制本实用新型的范围，在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
[0038]如图1所示，本实用新型装置包括均匀冷却器1、热顶2、熔体3、油气润滑结晶器4、磁轭5、线圈6、石墨环7、喷水孔8、铸锭9、引锭10等。热顶2设置于油气润滑结晶器4的上方，线圈6和磁轭5设置在油气润滑结晶器4外，均匀冷却器I设置于油气润滑结晶器4内，引锭10位于油气润滑结晶器4下方。
[0039]油气润滑结晶器4包括结晶器本体和石墨环7，石墨环7安装在结晶器本体的上方，石墨环7外壁设有气槽12和油槽11，气槽12采用分段式设计，如图2所示，气槽12分为3?20段，每段气槽12长度为100?500mm，每段单独设置进气通道，单独供气、单独控制；油槽11与气槽12分开，油槽11设置在气槽12上部，石墨环7采用多孔石墨制备，气体和润滑油通过石墨环7渗出结晶器。
[0040]油气润滑结晶器4采用双排喷水孔设计，如图3所示;两排喷水孔单独控制水量，上排喷水孔13与油气润滑结晶器4内壁夹角为15?30°，直径为I?5_，下排喷水孔14与油气润滑结晶器4壁夹角为O?25°且大于0°，直径为2?8mm，上排喷水孔直径需小于等于下排喷水孔直径。
[0041 ]磁轭5采用可伸缩式设计。磁轭5长度可变，伸缩范围为O?100mm，电磁感应线圈6产生电磁场经磁轭5导入结晶器内部恪体。电磁线圈6可产生旋转电磁场、行波电磁场或复合电磁场。
[0042]在半连续铸造过程中，均匀冷却器I通过热顶2伸入到油气润滑结晶器4高度位置，均匀冷却器I可以设置一个或多个，均匀冷却器I可以转动，旋转速度为O?300r/min。如图4所示，均匀冷却器I由上部绝热端15和下部冷却端17组成，绝热端15设置搅拌叶片16;上部绝热端15为圆筒形，外径为100?800_，使用耐高温绝热材料制成;冷却端17采用导热材料制成，如石墨、铜、钼、钛及其复合材料;均匀冷却器I的冷却端17具有螺旋形状，均匀冷却器I转动时产生强制熔体向下流动的效果;搅拌叶片数为O?8，叶片宽度为1?I OOmm，叶片厚度为2?8mm，搅拌叶片16采用耐高温材料制成，如铜、钼、钛、陶瓷及其复合材料，叶片随着均匀冷却器I转动，使用过程中，带动熔体向均匀冷却器I的冷却端17汇集，均匀冷却器I内通入循环冷却介质，冷却介质到达冷却端17，通过冷却端17与恪体换热，冷却介质为空气、氮气、水、油等各种流体，冷却介质流量为O?2000L/min，实现熔体连续动态均匀过冷，熔体经过均匀冷却器底部冷却，继续向下流动进入液穴糊状区，实现熔体的连续动态均匀冷却和强制补缩，最终制备出细晶均质大规格铸锭。
[0043]使用方法为:在半连续铸造过程中，整套装置预热至80?200°C，将经过精炼处理且稳定为液相线以上80?100°C的熔体浇入本装置中。在连铸过程中:石墨环7外壁气槽12和油槽11通入空气和润滑油，空气流量为500?5000mL/min，供油采用脉冲式，供油量为60?100/s;开启电磁线圈6，电流为10?200A，控制上排喷水孔13的流量为I?50L/min，下排喷水孔14的流量为20?100L/min;铸造速度为20?100mm/min。
[0044]合金熔体经热顶2、结晶器4到达引锭10上部，熔体液面升至要求高度，连铸开始，引锭10缓慢下降，冷却水流量缓慢加大，待铸造过程进入稳定状态，施加均匀冷却和电磁搅拌处理，均匀冷却处理的冷却强度为500?5000W/(m2.k)，电磁搅拌处理的剪切速率为10?2000s—1，直到铸造过程结束。
[0045]采用本实用新型装置制备Φ 582mm规格7075铝合金圆铸锭，要求表面光滑，内部组织细小均匀。【具体实施方式】如下:
[0046]装置结构示意图如图1所示，油气润滑结晶器4采用分区给气系统，石墨环7外设有气槽12和油槽11，气槽12分为4段，每段气槽12长度为456mm，每段单独设置进气通道，单独供气、单独控制；油槽11与气槽12分开，油槽11设置在气槽12上部，石墨环7采用多孔石墨制备。上排喷水孔13与结晶器壁夹角为25°，直径为2mm，下排喷水孔14与结晶器壁夹角为10°，直径为5mm，双排喷水孔水量可以单独控制。
[0047]均匀冷却器I设置在铸造平台上，冷却器直径为300mm，冷却器、热顶和结晶器同心，均匀冷却器I底端与结晶器的底端平齐。均匀冷却器I绝热端15采用耐高温绝热陶瓷制成，直径为300mm，厚度为10mm，下部冷却端17直径为350mm，用石墨制成，叶片数为3，叶片宽度为50mm。均勾冷却器I转速为60r/min。
[0048]电磁线圈设置在油气润滑结晶器4的外周，电磁线圈产生旋转电磁场，对合金熔体实施剪切，磁轭长度为50mm。
[0049]在半连续铸造过程中，将经过精炼处理且稳定为液相线以上100°C的熔体浇入热顶内。石墨环7外壁气槽12和油槽11通入空气和润滑油，空气流量为1430mL/min，采用脉冲式供油，供油量为80/s;控制上排喷水孔13的流量为20L/min，下排喷水孔14的流量为30L/min ；铸造速度为65mm/min。合金恪体通过热顶2到达结晶器，恪体液面升至要求高度，连铸开始，引锭10缓慢下降，冷却水流量缓慢加大，待铸造过程进入稳定状态，施加均匀冷却和电磁搅拌处理，均匀冷却处理的冷却强度为1210W/(m2.k)，电磁搅拌处理的剪切速率为110s—I直到铸造过程结束。
