一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法及結晶器的製作方法

2023-09-22 07:23:10 2

專利名稱：一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法及結晶器的製作方法
技術領域：
本發明涉及鑄造技術領域，更具體地說，涉及一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔 助方法及結晶器。
背景技術：
當熔融金屬注入結晶器後，金屬在結晶器一次水冷的冷卻作用下，會形成凝殼，收 縮後的凝殼與結晶器壁會形成氣隙。氣隙顯著降低了冷卻水冷卻效果，凝殼會產生二次加 熱現象，進而使鑄錠表面形成偏析層。偏析層平均成分不同於母合金成分，無論是主要合金 組元，還是雜質含量均明顯高於母合金成分，並且枝晶間距大、脆性化合物多、夾渣和疏鬆 等缺陷多，從而使鑄錠表麵塑性顯著降低，當鑄錠從結晶器拉出來的瞬間，鑄錠外層急劇冷 卻，收縮受到已經凝固的鑄錠內層阻礙，使鑄錠表面產生拉應力，當拉應力大於鑄錠抗拉強 度時，就會在鑄錠表面產生皮下裂紋。2系和7系合金直徑Φ彡482mm的大規格圓鑄錠皮下裂紋的產生可歸結為內部和 外部因素雙重作用的結果1)外因是鑄造速度慢；水冷普通鋁質模用結晶器半連續鑄造條件下，直徑Φ彡482mm大規格圓鑄錠只 有2系和7系合金產生皮下裂紋，其他系合金則幾乎沒有發生，一方面是合金本身特性決定 (塑性低)，另一方面的區別是2系和7系合金直徑Φ ^ 482mm大規格圓鑄錠因裂紋傾向 大，鑄造速度嚴格受限，相同規格下，比其他系合金鑄造速度低5mm/min以上，鑄錠脫離結 晶器後受到二次冷卻水急冷而迅速產生收縮變形，會受到先期結晶內層的強力阻礙，表面 始終處於拉應力狀態，當拉應力大於鑄錠抗拉強度時，必將在表面某些低塑性區產生開裂。2)內因是表面偏析層的形成；2系和7系合金其合金化程度高，偏析層厚度與偏析程度相比其他合金均要嚴重 許多，其偏析層區域的枝晶、化合物粗大、夾雜、疏鬆較多，這種缺陷越多，鑄錠抵抗變形的 能力越弱，在拉應力作用下，裂紋總是易沿塑性較低的缺陷處開裂，從而導致皮下裂紋的產 生。如圖1所示，目前的水冷普通鋁質模用結晶器包括結晶器外套101和結晶器本體 102，結晶器外套101上開設有進水孔105，結晶器外套101和結晶器本體102組合後形成有 通向鑄錠104外壁的出水口 103。通過在進水孔105通入冷卻水，冷卻水由出水口 103流出 對鑄錠104進行冷卻。2系和7系合金在上述的水冷普通鋁質模用結晶器半連續鑄造條件 下，對於直徑Φ > 482mm大規格圓鑄錠出現皮下裂紋是一個普遍性的問題。主要原因是 其合金化程度高，合金本身塑性就低。合金結晶溫度區間大、鑄錠規格大，結晶時鑄錠表面 成分偏析更嚴重，偏析層厚度最大可達50mm，導致表麵塑性更低。同時2系和7系合金鑄錠 裂紋傾向大，鑄造速度低，鑄錠從結晶器出來見水時，收縮一般會受到早已凝固的鑄錠內層 強力阻礙，表面一直處於拉應力狀態，很容易在某些薄弱處開裂。因此，目前實際生產中，2 系和7系合金直徑Φ ^ 482mm大規格圓鑄錠表面不可避免地存在多條10 50mm深的皮下裂紋。經過多年實踐，形成的常用控制皮下裂紋方法如合理控制合金成分、加入Al-Be 中間合金、適當提高鑄造速度、降低結晶器內液面或降低有效結晶高度、提高熔體質量等只 能減輕皮下裂紋的深度(從10 50mm減到10 30mm)，並不能杜絕皮下裂紋的產生。國 內多數廠家現行不得已的替代做法是增大鑄錠規格(在原來基礎上增大結晶器直徑15 40mm)，增加鑄錠車皮量。同時鑄錠規格增大，鑄錠產生其他裂紋的傾向更大，造成投料成本 大大增加
