一种细晶结晶器的制造方法
【专利摘要】一种细晶结晶器，含有分流盖、本体、挡水圈及下盖板，本体的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，将分流盖通过螺栓固定在本体的上端、将下盖板通过螺栓固定在本体的下端、将挡水圈装卡在本体和下盖板的环槽内组装成细晶结晶器，细晶结晶器的轴线总高度得到有效缩短，本体中的一次冷却结晶区和出锭区形成二级分配机构，使整个铝铸锭形成促进等轴晶生产的负温度梯度区域，从而实现游离晶粒的等轴形式生产，避免传统结晶器设计内部高温区范围区间宽，游离晶粒被重熔，晶核不能实现等轴方式生长的不足，有利于实现高纯铝铸锭显微组织的细化。
【专利说明】
一种细晶结晶器
技术领域
[0001]本实用新型属于有色金属铸造技术领域，尤其是一种细晶结晶器，该细晶结晶器能用于半连续铸造尚纯招铸徒。
【背景技术】
[0002]高纯铝或是超高纯铝由于比工业纯铝的杂质元素含量更低，因此具有比工业纯铝更好的导电性、延展性、反射性和抗腐蚀性，在电子工业及航空航天等领域有着更广泛的使用用途，例如5N5-6N超高纯铝中各杂质的最大含量不超过0.4ppm，因此可用于半导体器件制造行业，也可用于制备超导电缆。
[0003]随着尚纯招广品应用性能的提升以及应用领域的逐步扩大，对制备尚纯招铸徒的质量也提出了更高要求，不仅要满足下游产品对高纯铝纯度以及杂质元素的苛刻要求，而且对高纯铝铸锭的显微组织晶粒尺寸也提出了更加严格的要求，即希望其晶粒尺寸要控制得足够细小。
[0004]由于高纯铝铸锭使用的铝熔体极为纯净，不能像传统铝铸锭铸造加工那样通过添加细化剂来实现其组织细化，只能通过成型工艺或是结晶器的改进来实现高纯铝铸锭的组织细化，而目前采用的结晶器主要通过其外侧设计的电磁感应线圈来促使铝熔体在铸造过程中产生强制流动，从而实现高纯铝铸锭组织的细化。但是这种结晶器的设计过于复杂，在铸造过程中需要持续施加电磁场而使其能源消耗较大，电磁场驱动的铝熔体在强制流动时容易将其表面的氧化膜层破坏并被带入铝铸锭内部，从而影响高纯铝铸锭的纯净度，铸造成本较高。
[0005]研制一种细晶结晶器并用于半连续铸造高纯铝铸锭的结构形式还未见到相关报道。
【发明内容】
[0006]为了解决上述结晶器存在的问题，本实用新型设计了一种细晶结晶器，该细晶结晶器可以增加铝熔体内部的形核数量，从而得到组织细化的高纯铝铸锭，减小了铸造成本，且铸造过程易于实现。
[0007]为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]—种细晶结晶器，该细晶结晶器含有分流盖、本体、挡水圈及下盖板，该细晶结晶器用于半连续铸造高纯铝铸锭，高纯铝铸锭或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为Φ Dmm，所述扁锭的设计尺寸为Dmm X dmm，D > d，所述方锭的设计尺寸为Dmm X Dmm，本实用新型的特征如下:
[0009]呈凸状的分流盖正中设置有进液口，进液口的下端由分流盖中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的尺寸或为OD1，或为Od1,在进液口的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔，各出液孔的孔径均控制在Φ 5?Φ 15mm，分流盖的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸或为OD1，或为Od1,所述倒凹环槽的最大外围结构尺寸或为?D2，或为D2Xd2,或为D2XD2, DKD2SDd1Sd2ScU所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔为准，分流盖下端的最大尺寸或为Φ D3，或为D3 X d3，或为D3 X D3，D3远大于D，d3远大于d;
