變熔體流動方式并促進游離晶粒在鑄錠內部的生長，增加晶粒形核數量，從而實現高純鋁鑄錠的組織細化。
[0025]本實用新型的細晶結晶器用于半連續鑄造高純鋁鑄錠，高純鋁鑄錠或是圓錠，或是扁錠，或是方錠，所述圓錠的設計尺寸為?D，所述扁錠的設計尺寸為DXd，D>d，所述方錠的設計尺寸為DXD，所述圓錠、所述扁錠和所述方錠使用的細晶結晶器結構是有區別的，但細晶結晶器中均含有分流蓋2、本體4、擋水圈5及下蓋板8，擋水圈5呈濾網狀，擋水圈5除具有過濾作用外還具有儲水作用。下面所述的單位均為_。
[0026]結合圖1并以半連續鑄造?D= 178mm所述圓錠為例，本實用新型的細晶結晶器結構簡述如下:
[0027]呈凸狀的分流蓋2正中設置有進液口I，進液口 I的下端由分流蓋2中的圓堵頭實施封堵，所述圓堵頭的參考尺寸OD1= 140?150mm，進液口 I的參考尺寸= 120?130mm，在進液口 I的下端四周軸向側壁上配鉆有數個間距相等的出液孔3，各出液孔3的孔徑均控制在Φ 5?Φ 15mm，分流蓋2的下端面設置有倒凹環槽，所述倒凹環槽的最小尺寸為Φ D1，所述倒凹環槽的最大外圍結構參考尺寸OD2= 160?170mm，所述倒凹環槽的軸向高度以完全暴露出數個出液孔3為準，分流蓋2下端的最大參考尺寸Φ?3 = 400?500mm，由此看出所述圓錠使用的所述倒凹環槽呈圓形，分流蓋2由絕熱性能優異的耐火材料制作而成。分流蓋的作用是在半連續鑄造過程中，使鋁熔體首先經過分流蓋再導入細晶結晶器內部，并在鋁溶體內部形成沿細晶結晶器壁豎直向下的被動流動，在所述一次冷卻區壁凝固形成的大量游離晶核17并在鋁熔體13的沖刷作用下不斷帶入其內部。
[0028]本體4的外圍結構尺寸等于ΦD3，在本體4的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，所述凹環槽的結構參考尺寸是Φ 188?Φ 198_，所述凹環槽的軸向高度控制在I?3mm，在所述凹環槽中設置有向下的儲油槽，在所述凹環槽上方加裝蓋油板12，所述儲油槽與水平設置的進油通道11聯通，進油通道11外接脈沖式供油器。所述一次冷卻結晶區的結構尺寸等于Φ D = 17 8 mm，所述一次冷卻結晶區的軸向高度控制在15?80mm，在所述一次冷卻結晶區的四周軸向側壁上設置有數個間距相等的冷卻凹槽9，各冷卻凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，各冷卻凹槽的槽寬控制在0.5?1mm，相鄰冷卻凹槽之間的凸出寬度控制在O?5mm，冷卻凹槽9或呈矩形，或呈半圓形，或呈V型，冷卻凹槽的作用是增加所述一次冷卻區與鋁熔體13的接觸表面積并增大所述一次冷卻區的換熱系數，同時冷卻凹槽9的設計比傳統平面設計更能夠降低鋁熔體13在細晶結晶器表面形核的潤濕角并減小形核功，從而更有利于大量晶粒在所述一次冷卻區瞬間形成，增加游離晶核17的數量。所述出錠區的結構參考尺寸是Φ 180?Φ 188mm，在本體4的下端設置有不規則的環狀冷卻水腔6，環狀冷卻水腔6在本體4內上端呈凸出狀結構，所述凸出狀結構的水平高度至各冷卻凹槽9中部為準，沿所述凸出狀結構向下斜鉆有數條間距相等的出水通道7，出水通道7貫穿聯通到各冷卻凹槽底端，環狀冷卻水腔6的下端寬度設定為H = 20?40mm，根據H在所述凸出狀結構的端面上設置有上環槽。本體或由紫銅制作而成，或由鋁合金制作而成。
[0029]下蓋板8的外圍結構尺寸與本體4的外圍結構尺寸相等，下蓋板8的正中設置有出錠口，所述出錠口的結構尺寸與所述出錠區的結構尺寸相等，下蓋板8的兩側設置有環狀進水口 10，環狀進水口 10外接冷卻水，環狀進水口 10與環狀冷卻水腔6對應設置且環狀進水口的寬度小于H，在環狀進水口 10的上端內側端面上設置有下環槽，下蓋板8或由鋁合金制作而成，或由鑄鋼制作而成。
[0030]將分流蓋2通過螺栓固定在本體4的上端、將下蓋板8通過螺栓固定在本體4的下端、將擋水圈5裝卡在所述下環槽和所述上環槽內并使其組裝成所述圓錠使用的細晶結晶器。