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種結晶器，以避免鑄錠出現皮下裂紋的現象；本發明還 公開了一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，通過此輔助方法改造後的結晶器，可使 得鑄出的鑄錠無皮下裂紋現象。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種結晶器，包括結晶器外套和結晶器本體，所述結晶器外套上開設有進水孔，所 述結晶器外套和結晶器本體組合後在二者的底部形成有通向鑄錠外壁的出水口，還包括 置於所述結晶器本體的內壁上的隔熱膜。優選的，在上述結晶器中，所述隔熱膜的底端位於所述結晶器本體底端的上部，且 二者相隔60 70mm。優選的，在上述結晶器中，所述隔熱膜的頂端具有和所述結晶器本體的頂部邊緣 配合的固定延邊。優選的，在上述結晶器中，所述隔熱膜為矽酸鋁纖維紙。優選的，在上述結晶器中，所述矽酸鋁纖維紙的厚度為2. 0 3. 0mm，所述隔熱膜 由多層依次貼附的矽酸鋁纖維紙組成。一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，包括步驟貼膜，由結晶器本體的內壁下緣60 70mm高度處向上粘貼隔熱膜至結晶器本體 的頂部；塗油，貼完隔熱膜後，在結晶器本體內壁的隔熱膜表面均勻塗至少兩次石墨潤滑 油。優選的，在上述解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法中，所述隔熱膜至少覆蓋結 晶器本體頂部50mm。優選的，在上述解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法中，在貼膜步驟之前還包括 步驟預處理，對結晶器本體的內壁及頂部進行打磨處理。優選的，在上述解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法中，所述隔熱膜為厚度為 2. 0 3. Omm的矽酸鋁纖維紙。優選的，在上述解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法中，所述隔熱膜由多層依次 貼附的矽酸鋁纖維紙組成。從上述的技術方案可以看出，本發明提供的結晶器通過在結晶器本體的內壁上設 置隔熱膜，由於隔熱膜保溫的作用使鑄錠從開始結晶到見水的時間縮短，凝殼產生二次加 熱的時間縮短，大大減少鑄錠表面偏析層厚度。據資料介紹，熱頂鑄造鑄錠偏析層很薄，在鑄錠直徑不大於800mm時，表面偏析層厚度 482mm大規格圓鑄錠的皮下裂紋，對防止鑄錠 其他裂紋也有明顯效果(尤其對直徑Φ ^ 775m m大規格圓鑄錠，鑄錠成型率可提高30% )。 統計結果表明，本發明可節約投料成本或提高成品率至少15%。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有的水冷普通鋁質模用結晶器的結構示意圖；圖2為本發明實施例提供的結晶器的結構示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種結晶器，以避免鑄錠出現皮下裂紋的現象；本發明還公開了一 種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，通過此輔助方法改造後的結晶器，可使得鑄出的 鑄錠無皮下裂紋現象。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。請參閱圖2，圖2為本發明實施例提供的結晶器的結構示意圖。本發明提供的結晶器，包括結晶器外套201和結晶器本體202，所述結晶器外套 201上開設有進水孔205，所述結晶器外套201和結晶器本體202組合後在二者的底部形成 有通向鑄錠外壁的出水口 203。其中，結晶器本體202為法蘭盤狀結構，即其具有筒狀結構 的鑄錠通流部，該鑄錠通流部的內腔使金屬溶液通過，並形成鑄錠。