鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置專(zhuān)利背景

傳統(tǒng)的直冷（DC）鑄造工藝所用設(shè)備如圖1所示，在裝于模臺(tái)上的結(jié)晶器4上部設(shè)有流盤(pán)1和分流漏斗3，結(jié)晶器下部設(shè)有裝在引錠座上的引錠頭，鑄造前，把模臺(tái)、引錠座安上鑄造井，將引錠頭升上來(lái)，使其伸入結(jié)晶器內(nèi)形成完整的鑄模，鑄造時(shí)，金屬鋁液從分流漏斗流入結(jié)晶器，通冷卻水冷卻，引錠頭以一定速度向鑄造井下方移動(dòng)，將結(jié)晶器內(nèi)冷卻成形的鋁錠拉出，達(dá)到一定長(zhǎng)度停止供鋁液和冷卻水，翻開(kāi)模臺(tái)吊出鑄錠。這種工藝設(shè)備不足之處是不能很好地控制DC結(jié)晶器內(nèi)金屬液面的水平，液面過(guò)低會(huì)造成鑄錠表面形成冷隔，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏鋁，過(guò)高又會(huì)加重鑄錠表面偏折瘤的深度，極易造成鑄錠表面拉痕、拉裂。2000年9月之前，采用同水平熱頂鑄造工藝可以解決這類(lèi)問(wèn)題，熱頂鑄造工藝所用的鑄造設(shè)備如圖3所示：即在結(jié)晶器4上開(kāi)口處設(shè)有用耐火絕熱材料制成的熱頂10，熱頂上設(shè)有凹下的分流盤(pán)8，分流盤(pán)底部對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔中心部位設(shè)有一個(gè)分流孔11，有了熱頂以后，結(jié)晶器內(nèi)金屬液面的水平就很容易控制，所以同水平熱頂鑄造工藝生產(chǎn)的鑄錠內(nèi)部質(zhì)量好，整個(gè)鑄錠組織均勻，機(jī)械性能好，鑄錠表面光滑，而且由于熱頂鑄造取消了漏斗，從而一方面可鑄造規(guī)格更為細(xì)小的鑄錠，另一方面簡(jiǎn)化了工藝，提高了生產(chǎn)效率。但該工藝不能直接用于生產(chǎn)扁錠，因?yàn)楸忮V的縱向長(zhǎng)度大于橫向?qū)挾?，在傳統(tǒng)直冷鑄造中，生產(chǎn)扁錠要在直冷結(jié)晶器里放一個(gè)能縱向均布液流的船形分流漏斗3，才能鑄出沒(méi)有裂紋的鑄錠，而在同水平熱頂鑄造工藝裝置里不能放置分流漏斗，所以2000年9月之前的鋁合金扁錠鑄造還是只能采用傳統(tǒng)的直冷工藝。

鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置專(zhuān)利目的

《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》旨在提供一種不設(shè)分流漏斗也能對(duì)金屬鋁液有均流作用、從而可生產(chǎn)出合格扁錠的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置。

鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置技術(shù)方案

《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》包括結(jié)晶器（4），結(jié)晶器下部對(duì)應(yīng)設(shè)有裝在引錠座上的引錠頭，結(jié)晶器上方設(shè)有用耐火絕熱材料制成兼起熱頂作用的分流盤(pán)（8），分流盤(pán)底部設(shè)有與結(jié)晶器內(nèi)腔相通的分流孔（11），其特征在于：所述的分流盤(pán)（8）底部對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔設(shè)有不少于兩個(gè)的分流孔（11）。

鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置改善效果

《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》在兼起熱頂作用的分流盤(pán)底部對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上分流孔，改變了以往同水平熱頂鑄造工藝裝置分流盤(pán)對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔只在中心部位設(shè)置一個(gè)中心分流孔的結(jié)構(gòu)，這樣可根據(jù)鑄錠的幾何形狀均勻設(shè)置分流孔，達(dá)到平均分配金屬液流的目的，《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》既利用了同水平熱頂鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)，又解決了用該工藝生產(chǎn)鋁合金扁鑄錠的均流問(wèn)題，采用該裝置鑄造鋁合金扁錠時(shí)，結(jié)晶器內(nèi)液穴不會(huì)很深，液穴形狀好，鑄出的扁錠既具有現(xiàn)有技術(shù)中同水平熱頂鑄造鑄錠的所有優(yōu)點(diǎn)，又不易出現(xiàn)裂紋，同時(shí)還可用于鑄造其它幾何形狀復(fù)雜的鑄錠。