[0031]本實用新型的細晶結晶器增加了高純鋁鑄錠內部的整體形核數目，并在其液面下方引入鋁熔體流動，在不卷入氧化膜和不影響高純鋁鑄錠質量的同時，增加了形核粒子的存活數量，細化了高純鋁鑄錠的顯微組織。
[0032]可見，采用細晶結晶器半連續鑄造出的高純鋁鑄錠，其內部由發達的柱狀晶粒為主轉變為以柱狀晶和等軸晶共存的形式，并且等軸晶粒所占比例顯著增大。由于等軸晶粒的晶粒尺寸比柱狀晶粒尺寸顯著減小，因此高純鋁鑄錠的微觀組織亦得到細化。
[0033]以半連續鑄造DXd = 200mmX6 Omm所述扁錠為例，細晶結晶器的結構特征如下，未述內容參見上述圓錠所述技術方案，不另贅述。
[0034]呈凸狀的分流蓋2正中設置有進液口I，進液口 I的下端由分流蓋2中的圓堵頭實施封堵，所述圓堵頭的參考尺寸Φ CU = 45?50mm，進液口 I的參考尺寸與Φ cb匹配即可，在進液口 I的下端四周軸向側壁上配鉆有數個間距相等的出液孔3，各出液孔3的孔徑均控制在Φ5?Φ 15mm，分流蓋2的下端面設置有倒凹環槽，所述倒凹環槽的最小尺寸為Φ cU，所述倒凹環槽的最大外圍結構參考尺寸D2 Xcb= {180?190} X {54?56}mm，所述倒凹環槽的軸向高度以完全暴露出數個出液孔3為準，分流蓋2下端的最大參考尺寸D3 Xd3= {450?500} X{100?150}mm，由此看出所述扁錠使用的所述倒凹環槽呈內圓外矩形，分流蓋2由絕熱性能優異的耐火材料制作而成。
[0035]本體4的外圍結構尺寸等于D3X d3，在本體4的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，所述凹環槽的結構尺寸大于DXd，所述凹環槽的軸向高度控制在I?3mm，在所述凹環槽中設置有向下的儲油槽，在所述凹環槽上方加裝蓋油板12，所述儲油槽與水平設置的進油通道11聯通，進油通道11外接脈沖式供油器。所述一次冷卻區的結構尺寸等于D X d = 200 X 60mm,所述一次冷卻區的軸向高度控制在15?80mm，在所述一次冷卻區的四周軸向側壁上設置有數個間距相等的冷卻凹槽9，各冷卻凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，各冷卻凹槽的槽寬控制在0.5?Imm，相鄰冷卻凹槽之間的凸出寬度控制在O?5mm，冷卻凹槽9或呈矩形，或呈半圓形，或呈V型。所述出錠區的結構參考尺寸大于DXd，在本體4的下端設置有不規則的環狀冷卻水腔6，環狀冷卻水腔6在本體4內上端呈凸出狀結構，所述凸出狀結構的水平高度至各冷卻凹槽9中部為準，沿所述凸出狀結構向下斜鉆有數條間距相等的出水通道7，出水通道7貫穿聯通到各冷卻凹槽底端，環狀冷卻水腔6的下端寬度設定為H=20?40mm，根據H在所述凸出狀結構的端面上設置有上環槽。本體或由紫銅制作而成，或由鋁合金制作而成。
[0036]下蓋板8的外圍結構尺寸與本體4的外圍結構尺寸相等，下蓋板8的正中設置有出錠口，所述出錠口的結構尺寸與所述出錠區的結構尺寸相等，下蓋板8的兩側設置有環狀進水口 10，環狀進水口 10外接冷卻水，環狀進水口 10與環狀冷卻水腔6對應設置且環狀進水口的寬度小于H，在環狀進水口 10的上端內側端面上設置有下環槽，下蓋板8或由鋁合金制作而成，或由鑄鋼制作而成。
[0037]將分流蓋2通過螺栓固定在本體4的上端、將下蓋板8通過螺栓固定在本體4的下端、將擋水圈5裝卡在所述下環槽和所述上環槽內并使其組裝成所述扁錠使用的細晶結晶器。
[0038]以半連續鑄造DXD = 10X 10mm所述方錠為例:
[0039]呈凸狀的分流蓋2正中設置有進液口I，進液口 I的下端由分流蓋2中的圓堵頭實施封堵，所述圓堵頭的參考尺寸OD1 = SO?85mm，進液口 I的參考尺寸與OD1匹配即可，在進液口 I的下端四周軸向側壁上配鉆有數個間距相等的出液孔3，各出液孔3的孔徑均控制在Φ5?Φ 15mm，分流蓋2的下端面設置有倒凹環槽，所述倒凹環槽的最小尺寸為Φ D1，所述倒凹環槽的最大外圍結構參考尺ID2XD2= {90?94} X {90?94}mm，所述倒凹環槽的軸向高度以完全暴露出數個出液孔3為準，分流蓋2下端的最大參考尺寸D3 XD3= {450?500} X {450?500}mm，由此看出所述扁錠使用的所述倒凹環槽呈內圓外方形。本體4和下蓋板8的結構尺寸可參見所述扁錠的技術方案，不另贅述。