結晶器本體202在其鑄 錠通流部的一端還具有沿鑄錠通流部的側壁向外延伸的固定擋邊，該固定擋邊用於和結晶 器外套201裝配在一起。鑄錠通流部的另一端形成有向內側傾斜的斜邊，即此端為錐形，且 底端的截面面積最小。結晶器外套201的頂部具有和結晶器本體202的固定擋邊配合的固 定邊，底部具有斜邊，結晶器外套201和結晶器本體202裝配後，兩個斜邊形成通向鑄錠204 的出水口 203。由進水口 205通入冷卻水，冷卻水由冷卻通道從出水口 203噴向鑄錠204。本發明的重點在於還包括置於所述結晶器本體202的內壁上的隔熱膜206。隔 熱膜206可以為任意形式具有隔熱保溫作用的薄膜組成，如絕熱性、抗拉強度較好的矽酸 鋁纖維紙即可作為本發明中的隔熱膜206。
本發明提供的結晶器通過在結晶器本體202的內壁上設置隔熱膜206，由於隔熱 膜206保溫的作用使鑄錠204從開始結晶到見水的時間縮短，凝殼產生二次加熱的時間縮 短，大大減少鑄錠204表面偏析層厚度。據資料介紹，熱頂鑄造鑄錠偏析層很薄，在鑄錠直 徑不大於800mm時，表面偏析層厚度< 15mm。同時減弱了一次冷卻(結晶器壁)與二次冷卻 (見水)間的冷卻強度差異，見水後鑄錠表面溫度稍高，塑性相對要好，對防止皮下裂紋非 常有利。鑄錠表面至鑄錠中心的成分偏析程度大大減少，同時液穴變深，鑄錠見水的瞬間， 在鑄造速度不變的情況下，鑄造應力增加有限，而這時內層較薄，鑄錠外層急劇冷卻時收縮 的阻礙減弱，有利於防止鑄錠皮下裂紋。
為了進一步提高防止鑄錠皮下裂紋的效果，隔熱膜206的底端位於所述結晶器本 體202底端的上部，且二者相隔60 70mm。即預留出結晶器本體202底端60 70mm位置 處不設置隔熱膜206。使鑄錠204從開始結晶到見水的時間縮短。為防止隔熱膜206的脫落，隔熱膜206的頂端具有和所述結晶器本體202的頂部 邊緣配合的固定延邊，以保證隔熱膜206可承受足夠的拉力，一般固定延邊的寬度最好大 於 50mmo矽酸鋁纖維紙的厚度為2. 0 3. 0mm，所述隔熱膜206由多層依次貼附的矽酸鋁 纖維紙組成。粘貼的矽酸鋁纖維紙層數應根據實際保溫效果而定，以保證結晶器本體202 內壁的液穴深度大於50mm為條件。一般情況下，Φ 482 630mm規格圓鑄錠貼2 3層、 Φ 750 IOOOmm規格圓鑄錠貼5 7層即可。本發明公開的解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，此方法的實施可以防止大規 格鑄錠皮下裂紋的缺陷，其包括步驟貼膜，由結晶器本體的內壁下緣60 70mm高度處向上粘貼隔熱膜至結晶器本體 的頂部，該隔熱膜優選為厚度為2. 0 3. Omm的矽酸鋁纖維紙。留出結晶器本體的內壁下 緣60 70mm高度部分不貼隔熱膜，作為有效結晶區域。粘貼前矽酸鋁纖維紙的剪紙規格 力求一致，使用普通膠水，從結晶器本體的內壁下緣的60 70mm開始往上粘貼，一層一層 粘貼，直至將所需的矽酸鋁纖維紙全部粘貼完畢。塗油，貼完隔熱膜後，在結晶器本體內壁的隔熱膜表面均勻塗至少兩次石墨潤滑 油，時間間隔半小時，自然乾燥後便可開始鑄造。其中石墨潤滑油可以為石墨與豬油的混合 潤滑油，最好為能滲透矽酸鋁纖維紙的石墨型混合潤滑油。本發明提供的輔助方法簡單易行，成本低，可徹底解決水冷普通鋁質模用結晶器 半連續鑄造條件下2系和7系合金直徑Φ > 482mm大規格圓鑄錠的皮下裂紋，對防止鑄錠 其他裂紋也有明顯效果(尤其對直徑Φ ^ 775mm大規格圓鑄錠，鑄錠成型率可提高30% )。 統計結果表明，本發明可節約投料成本或提高成品率至少15%。鑄造速度可比正常鑄造規 定上限再提高1 5mm/min，而不會引起鑄錠中心裂紋。隔熱膜至少覆蓋結晶器本體頂部50mm，即為防止隔熱膜的脫落，粘貼時最好在結 晶器本體頂部保證有大於50mm的牽引部分，以為隔熱膜提供足夠大的拉力。在貼膜步驟之前還可以包括步驟預處理，即對結晶器本體的內壁及頂部進行打 磨處理，打磨掉結晶器本體的內壁及頂部的髒汙，以保證膠水能夠將隔熱膜粘貼在結晶器 本體的內壁及頂部。鑄造開始時，應特別注意鋪底鋁操作，一是鋪底鋁不要濺到或掛到隔熱膜，二是不要引起石墨潤滑油的燃燒。