[0050]通过对比普通半连续铸造和本实用新型装置制备的Φ582_规格7075铝合金圆铸锭表面质量和内部组织，发现采用普通半连续铸造制备的铸锭表面质量差、内部组织粗大，如图5a、图6a所示;采用本实用新型制备的铸锭表面光亮，内部组织细小均匀，平均晶粒尺寸为154μπι，如图5b、图6b所示。
[0051]本实用新型将分区给气结晶器与均匀冷却器和电磁搅拌器巧妙结合，分区给气结晶器设计能够稳定控制气体压力，均匀冷却器增加铸锭凝固过程中的冷却维度，电磁搅拌器强化凝固过程熔体的立体化对流，提高大体积合金熔体温度场和成分场的均匀性，三者的有效耦合能实现熔体在气体压力接触状态下强制均匀凝固成形，使熔体和结晶器之间能够形成稳定连续的气膜，不但铸锭表面光滑，而且内部组织细小均匀。采用本装置制备的大规格铝合金高品质铸锭生产效率高、易与大工业生产相结合，在航空航天、轨道交通、船舶等制造领域具有广阔的工业应用前景。
【主权项】
1.一种制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:该装置主要由均匀冷却器、热顶、油气润滑结晶器、感应线圈和引锭组成;所述的热顶设置于油气润滑结晶器的上方，所述的感应线圈设置在油气润滑结晶器外侧，所述的均匀冷却器设置于油气润滑结晶器内，所述的引锭位于油气润滑结晶器下方。2.根据权利要求1所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的油气润滑结晶器包括结晶器本体和石墨环，所述的石墨环安装在结晶器本体的上方，所述的石墨环外壁设有气槽和油槽，所述的油槽与气槽分开，所述的油槽设置在气槽上部;所述的气槽分为3?20段，每段单独供气、单独控制。3.根据权利要求2所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:每段气槽长度为100?500mm。4.根据权利要求2所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的石墨环米用多孔石墨制成。5.根据权利要求2所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的结晶器本体上设置上、下两排喷水孔，上排喷水孔与结晶器壁夹角为15?30°，直径为I?5mm，下排喷水孔与结晶器壁夹角为O?25°且大于0°，直径为2?8mm;双排喷水孔水量单独控制，上排喷水孔直径小于等于下排喷水孔直径。6.根据权利要求1所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的感应线圈的磁轭采用可伸缩式设计，伸缩范围为O?100mm，感应线圈产生电磁场经磁轭导入结晶器内部熔体;所述的感应线圈产生旋转电磁场、行波电磁场或复合电磁场。7.根据权利要求1所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述均匀冷却器上部为绝热端，下部为冷却端，所述的绝热端设置有搅拌叶片;所述的绝热端为圆筒形，采用耐高温绝热陶瓷材料制成;所述的冷却端采用导热材料制成;所述的搅拌叶片采用耐高温材料制成，搅拌叶片数为O?8。8.根据权利要求7所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的绝热端外径为100?800mm;所述的冷却端具有螺旋形状，采用石墨、铜、钼、钛或其复合材料制成;所述的搅拌叶片采用铜、钼、钛、陶瓷或其复合材料制成，搅拌叶片宽度为10?100mm，厚度为2?8mm。9.根据权利要求1所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的均匀冷却器为一个或多个，设置到结晶器高度位置，旋转速度为O?300r/min。10.根据权利要求9所述的制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，其特征在于:所述的均匀冷却器采用的冷却介质为空气、氮气、水或油，冷却介质流量为O?2000L/min。
【专利摘要】本实用新型涉及一种制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，属于金属材料加工领域。该装置主要由均匀冷却器、热顶、油气润滑结晶器、感应线圈和引锭组成；热顶设置于油气润滑结晶器的上方，感应线圈设置在油气润滑结晶器外侧，均匀冷却器设置于油气润滑结晶器内，引锭位于油气润滑结晶器下方。本装置将分区给气结晶器与均匀冷却器和电磁搅拌器巧妙结合，三者的有效耦合能实现熔体在气体压力接触状态下强制均匀凝固成形，使熔体和结晶器之间形成稳定连续的气膜，不但铸锭表面光滑，而且内部组织细小均匀。本装置制备的大规格铝合金高品质铸锭生产效率高、易与大工业生产相结合，在航空航天、轨道交通、船舶等制造领域具有广阔的工业应用前景。
【IPC分类】B22D11/07, B22D11/115, B22D11/112
【公开号】CN205236991
【申请号】CN201521131860
【发明人】张志峰, 徐骏, 张少明, 白月龙, 高明伟, 刘建朝, 杨玉洁
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月30日