圖1是傳統(tǒng)直冷（CD）扁錠鑄造裝置結(jié)晶器上部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的A向視圖。

圖3是2000年的技術(shù)同水平熱頂鑄造裝置結(jié)晶器上部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是圖3的B向視圖。

圖5是《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》實(shí)施例結(jié)晶器上部結(jié)構(gòu)示意圖（下部的引錠頭部分略去）。

圖6是圖5的C向視圖。

主要元件符號(hào)說(shuō)明：1流盤(pán)、2喇叭嘴、3分流漏斗、4晶器、5冷卻水、6金屬鋁液、7鑄錠、8分流盤(pán)、9石墨環(huán)襯里、10熱頂、11分流孔、12冷卻水縫。

《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》屬一種用于鑄造鋁合金扁鑄錠的熱頂鑄造裝置，也適用于鑄造其它幾何形狀復(fù)雜的鑄錠。

1、《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》包括結(jié)晶器（4），結(jié)晶器下部對(duì)應(yīng)設(shè)有裝在引錠座上的引錠頭，結(jié)晶器上方設(shè)有用耐火絕熱材料制成、可兼起熱頂作用 的分流盤(pán)（8），分流盤(pán)底部設(shè)有與結(jié)晶器內(nèi)腔相通的分流孔（11），其特征在于： 所述的分流盤(pán)（8）底部對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器內(nèi)腔設(shè)有不少于兩個(gè)的分流孔（11）。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置，其特征在于： 所述結(jié)晶器的橫截面為扁形，分流盤(pán)底部在對(duì)應(yīng)每個(gè)扁形結(jié)晶器縱向長(zhǎng)度方向均勻設(shè)置兩個(gè)分流孔（11）。

3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置，其特征在于： 所述扁形結(jié)晶器上的冷卻水縫（12）為縱向冷卻水縫寬度大于橫向冷卻水縫寬度。

4、根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置，其特征在于：所述結(jié)晶器內(nèi)壁上開(kāi)口處設(shè)有環(huán)形石墨環(huán)襯里（9）。

5、根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置，其特征在于：所述分流孔（11）為上小下大的喇叭形孔。

6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置，其特征在于： 所述分流孔（11）為上小下大的喇叭形孔。

實(shí)施時(shí)，將12支結(jié)晶器排列設(shè)在同一模臺(tái)上模臺(tái)下方對(duì)應(yīng)每一結(jié)晶器設(shè)有裝在引錠座上的引錠頭，每一結(jié)晶器上部設(shè)有用耐火絕熱材料制成并帶有凹下的分流盤(pán)8的熱頂10，結(jié)晶器的橫截面為扁形，熱頂分流盤(pán)底部在對(duì)應(yīng)每個(gè)扁形結(jié)晶器縱向長(zhǎng)度方向均勻設(shè)置兩個(gè)分流孔11，分流孔為上小下大的喇叭形，這種形狀更利于分流。該例扁形結(jié)晶器上的冷卻水縫12為縱向冷卻水縫寬度大于橫向冷卻水縫寬度，其寬度比為4/3，這是因?yàn)楸忮V縱向側(cè)壁長(zhǎng)于橫向側(cè)壁，如果縱、橫向冷卻水縫寬度一樣寬，扁錠縱向側(cè)壁冷卻速度就會(huì)小于橫向側(cè)壁的冷卻速度，影響鑄錠質(zhì)量，所以在縱向外壁上提供更多的冷卻水可使扁錠橫截面周邊上各處的冷卻速度趨于一致。在結(jié)晶器內(nèi)壁上開(kāi)口處設(shè)有環(huán)形石墨環(huán)襯里9，可進(jìn)一步提高鑄錠表面質(zhì)量?！朵X合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》也可根據(jù)結(jié)晶器橫截面的形狀在對(duì)應(yīng)每個(gè)結(jié)晶器的分流盤(pán)底部設(shè)置3個(gè)以上的分流孔。