[0010]本体的外围结构尺寸或等于ΦD3，或等于D3 X d3，或等于D3 X D3，在本体的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸或大于Φ?，或大于D X d，或大于D X D，所述凹环槽的轴向高度控制在I?3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板，所述储油槽与水平设置的进油通道联通，进油通道外接脉冲式供油器;所述一次冷却结晶区的结构尺寸或等于Φ D，或等于D X d，或等于D XD，所述一次冷却结晶区的轴向高度控制在15?80mm，在所述一次冷却结晶区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽，冷却凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，冷却凹槽的槽宽控制在0.5?Imm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在O?5mm ；所述出锭区的结构尺寸或大于Φ?，或大于DXd，或大于DXD;在本体的下端设置有不规则的环状冷却水腔，环状冷却水腔在本体内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道，出水通道贯穿联通到各冷却凹槽底端，环状冷却水腔的下端宽度设定为Hmm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽；
[0011]下盖板的外围结构尺寸与本体的三种外围结构尺寸相等，下盖板的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的三种结构尺寸相等，下盖板的两侧设置有环状进水口，环状进水口外接冷却水，环状进水口与环状冷却水腔对应设置且环状进水口的宽度小于H，在环状进水口的上端内侧端面上设置有下环槽；
[0012]将分流盖通过螺栓固定在本体的上端、将下盖板通过螺栓固定在本体的下端、将挡水圈装卡在所述下环槽和所述上环槽内并使其组装成细晶结晶器。
[0013]上述分流盖由绝热耐火材料制作而成。
[0014]上述本体或由紫铜制作而成，或由铝合金制作而成。
[0015]上述挡水圈呈滤网状。
[0016]上述冷却凹槽或呈矩形，或呈半圆形，或呈V型。
[0017]上述下盖板或由铝合金制作而成，或由铸钢制作而成。
[0018]由于采用如上所述技术方案，本实用新型产生如下积极效果:
[0019]1.本实用新型可根据圆锭、扁锭和方锭的形状来分别设计，细晶结晶器结构独特，轴线总高度得到有效缩短，生产效率明显提高。
[0020]2.本体在一次冷却结晶区表面采用开槽设计，增加了结晶区与铝熔体的接触面积，降低铝熔体形核的润湿角和形核功，有利于大量晶粒在一次冷却结晶区表面形成。
[0021]3.本体的一次冷却结晶区和出锭区形成二级分配机构，使整个铝铸锭形成促进等轴晶生产的负温度梯度区域，从而实现游离晶粒的等轴形式生产，避免传统结晶器设计内部高温区范围区间宽，游离晶粒被重熔，晶核不能实现等轴方式生长的不足，有利于实现铸锭显微组织的细化。
【附图说明】
[0022]图1是圆锭细晶结晶器的结构示意简图。
[0023]图1中:1-进液口； 2-分流盖;3-出液孔;4-本体;5_挡水圈；6_环状冷却水腔;7_出水通道;8-下盖板;9-冷却凹槽;I O-环状进水口； 11 -进油通道;12-盖油板。
【具体实施方式】
[0024]本实用新型是一种细晶结晶器，通过改变细晶结晶器的结构设计，从而改变熔体流动方式并促进游离晶粒在铸锭内部的生长，增加晶粒形核数量，从而实现高纯铝铸锭的组织细化。
[0025]本实用新型的细晶结晶器用于半连续铸造高纯铝铸锭，高纯铝铸锭或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为?D，所述扁锭的设计尺寸为DXd，D>d，所述方锭的设计尺寸为DXD，所述圆锭、所述扁锭和所述方锭使用的细晶结晶器结构是有区别的，但细晶结晶器中均含有分流盖2、本体4、挡水圈5及下盖板8，挡水圈5呈滤网状，挡水圈5除具有过滤作用外还具有储水作用。下面所述的单位均为_。
[0026]结合图1并以半连续铸造?D= 178mm所述圆锭为例，本实用新型的细晶结晶器结构简述如下:
[0027]呈凸状的分流盖2正中设置有进液口I，进液口 I的下端由分流盖2中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的参考尺寸OD1= 140?150mm，进液口 I的参考尺寸= 120?130mm，在进液口 I的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔3，各出液孔3的孔径均控制在Φ 5?Φ 15mm，分流盖2的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸为Φ D1，所述倒凹环槽的最大外围结构参考尺寸OD2= 160?170mm，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔3为准，分流盖2下端的最大参考尺寸Φ?3 = 400?500mm，由此看出所述圆锭使用的所述倒凹环槽呈圆形，分流盖2由绝热性能优异的耐火材料制作而成。分流盖的作用是在半连续铸造过程中，使铝熔体首先经过分流盖再导入细晶结晶器内部，并在铝溶体内部形成沿细晶结晶器壁竖直向下的被动流动，在所述一次冷却区壁凝固形成的大量游离晶核17并在铝熔体13的冲刷作用下不断带入其内部。