鑄造完畢，在隔熱膜損壞不明顯的情況下，按塗油步驟塗上石墨潤滑油，如此往復 可連續使用3 4次，能達到同樣保溫效果。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
權利要求
一種結晶器，包括結晶器外套(201)和結晶器本體(202)，所述結晶器外套(201)上開設有進水孔(205)，所述結晶器外套(201)和結晶器本體(202)組合後在二者的底部形成有通向鑄錠外壁的出水口(203)，其特徵在於，還包括置於所述結晶器本體(202)的內壁上的隔熱膜(206)。
2.如權利要求1所述的結晶器，其特徵在於，所述隔熱膜(206)的底端位於所述結晶器 本體(202)底端的上部，且二者相隔60 70mm。
3.如權利要求1所述的結晶器，其特徵在於，所述隔熱膜(206)的頂端具有和所述結晶 器本體(202)的頂部邊緣配合的固定延邊。
4.如權利要求1-3任一項所述的結晶器，其特徵在於，所述隔熱膜(206)為矽酸鋁纖維紙。
5.如權利要求4所述的結晶器，其特徵在於，所述矽酸鋁纖維紙的厚度為2.0 3. 0mm，所述隔熱膜(206)由多層依次貼附的矽酸鋁纖維紙組成。
6.一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，其特徵在於，包括步驟貼膜，由結晶器本體的內壁下緣60 70mm高度處向上粘貼隔熱膜至結晶器本體的頂部；塗油，貼完隔熱膜後，在結晶器本體內壁的隔熱膜表面均勻塗至少兩次石墨潤滑油。
7.如權利要求6所述的解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，其特徵在於，所述隔熱 膜至少覆蓋結晶器本體頂部50mm。
8.如權利要求6所述的解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，其特徵在於，在貼膜步 驟之前還包括步驟預處理，對結晶器本體的內壁及頂部進行打磨處理。
9.如權利要求6-8任意一項所述的解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，其特徵在 於，所述隔熱膜為厚度為2. 0 3. Omm的矽酸鋁纖維紙。
10.如權利要求9所述的解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，其特徵在於，所述隔熱 膜由多層依次貼附的矽酸鋁纖維紙組成。
全文摘要
本發明公開了一種結晶器，包括結晶器外套和結晶器本體，還包括置於結晶器本體的內壁上的隔熱膜。本發明簡單易行，成本低，可徹底解決水冷普通鋁質模用結晶器半連續鑄造條件下2系和7系合金直徑φ≥482mm大規格圓鑄錠的皮下裂紋，對防止鑄錠其他裂紋也有明顯效果(尤其對直徑φ≥775mm大規格圓鑄錠，鑄錠成型率可提高30％)。統計結果表明，本發明可節約投料成本或提高成品率至少15％。本發明還公開了一種解決大規格鑄錠皮下裂紋的輔助方法，包括步驟貼膜，由結晶器本體的內壁下緣60～70mm高度處向上粘貼隔熱膜至結晶器本體的頂部；塗油，貼完隔熱膜後，在結晶器本體內壁的隔熱膜表面均勻塗至少兩次石墨潤滑油。
文檔編號B22D11/055GK101972839SQ201010542728
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者馮蜀君, 盧永紅, 唐劍, 楊榮東, 羅亦中 申請人:西南鋁業(集團)有限責任公司