[发明专利]铝合金空心锭半连铸结晶器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金空心锭半连铸结晶器及其应用，属于铝合金铸造技术领域。

背景技术

铝合金空心锭常见的生产方法有两种：一种是首先铸造出实心棒坯，经挤压或穿孔得到空心锭；另一种是用由外结晶器和芯子组成的结晶器，以半连铸的方法直接铸造出空心锭。与前者相比，后一种方式具有工序少、生产周期短、能耗低、金属利用率高等显著优点，而且可以生产难穿孔的空心锭。因此，半连铸直接生产空心锭是目前生产铝合金空心锭的主要方式。但是由于传统的空心锭结晶器冷却壁长度较大，且无热顶保温帽，金属液通过浇注漏斗从顶部进入型腔，因此采用这种结晶器生产空心锭时，极易形成表面冷隔、偏析瘤、夹杂等缺陷，在挤压前车皮、镗孔量很大，大大降低了金属利用率和综合成品率。

专利公开号为CN201154392Y的中国专利公开了“一种热顶空心锭结晶器”，在外结晶器及芯子上分别设置保温帽，铸造时冷却水通过外结晶器与芯子的喷水孔分别对空心锭内、外表面进行冷却。该方法由于使用了保温帽，铸造时有利于熔体中的气体和夹杂上浮，从而减少空心锭内气孔、夹杂缺陷。但是由于结构受保温帽限制，该结晶器在铸造过程中不能对空心锭内、外表面注油润滑，由于坯壳与结晶器冷却壁之间存在摩擦，因此空心锭，特别是高合金化铝合金心锭的表面质量仍有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铝合金空心锭半连铸结晶器及其应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铝合金空心锭半连铸结晶器，包括水套、外结晶器本体和芯子本体，水套与外结晶器本体相连接，其特征在于：水套的冷却水腔中设有分水环，与冷却水腔相贯通的喷水孔朝向外结晶器冷却壁，外结晶器本体内设有外润滑油通道，外润滑油通道一端通过供油管与供油装置相连，另一端开口于外储油槽，紧压在外储油槽上的外注油环朝向外结晶器冷却壁，在外结晶器本体上固定有外保温帽，在外保温帽侧面设置同水平流槽；芯子本体置于外结晶器本体中的中央位置，芯子本体的内部为中空结构，形成储水空腔，其底端由堵头密封，芯子本体内设有进水管，进水管的内腔与储水空腔相连通，进水管外套设有出水管，出水管的内壁与进水管的外壁之间形成的内腔与储水空腔相连通；芯子本体内设有内润滑油通道，内润滑油通道一端通过供油管与供油装置相连，另一端开口于内储油槽，紧压在内储油槽上的内注油环朝向芯子冷却壁，芯子冷却壁呈上大下小的锥度结构，芯子本体上固定有内保温帽。

进一步地，上述的铝合金空心锭半连铸结晶器，所述内保温帽和外保温帽的高度为50~200mm。

更进一步地，上述的铝合金空心锭半连铸结晶器，所述外结晶器冷却壁的高度为30~50mm，芯子冷却壁的高度为30~100mm。

更进一步地，上述的铝合金空心锭半连铸结晶器，外注油环的材质为金属，外注油环与外储油槽相接触的面周向上均匀开设缝隙，缝隙的宽度和高度均是0.1~0.5mm。

再进一步地，上述的铝合金空心锭半连铸结晶器，内注油环的材质为金属，内注油环与内储油槽相接触的面周向上均匀开设缝隙，缝隙的宽度和高度均是0.1~0.5mm。

本发明结晶器实现铝合金空心锭半连铸，铸造时铝液从外保温帽侧面同水平流槽进入结晶器，水冷作用下形成初凝壳，当保温帽内金属液位高度达到要求后启动铸造机，铸造速度为80~120mm/min，并以脉冲方式向结晶器供油，分别对空心锭的内、外表面进行润滑，冷却水进入冷却水腔后经过分水环从喷水孔流至空心锭外表面进行冷却，润滑油通过润滑油通道灌满外储油槽，并经由外注油环的缝隙流出，润滑油润滑外结晶器冷却壁；冷却水由进水管进入芯子本体内部的储水空腔，冷却芯子后由同轴的出水管排出，润滑油通过芯子润滑油通道和内储油槽经内注油环的缝隙流出，润滑油润滑芯子冷却壁；润滑油以脉冲方式分别对空心锭的内、外表面进行润滑，润滑油压力为1~10kPa，频率为1~20次/min，直到铸造结束。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

结晶器冷却壁高度小，在半连铸过程中可以对外结晶器和芯子的冷却壁注油润滑，因此可以显著提高空心锭的内、外表面光洁度，减少后续塑性加工前的去皮量。结晶器设热顶保温帽，有利于铝合金溶体中的夹杂上浮，可减少空心锭中的夹杂含量。采用同水平浇注方式，可多个结晶器安装在同一个铸造平台上进行生产，液位控制方便，生产效率高。芯子底部封闭采用循环水的冷却方式冷却空心锭内表面，彻底避免了芯子部位漏铝引起爆炸的安全隐患。适用于圆形及矩形、多边形等异形铝合金空心锭的生产。