[0028]本体4的外围结构尺寸等于ΦD3，在本体4的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构参考尺寸是Φ 188?Φ 198_，所述凹环槽的轴向高度控制在I?3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板12，所述储油槽与水平设置的进油通道11联通，进油通道11外接脉冲式供油器。所述一次冷却结晶区的结构尺寸等于Φ D = 17 8 mm，所述一次冷却结晶区的轴向高度控制在15?80mm，在所述一次冷却结晶区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽9，各冷却凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，各冷却凹槽的槽宽控制在0.5?1mm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在O?5mm，冷却凹槽9或呈矩形，或呈半圆形，或呈V型，冷却凹槽的作用是增加所述一次冷却区与铝熔体13的接触表面积并增大所述一次冷却区的换热系数，同时冷却凹槽9的设计比传统平面设计更能够降低铝熔体13在细晶结晶器表面形核的润湿角并减小形核功，从而更有利于大量晶粒在所述一次冷却区瞬间形成，增加游离晶核17的数量。所述出锭区的结构参考尺寸是Φ 180?Φ 188mm，在本体4的下端设置有不规则的环状冷却水腔6，环状冷却水腔6在本体4内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽9中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道7，出水通道7贯穿联通到各冷却凹槽底端，环状冷却水腔6的下端宽度设定为H = 20?40mm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽。本体或由紫铜制作而成，或由铝合金制作而成。
[0029]下盖板8的外围结构尺寸与本体4的外围结构尺寸相等，下盖板8的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的结构尺寸相等，下盖板8的两侧设置有环状进水口 10，环状进水口 10外接冷却水，环状进水口 10与环状冷却水腔6对应设置且环状进水口的宽度小于H，在环状进水口 10的上端内侧端面上设置有下环槽，下盖板8或由铝合金制作而成，或由铸钢制作而成。
[0030]将分流盖2通过螺栓固定在本体4的上端、将下盖板8通过螺栓固定在本体4的下端、将挡水圈5装卡在所述下环槽和所述上环槽内并使其组装成所述圆锭使用的细晶结晶器。
[0031]本实用新型的细晶结晶器增加了高纯铝铸锭内部的整体形核数目，并在其液面下方引入铝熔体流动，在不卷入氧化膜和不影响高纯铝铸锭质量的同时，增加了形核粒子的存活数量，细化了高纯铝铸锭的显微组织。
[0032]可见，采用细晶结晶器半连续铸造出的高纯铝铸锭，其内部由发达的柱状晶粒为主转变为以柱状晶和等轴晶共存的形式，并且等轴晶粒所占比例显著增大。由于等轴晶粒的晶粒尺寸比柱状晶粒尺寸显著减小，因此高纯铝铸锭的微观组织亦得到细化。
[0033]以半连续铸造DXd = 200mmX6 Omm所述扁锭为例，细晶结晶器的结构特征如下，未述内容参见上述圆锭所述技术方案，不另赘述。
[0034]呈凸状的分流盖2正中设置有进液口I，进液口 I的下端由分流盖2中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的参考尺寸Φ CU = 45?50mm，进液口 I的参考尺寸与Φ cb匹配即可，在进液口 I的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔3，各出液孔3的孔径均控制在Φ5?Φ 15mm，分流盖2的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸为Φ cU，所述倒凹环槽的最大外围结构参考尺寸D2 Xcb= {180?190} X {54?56}mm，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔3为准，分流盖2下端的最大参考尺寸D3 Xd3= {450?500} X{100?150}mm，由此看出所述扁锭使用的所述倒凹环槽呈内圆外矩形，分流盖2由绝热性能优异的耐火材料制作而成。