2017年12月11日，《鋁合金扁鑄錠同水平熱頂鑄造裝置》獲得第十九屆中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

《水平連鑄與同水平鑄造》是由冶金工業(yè)出版社出版的。

連續(xù)鑄錠工藝應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，始于20世紀(jì)30年代的有色金屬工業(yè)，迄今已有80-余年。水平連鑄應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)則始于1950年，到現(xiàn)在已有近60年的歷史。至今連續(xù)鑄錠生產(chǎn)已廣泛應(yīng)用于整個(gè)冶金工業(yè)企業(yè)。

1960年，我在中南礦冶學(xué)院（今中南大學(xué)）學(xué)習(xí)期間，陳存中教授為我們講授“有色合金熔鑄”課程，初次接受連續(xù)鑄錠知識(shí)。1962年畢業(yè)，分配到冶金工業(yè)部沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院工作。1964年，開(kāi)始從事水平連鑄鋁錠的試驗(yàn)研究。為了做好工作，廣泛收集了各種金屬的連續(xù)鑄錠資料，為編寫(xiě)本書(shū)打下基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代初，曾有友人向我建議，將水平連鑄資料匯集成冊(cè)。80年代以來(lái)，水平連續(xù)鑄鋼工藝和同水平鑄造在我國(guó)得到廣泛發(fā)展，更激起了我提筆的興趣。彼時(shí)因忙于完成工作任務(wù)，總是未能如愿。今日得空閑，將工作和學(xué)習(xí)中積累的資料匯集整理，編著成此書(shū)。

在連續(xù)鑄錠生產(chǎn)中，凝固與傳熱過(guò)程是最根本的技術(shù)內(nèi)容，一直是研究者深入探討盼課題。A·A.CKBOpKOB和A.AKrIMeHKO的著作Tertaonepeeiia N 3aTB印且eBaHHeCTarnk B YCTaHOBKaX HenpepbmHOPaanHBKH，是早期的專(zhuān)著，該書(shū)主要根據(jù)水熱模擬法和試驗(yàn)研究結(jié)果寫(xiě)成，其試驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)連鑄生產(chǎn)和研究還是有借鑒意義的。當(dāng)今，計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為連鑄中的凝固與傳熱過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬創(chuàng)造了有利條件，是當(dāng)今許多研究者的熱點(diǎn)課題，也是本書(shū)探討的重要內(nèi)容。

連續(xù)鑄錠包括立式、水平式和傾斜式。立式連續(xù)鑄錠包括敞露液面連鑄和熱頂鑄造。敞露液面的立式連鑄和水平連鑄，已廣泛應(yīng)用于各種金屬的連續(xù)鑄錠生產(chǎn)中；熱頂鑄造發(fā)展為同水平鑄造，目前僅應(yīng)用于鋁及鋁合金錠生產(chǎn)中。傾斜式連鑄見(jiàn)諸早期研究過(guò)程中，實(shí)際生產(chǎn)中已不多見(jiàn)。在連續(xù)鑄錠技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，它們之間相互影響和交融。它們有著各自的特點(diǎn)，也有共性?xún)?nèi)容。水平連鑄與同水平鑄造的共性?xún)?nèi)容更多一些，將其合卷編寫(xiě)，目的是想通過(guò)個(gè)性?xún)?nèi)容探討共同的規(guī)律；根據(jù)共同規(guī)律再去分析個(gè)性?xún)?nèi)容的特點(diǎn)，以期促進(jìn)連鑄技術(shù)的發(fā)展。作為一種專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)方法來(lái)進(jìn)行探討，不囿于某種金屬，會(huì)了解得更全面些。經(jīng)過(guò)分析比較，明確了彎月面的作用和凝固殼的波動(dòng)性作用在連續(xù)鑄錠過(guò)程中的意義；在此基礎(chǔ)上提出了周邊細(xì)等軸晶區(qū)的凝固殼波動(dòng)性成因和結(jié)晶器內(nèi)熱交換四階段模型的看法。