[0040]建議上述進液口I的軸向高度或是容積以容納較多鋁熔體為準，不做硬性規定。
【主權項】
1.一種細晶結晶器，該細晶結晶器含有分流蓋(2)、本體(4)、擋水圈(5)及下蓋板(8)，該細晶結晶器用于半連續鑄造高純鋁鑄錠，高純鋁鑄錠或是圓錠，或是扁錠，或是方錠，所述圓錠的設計尺寸為Φ Dmm，所述扁錠的設計尺寸為Dmm X dmm，D > d，所述方錠的設計尺寸為Dmm X Dmm，其特征是: 呈凸狀的分流蓋(2)正中設置有進液口(I)，進液口(I)的下端由分流蓋(2)中的圓堵頭實施封堵，所述圓堵頭的尺寸或為OD1，或為Od1,在進液口(I)的下端四周軸向側壁上配鉆有數個間距相等的出液孔(3)，各出液孔(3)的孔徑均控制在Φ5?Φ 15mm，分流蓋(2)的下端面設置有倒凹環槽，所述倒凹環槽的最小尺寸或為OD1，或為Od1,所述倒凹環槽的最大外圍結構尺寸或為Φ?2，或為02父(12，或為02\02，01<02<0，(11<(12<(1，所述倒凹環槽的軸向高度以完全暴露出數個出液孔為準，分流蓋(2)下端的最大尺寸或為Φ D3，或為D3 X d3，或為D3 X D3，D3遠大于D，cb遠大于d ； 本體(4)的外圍結構尺寸或等于Φ D3，或等于D3 X d3，或等于D3 X D3，在本體(4)的正中從上到下依次設置有凹環槽、一次冷卻結晶區和出錠區，所述凹環槽的結構尺寸或大于?D，或大于DXd，或大于DXD，所述凹環槽的軸向高度控制在I?3_，在所述凹環槽中設置有向下的儲油槽，在所述凹環槽上方加裝蓋油板(12)，所述儲油槽與水平設置的進油通道(11)聯通，進油通道(11)外接脈沖式供油器;所述一次冷卻結晶區的結構尺寸或等于?D，或等于D X d，或等于D X D，所述一次冷卻結晶區的軸向高度控制在15?80_，在所述一次冷卻結晶區的四周軸向側壁上設置有數個間距相等的冷卻凹槽(9)，各冷卻凹槽(9)的深度控制在0.2?0.5mm，各冷卻凹槽(9)的槽寬控制在0.5?Imm，相鄰冷卻凹槽之間的凸出寬度控制在O?5mm ；所述出錠區的結構尺寸或大于Φ D，或大于D X d，或大于D X D ；在本體(4)的下端設置有不規則的環狀冷卻水腔(6)，環狀冷卻水腔(6)在本體(4)內上端呈凸出狀結構，所述凸出狀結構的水平高度至各冷卻凹槽(9)中部為準，沿所述凸出狀結構向下斜鉆有數條間距相等的出水通道(7)，出水通道(7)貫穿聯通到各冷卻凹槽(9)底端，環狀冷卻水腔(6)的下端寬度設定為Hmm，根據H在所述凸出狀結構的端面上設置有上環槽； 下蓋板(8)的外圍結構尺寸與本體(4)的三種外圍結構尺寸相等，下蓋板(8)的正中設置有出錠口，所述出錠口的結構尺寸與所述出錠區的三種結構尺寸相等，下蓋板(8)的兩側設置有環狀進水口(10)，環狀進水口(10)外接冷卻水，環狀進水口(10)與環狀冷卻水腔(6)對應設置且環狀進水口(10)的寬度小于H，在環狀進水口(10)的上端內側端面上設置有下環槽； 將分流蓋(2)通過螺栓固定在本體(4)的上端、將下蓋板(8)通過螺栓固定在本體(4)的下端、將擋水圈(5)裝卡在所述下環槽和所述上環槽內并使其組裝成細晶結晶器。2.根據權利要求1所述一種細晶結晶器，其特征是:分流蓋(2)由絕熱耐火材料制作而成。3.根據權利要求1所述一種細晶結晶器，其特征是:本體(4)或由紫銅制作而成，或由鋁合金制作而成。4.根據權利要求1所述一種細晶結晶器，其特征是:擋水圈(5)呈濾網狀。5.根據權利要求1所述一種細晶結晶器，其特征是:冷卻凹槽(9)或呈矩形，或呈半圓形，或呈V型。6.根據權利要求1所述一種細晶結晶器，其特征是:下蓋板(8)或由鋁合金制作而成，或由鑄鋼制作而成。
【文檔編號】B22D11/103GK205464228SQ201620031544
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發明人】長海博文, 郭世杰, 劉金炎, 陳丹丹, 余康才, 王雛艷, 谷寧杰
【申請人】中色科技股份有限公司