专利名称：：高强铝合金圆锭铸造引锭底座的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种高强铝合金圆锭铸造引锭底座，属于铝合金半连续铸造
技术领域：
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背景技术：
：目前，铝合金挤压用铝合金圆铸锭坯料主要采用半连续直接水冷铸造(DC铸造)的方式生产。铝合金DC铸造主要分为三个阶段，第一阶段为铸造起始阶段，引锭底座进入结晶器内部，液态金属流入结晶器，随着引锭底座的不断下移，铸锭接触到冷却水，并在冷却水的"激冷"作用下整个铸锭逐渐凝固成形；铸造的第二个阶段为稳态铸造阶段，此阶段铸造参数达到稳定，铸锭内部熔体温度场和流动场保持恒定；铸造的最后一个阶段为结束阶段，当达到需要的铸造长度后，铸造过程逐渐停止，整个铸锭完全凝固成形并脱离结晶器。上述三个阶段中，铸造起始阶段是整个铸造生产的关键环节。在此阶段，引锭底座与结晶器首先共同提供金属熔体的一次冷却，当金属形成初生凝固壳时，引锭底座以一定速度下降，铸锭凝固外表面接触到冷却水，凝壳逐渐加厚并形成一定的液穴深度。与第二阶段稳态过程相比，此阶段是金属熔体与外界热平衡的建立过程，铸锭的冷却强度变化最大。对于合金元素含量高、铸造性能较差的高强铝合金来说，铸造初始阶段热平衡的建立对整个铸造过程的进行尤为关键。如果铸造初期热平衡建立失败则会导致铸锭底端开裂，裂纹甚至会随着铸造的进行延伸至整个铸锭而导致整个铸造过程的失败。引锭底座在铸造初期起到提供铸锭一次冷却的作用，引锭底座的导热能力和结构形式对铸锭初期热平衡的建立起着至关重要的作用。当前的铝合金生产通常采用铝制引锭底座，底座的形状多为平板内凹形。这种引锭结构铸造高强铝合金时铸锭底部多容易开裂。为了抑制底部裂纹，会采用铸造初期纯铝"铺底"的方式来生产高强铝合金铸锭。该方法是在铸造开始时先铸造一定长度的工业纯铝，然后再铸造合金铸锭，采用纯铝铺底工艺实现了降低铸锭冷却强度、提高热塑性、抑制铸锭底部开裂的目的。但是纯铝铺底法需要增加额外的工业纯铝保温炉，大大增加生产成本，工艺操作也比较麻烦。
发明内容本发明针对铸造初期高强铝合金铸锭易开裂的难题，提出一种高强铝合金圆锭铸造引锭底座，以满足高强铝合金圆锭的铸造工况要求，有效抑制底部开裂，提高铸造成品率。本发明的目的通过以下技术方案来实现高强铝合金圆锭铸造引锭底座，特点是所述引锭底座采用不锈钢材料，其主体为底座本体，底座本体的下部设连接螺纹，底座本体的上部为圆滑凸台，圆滑凸台的外壁面呈倒锥面，内壁面呈锥面，圆滑凸台的中心为抛物线形凸台曲面，抛物线形凸台曲面通过抛物线形过渡曲面与内壁面过渡。进一步地，上述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述内壁面的锥角范围为80°88°。更进一步地，上述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述外壁面的锥角范围为85°89°。更进一步地，上述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述底座本体的高度在100500mm。再进一步地，上述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，所述抛物线形凸台曲面的高度在525mm。再进一步地，上述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，所述引锭底座的材质具体为不锈钢1Crl8Ni9Ti。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采用本发明结构形式的引锭底座通过增加铸锭中心与底座的接触面积增加了铸锭中心的冷却强度，降低了铸锭内部的冷却差异，减小了凝固初期铸锭的内应力值。本发明的引锭底座材质选择低导热性能的不锈钢，与现今采用的铝制引锭底座相比，显著降低了铸造初期铸锭与外界的热交换，铸锭整体的冷却速度降低，凝固时间延长，铸锭累积的内应力有足够的时间得到释放。可见，采用本发明引锭底座有效降低了高强铝合金圆锭铸造初期的底部开裂的倾向，提高了铸造成功率。下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明图1:本发明的结构示意图。图中各附图标记的含义见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具体实施例方式为了满足高强铝合金圆锭铸造要求，锭底座材质的选择必须满足三个方面要求1)导热性能低，为抑制底部开裂，在铸造初期希望减小铸锭的冷却强度，使铸锭缓慢凝固成形，从而增加铸锭热塑性，延长内应力释放时间，因此要求引锭底座的热传导性能要低；2)热膨胀系数小，在铸造开始前，引锭底座需进入结晶器内部，液态金属流入结晶器后底座在冷却金属的同时自身受到加热作用，如果引锭材料的热膨胀率过高，与结晶器间的间隙会减小甚至消失，在铸造过程中很可能会划伤结晶器内表面；3)抗热冲击性好，在各个铸次之间，引锭底座需经受循环性的金属热冲击和冷却水的强烈冷却作用，如果底座材质耐热冲击性不好，则底座易发生变形或损坏。本发明中，引锭底座采用热传导性低、耐热冲击性好的不锈钢加工而成，具体为不锈钢1Crl8Ni9Ti。铝合金的热导率范围为2.112.237X102W/(mK)，而不锈钢热导率范围为1524W/(mK)，只有铝合金的1/10，能够减小引锭底座对铸锭底部的冷却强度。