表面張力成形法不用激冷的結(jié)晶器，依靠液態(tài)金屬的表面張力而成形，直接噴水冷卻鑄坯。從連鑄概念考慮，它是水平連鑄的特例。這種方法的存在表明表面張力在連鑄過(guò)程中的重要作用。因此，在連鑄原理中作了較為詳細(xì)的介紹，目的在于探討表面張力在水平連鑄與同水平鑄造申的意義。

緒論

1 連續(xù)鑄錠發(fā)展概況

2 連續(xù)鑄錠在冶金工業(yè)中的意義

3 封閉式連鑄

參考文獻(xiàn)

1 連續(xù)鑄錠生產(chǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1 液態(tài)金屬的性質(zhì)

1.1.1 熔點(diǎn)與沸點(diǎn)

1.1.2 質(zhì)量熱容

1.1.3 密度

1.1.4 凝固時(shí)的體積變化

1.1.5 體脹率

1.1.6 電阻率

1.1.7 熱導(dǎo)率

1.1.8 黏度

1.1.9 氣體的溶解度

1.1.10 液態(tài)金屬的表面張力

1.2 固態(tài)金屬的性質(zhì)

1.2.1 密度

1.2.2 線(xiàn)脹系數(shù)

1.2.3 熱容

1.2.4 熱傳導(dǎo)

1.3 熱擴(kuò)散率

1.4 金屬的高溫力學(xué)性能

1.5 金屬的摩擦系數(shù)

參考文獻(xiàn)

2 連續(xù)鑄錠原理

2.1 恒動(dòng)式水平連續(xù)鑄錠

2.2 波動(dòng)式水平連續(xù)鑄錠

2.2.1 Terssmann式

2.2.2 Hunter式

2.2.3 YHHHM式

2.2.4 TG式

2.3 熱頂鑄造

2.4 表面張力成形法

2.5 彎月面在連鑄生產(chǎn)中的意義

2.6 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在連鑄生產(chǎn)中的意義

參考文獻(xiàn)

3 連續(xù)鑄錠的傳熱過(guò)程

3.1 接觸區(qū)的波動(dòng)性

3.2 接觸區(qū)傳熱的不對(duì)稱(chēng)性

3.3 熔體靜壓力沿液相穴深度上的等值性

3.4 導(dǎo)流區(qū)的熱傳導(dǎo)

3.5 水平連續(xù)鑄錠結(jié)晶器的傳熱特性

3.5.1 多級(jí)結(jié)晶器的傳熱特征

3.5.2 單級(jí)結(jié)晶器的傳熱特征

3.5.3 平均熱流密度

3.6 熱頂鑄造的傳熱過(guò)程

3.6.1 熱頂鑄造的傳熱特征

3.6.2 逆流導(dǎo)熱距離的計(jì)算

3.6.3 影響逆流導(dǎo)熱距離的因素

3.7 彎月面區(qū)域的凝固傳熱

3.7.1 彎月面的成因

3.7.2 彎月面區(qū)域凝固傳熱的數(shù)值模擬

3.7.3 影響彎月面穩(wěn)定性的因素

3.8 連續(xù)鑄錠凝固傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬

3.8.1 水平連鑄多級(jí)式結(jié)晶器的傳熱數(shù)學(xué)模型

3.8.2 水平連鑄單級(jí)式結(jié)晶器的傳熱數(shù)學(xué)模型

3.8.3 水平連鑄數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性

3.8.4 水平電磁連續(xù)鑄造凝固傳熱過(guò)程的數(shù)值模擬

3.9 影響凝固傳熱過(guò)程的因素

3.9.1 影響結(jié)晶器內(nèi)凝固傳熱的因素

3.9.2 影響二次冷卻區(qū)散熱的因素

參考文獻(xiàn)

4 連續(xù)鑄錠的凝固過(guò)程

4.1 凝固區(qū)

4.2 金屬凝固時(shí)的體積變化

4.3 凝固方式與晶體的形態(tài)

4.4 合金元素的偏析

4.5 金屬凝固過(guò)程中的聲發(fā)射特點(diǎn)

