[发明专利]一种用于铸造铝空心锭的短结晶器

说明书

技术领域

本发明涉及铝加工中技术领域，更具体地说涉及一种用于铸造铝空心锭的短结晶器。

背景技术

目前铝合金无缝铝管的坯料管生产方式主要有三种：1、实心锭穿孔热挤压法；2、空心锭热挤压法；3、薄壁空心锭三辊热轧法。这三种生产方式中第一种实心锭穿孔挤压主要适合生产软铝合金管，而且一般是内径较小的铝合金无缝管；对于强度较高的合金管材和大规格管材，实心锭穿孔挤压无法生产，适应范围很小，一般采用其余两种生产方式空心锭热挤压法、薄壁空心锭三辊热轧法。

铝合金空心锭主要通过直接铸造空心锭和采用实心锭进行钻孔获得。对于内径尺寸较大的铝管，必须采用铸造空心锭，由于空心锭的内孔基本等同于坯料管的内径尺寸，采用实心锭钻孔生产空心锭，需钻一个较大的内孔，钻孔去掉的部分占有很大的比例，大部分变成铝屑，需要重新复化再生成铝锭，工效低、浪费极大。

铸造空心锭，空心锭内外表面对管材的质量有致命的影响，铸造空心锭经过加温挤压成坯料管，坯料管生产完工后一般通过拉伸、冷轧等工序得到合适规格的成品铝管。空心锭在挤压过程中，要求空心锭内外表面光滑，组织晶粒细密，无拉裂、气孔、夹渣等缺陷，空心锭在挤压之前，一般需对有缺陷和要求高的产品的空心锭进行机械加工。因此，铸造空心锭是生产成品铝合金管最为基础与关键的工艺步骤。

空心锭的铸造工装由结晶器外壳、芯子、三角架、牵引棒等构成，铸造过程中，结晶器工装均匀分布在分水盘外圈上，由分水盘给每个外壳和芯子供应冷却水，分铝盘位于分水盘正中，炉内铝液流入分铝盘，再由分铝盘分配到每个结晶器，注入由外壳和芯子形成的环形缝隙中。

铸造开始时，升降机上升，牵引棒进入结晶器环形缝隙中，开冷却水，铝液由分铝盘注入，首先受外壳和芯子的冷却即一次冷却，开始凝固成结晶膜并附着在牵引棒上，牵引棒下降，带动已结晶的空心锭下降并逐渐拉出结晶器，外壳和芯子下缘喷出的水结触空心锭即二次冷却，牵引棒下降，铝液注入，通过铝液的温度，下降的速度、冷却水的大小的调节使整个铸造过程形成流量平衡和能量平衡，结晶器内形成稳定的固液线即液穴，铸造持续进行，完成一个铸次。

在目前空心锭铸造生产过程中，一次冷却生成结晶膜由于和外壳和芯子的摩擦、铝液的加温，结晶膜重熔或变薄，强度下降，容易造成内外表面拉裂、跑流现象且经常出现；在凝固过程中由于液态转为固态出现收缩，芯子必须加工面锥形，避免凝固的空心锭抱在芯子上，芯子出现锥度后，由于二次冷却的作用，在结晶器内部，从上至下存在温度梯度和凝固收缩的影响，内孔尺寸逐渐变小，采用的芯子为单锥度，且结晶器芯子长度一定时，芯子的锥度过小，容易抱芯，锥度过大，空心锭和芯子之间将形成一层绝热的空气隙，阻碍了进一步冷却，而源源不断的铝液补充将造成结晶膜重熔，出现泄漏，泄漏的铝液遇二次水冷却，形成偏析瘤，附在空心锭内表面。

而铸造空心锭用结晶器芯子，在凝固过程中，由于大部分金属在结晶器内结晶，同时伴随重熔再结晶过程，晶粒有充分的时间长大，结晶晶粒粗大，加工性能较差。

综上所述，铸造空心锭用现有生产工艺要求的结晶器芯子长度与单锥度，得到的空心锭表面裂纹，偏析瘤较多，由于金属在结晶器内结晶，晶粒度也较差，在后续生产中，除了对空心锭进行机械加工，部分还需要对挤出的坯料管进行刮皮处理，难以满足对组织性能较高要求的产品，消耗大，质量很难控制，成品率低下。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，通过缩短结晶器长度，避免了晶粒长大，空心锭晶粒较细，加工性能和成品管材表面质量优良，提高生产的空心锭质量与成品率；通过改进结晶器芯子为双锥度，芯子上部分与下部分为两个锥度，满足生产工艺要求，防止结晶膜重熔和拉裂，避免空心锭表面裂纹、偏析瘤，提高工效。

本发明的另一个目的是提供一种可更换内衬的铜铝复合结晶器，铜铝复合结晶器内套用铝合金，内衬用紫铜，便于更换内衬，管坯铸造过程中润滑效果好，保证了管坯表面质量。

本发明采用的技术方案：一种用于铸造铝空心锭的双锥度短结晶器，包括结晶器外壳、外壳进水管，三角架卡入外壳的环形槽内，并可在外壳上转动，外壳内固装有内套和内衬，芯子放置在内衬内，芯子上方有进水口，进水口接芯子进水管，芯子进水管安装在三角架上，芯子下方设有出水口及出水孔，芯子与内衬之间有铝液入口，主要是所述芯子为内空圆锥状，高度为80~120 mm，芯子上部分高度为芯子高度的65-70%，锥度为1：30~50，芯子下部分高度为芯子高度的30-35%，锥度为1：15~17。