此外，为减小铸锭中心和边部的冷却强度差异，均匀铸锭内部的温度梯度，本发明引锭底座采用特殊的结构设计形式，如图1所示，高强铝合金圆锭铸造引锭底座，采用导热性能低的不锈钢机加工而成，其主体为底座本体l，底座本体1的下部设连接螺纹2，底座本体1通过连接螺纹2与铸造平台连接，底座本体1的上部为圆滑凸台3，圆滑凸台的外壁面5呈倒锥面，内壁面4呈锥面，圆滑凸台的中心为抛物线形凸台曲面6，抛物线形凸台曲面6通过抛物线形过渡曲面7与内壁面4过渡。底座本体1的高度B在100500mm，抛物线形凸台曲面6的高度A在525mm。本发明引锭底座内壁采用锥面设计，目的是使铸造初期铸锭与底座本体形成一定的"啮合力"，利用底座下移的牵引力带动铸锭下移，防止铸造初期润滑不充分，铸锭与结晶器内壁摩擦力较大时发生的"铸造卡阻"现象，提高铸造成功率。内锥面的锥角范围根据合金的收縮能力和铸锭的规格准确选择，锥度太小则铸锭不能与底座形成有效"啮合"，容易发生铸造卡阻，反之，如果锥度太大则易造成铸造结束后铸锭脱锭困难，破坏铸造设备。针对小300mm小500mm高强铝合金铸锭，底座内壁面锥角范围为80°88°。底座中心的抛物线形凸台曲面6通过抛物线形过渡曲面7与外缘实现圆滑过渡，凸台曲面6的高度A以及底座本体的高度B与铸锭的规格、铸造工艺以及合金品种有关。底座中心部分的凸台设计有利于增加铸锭中心的冷却强度，凸台曲面与底座外缘采用圆滑曲线设计有利于实现铸锭中心和边部冷却强度的平滑过渡，均匀内部温度场。与传统引锭底座相比，本发明底座本体通过增加凸台曲面，增强通过增加铸锭中心冷却强度的方式减小了铸造初期铸锭内部的温度梯度，降低了铸锭底部应力值，从而减小了底部开裂倾向。引锭底座的外壁设计成锥角范围为85。89°的倒锥面，不仅可以防止底座侧面污物对结晶器内壁的划伤，同时可以避免铸造初期结晶器冷却水冲击到底座外壁后上溅造成返水，保障铸造安全。具体应用时，铸造开始前，引锭底座本体采用冷风管吹干表面水分，上升至结晶器内预设高度，底座外壁与结晶器内壁形成12mm间隙。打开结晶器冷却水并调整至铸造初期水流量，铝合金熔体由静置炉出口流出，通过连接流槽缓慢流入结晶器和底座构成的铸造模内。液态熔体流经底座过渡曲面，并首先将底座锥形内腔填充满。随着熔体流量的加大，结晶器内金属液位不断升高，当金属液位超过底座凸台曲面高度1060mm时，引锭底座开始以预设铸造速度下降，半连续铸造过程开始。在引锭底座和结晶器内壁共同冷却作用下，金属熔体逐渐凝固收縮。基于引锭底座内腔外沿的锥面结构，凝固收縮的铸锭与底5座形成一定的"啮合力"，靠自身重力和啮合力的共同作用下铸锭顺利脱开结晶器，外表面接触到结晶器内的二次冷却水，在冷却水的激冷作用下整个铸锭逐渐凝固成形。综上所述，采用本发明结构形式的引锭底座通过增加铸锭中心与底座的接触面积增加了铸锭中心的冷却强度，降低了铸锭内部的冷却差异，减小了凝固初期铸锭的内应力值。本发明的引锭底座材质选择低导热性能的不锈钢，与现今采用的铝制引锭底座相比，显著降低了铸造初期铸锭与外界的热交换，铸锭整体的冷却速度降低，凝固时间延长，铸锭累积的内应力有足够的时间得到释放。基于以上两点，采用本发明的引锭底座有效降低了高强铝合金圆锭铸造初期的底部开裂的倾向，提高了铸造成功率。以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。权利要求高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述引锭底座采用不锈钢材料，其主体为底座本体(1)，底座本体(1)的下部设连接螺纹(2)，底座本体(1)的上部为圆滑凸台(3)，圆滑凸台的外壁面(5)呈倒锥面，内壁面(4)呈锥面，圆滑凸台的中心为抛物线形凸台曲面(6)，抛物线形凸台曲面(6)通过抛物线形过渡曲面(7)与内壁面(4)过渡。2.根据权利要求l所述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述内壁面(4)的锥角范围为80。88°。3.根据权利要求l所述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述外壁面(5)的锥角范围为85°89°。4.根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述底座本体(1)的高度在100500mm。5.根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述抛物线形凸台曲面(6)的高度在525mm。6.根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭铸造引锭底座，其特征在于所述引锭底座的材质具体为不锈钢1Crl8Ni9Ti。全文摘要本发明提供一种高强铝合金圆锭铸造引锭底座，引锭底座采用不锈钢材料，其主体为底座本体，底座本体的下部设连接螺纹，底座本体的上部为圆滑凸台，圆滑凸台的外壁面呈倒锥面，内壁面呈锥面，圆滑凸台的中心为抛物线形凸台曲面，抛物线形凸台曲面通过抛物线形过渡曲面与内壁面过渡。采用本发明结构形式的引锭底座通过增加铸锭中心与底座的接触面积增加了铸锭中心的冷却强度，减小了凝固初期铸锭的内应力值。其材质选择低导热性能的不锈钢，降低了铸造初期铸锭与外界的热交换，凝固时间延长，铸锭累积的内应力有足够的时间得到释放，从而有效降低了高强铝合金圆锭铸造初期的底部开裂的倾向，提高了铸造成功率。文档编号B22D11/14GK101745622SQ20081024417公开日2010年6月23日申请日期2008年12月18日优先权日2008年12月18日发明者吴文祥,王家淳,郭世杰申请人:苏州有色金属研究院有限公司