4.6 連續(xù)鑄錠的正常晶粒組織

4.6.1 表面等軸晶區(qū)的形成

4.6.2 柱狀晶區(qū)的形成

4.6.3 中心等軸晶區(qū)的形成

4.6.4 柱狀結(jié)晶與等軸晶的過(guò)渡條件

4.7 立式連續(xù)鑄錠凝固過(guò)程的研究

4.8 同水平鑄造的凝固過(guò)程

4.8.1 熱頂鑄造的凝固過(guò)程

4.8.2 油氣潤(rùn)滑模熱頂鑄造

4.8.3 同水平鑄造

4.9 水平連鑄的凝固過(guò)程

4.9.1 水平連續(xù)鑄鋼的凝固過(guò)程

4.9.2 水平連鑄銅合金錠的凝固過(guò)程

4.9.3 鋁及鋁合金水平連鑄的凝固過(guò)程

4.9.4 水平連續(xù)鑄錠的組織特點(diǎn)

4.10 連續(xù)鑄錠凝固過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)

4.11 彎月面在連續(xù)鑄錠過(guò)程中的作用

4.11.1 彎月面在封閉式連續(xù)鑄錠過(guò)程中形成過(guò)渡區(qū)

4.11.2 彎月面為封閉式連續(xù)鑄錠提供潤(rùn)滑空間

4.11.3 彎月面對(duì)鑄錠表面質(zhì)量的影響

4.12 氣隙對(duì)封閉式連續(xù)鑄錠過(guò)程的作用

4.13 結(jié)晶器激冷對(duì)連續(xù)鑄錠的作用

4.13.1 結(jié)晶器激冷可促進(jìn)凝固殼與結(jié)晶器接觸的波動(dòng)性

4.13.2 激冷對(duì)鑄錠周邊細(xì)等軸晶區(qū)的影響

4.13.3 激冷對(duì)氣隙區(qū)散熱的影響

4.13.4 冷卻水對(duì)結(jié)晶器激冷效果的影響

4.13.5 液態(tài)金屬與結(jié)晶器內(nèi)壁界面的傳熱系數(shù)

4.13.6 結(jié)晶器壁溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

4.14 液態(tài)金屬靜壓力的作用

4.15 封閉式連鑄過(guò)程中的潤(rùn)滑作用

4.16 鑄錠凝固殼與結(jié)晶器壁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

4.17 凝固殼的失穩(wěn)特征

4.18 凝固系數(shù)

4.19 電磁場(chǎng)在連續(xù)鑄錠過(guò)程中的作用

參考文獻(xiàn)

5 連續(xù)鑄錠生產(chǎn)設(shè)備的工藝特性

5.1 儲(chǔ)液槽

5.1.1 中間包

5.1.2 熱頂

5.2 導(dǎo)流區(qū)結(jié)構(gòu)

5.2.1 分離環(huán)溫度應(yīng)力的計(jì)算

5.2.2 分離環(huán)機(jī)械應(yīng)力的計(jì)算

5.3 結(jié)晶器

5.3.1 結(jié)晶器材料

5.3.2 結(jié)晶器壁厚

5.3.3 結(jié)晶器長(zhǎng)度

5.3.4 結(jié)晶器的錐度

5.3.5 結(jié)晶器的冷卻結(jié)構(gòu)

5.3.6 結(jié)晶器的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)

5.3.7 結(jié)晶器工作壁表面鍍層

5.3.8 水平連鑄鋁及鋁合金錠用結(jié)晶器

5.3.9 水平連鑄銅及銅合金錠用結(jié)晶器

5.3.10 水平連鑄鋼錠用結(jié)晶器

5.3.11 熱頂鑄造用結(jié)晶器

5.4 引錠裝置

5.5 鑄錠二次冷卻裝置

5.5.1 錐簾式噴射冷卻結(jié)構(gòu)

5.5.2 噴灑式冷卻結(jié)構(gòu)

5.6 牽引裝置

5.6.1 輥式牽引裝置

5.6.2 鏈板式牽引裝置

5.6.3 拖曳式牽引裝置

5.6.4 水平連鑄機(jī)牽引能力的計(jì)算

5.6.5 熱頂鑄造的傳動(dòng)裝置

5.7 鑄錠切斷裝置

5.7.1 冶金長(zhǎng)度的計(jì)算

5.7.2 同步鋸

5.7.3 同步氣割裝置

5.7.4 同步剪

5.7.5 飛剪

……

6 生產(chǎn)實(shí)踐

參考文獻(xiàn)