[0035]本体4的外围结构尺寸等于D3X d3，在本体4的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸大于DXd，所述凹环槽的轴向高度控制在I?3mm，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板12，所述储油槽与水平设置的进油通道11联通，进油通道11外接脉冲式供油器。所述一次冷却区的结构尺寸等于D X d = 200 X 60mm,所述一次冷却区的轴向高度控制在15?80mm，在所述一次冷却区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽9，各冷却凹槽的深度控制在0.2?0.5mm，各冷却凹槽的槽宽控制在0.5?Imm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在O?5mm，冷却凹槽9或呈矩形，或呈半圆形，或呈V型。所述出锭区的结构参考尺寸大于DXd，在本体4的下端设置有不规则的环状冷却水腔6，环状冷却水腔6在本体4内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽9中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道7，出水通道7贯穿联通到各冷却凹槽底端，环状冷却水腔6的下端宽度设定为H=20?40mm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽。本体或由紫铜制作而成，或由铝合金制作而成。
[0036]下盖板8的外围结构尺寸与本体4的外围结构尺寸相等，下盖板8的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的结构尺寸相等，下盖板8的两侧设置有环状进水口 10，环状进水口 10外接冷却水，环状进水口 10与环状冷却水腔6对应设置且环状进水口的宽度小于H，在环状进水口 10的上端内侧端面上设置有下环槽，下盖板8或由铝合金制作而成，或由铸钢制作而成。
[0037]将分流盖2通过螺栓固定在本体4的上端、将下盖板8通过螺栓固定在本体4的下端、将挡水圈5装卡在所述下环槽和所述上环槽内并使其组装成所述扁锭使用的细晶结晶器。
[0038]以半连续铸造DXD = 10X 10mm所述方锭为例:
[0039]呈凸状的分流盖2正中设置有进液口I，进液口 I的下端由分流盖2中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的参考尺寸OD1 = SO?85mm，进液口 I的参考尺寸与OD1匹配即可，在进液口 I的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔3，各出液孔3的孔径均控制在Φ5?Φ 15mm，分流盖2的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸为Φ D1，所述倒凹环槽的最大外围结构参考尺ID2XD2= {90?94} X {90?94}mm，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔3为准，分流盖2下端的最大参考尺寸D3 XD3= {450?500} X {450?500}mm，由此看出所述扁锭使用的所述倒凹环槽呈内圆外方形。本体4和下盖板8的结构尺寸可参见所述扁锭的技术方案，不另赘述。
[0040]建议上述进液口I的轴向高度或是容积以容纳较多铝熔体为准，不做硬性规定。
【主权项】
1.一种细晶结晶器，该细晶结晶器含有分流盖(2)、本体(4)、挡水圈(5)及下盖板(8)，该细晶结晶器用于半连续铸造高纯铝铸锭，高纯铝铸锭或是圆锭，或是扁锭，或是方锭，所述圆锭的设计尺寸为Φ Dmm，所述扁锭的设计尺寸为Dmm X dmm，D > d，所述方锭的设计尺寸为Dmm X Dmm，其特征是: 呈凸状的分流盖(2)正中设置有进液口(I)，进液口(I)的下端由分流盖(2)中的圆堵头实施封堵，所述圆堵头的尺寸或为OD1，或为Od1,在进液口(I)的下端四周轴向侧壁上配钻有数个间距相等的出液孔(3)，各出液孔(3)的孔径均控制在Φ5?Φ 15mm，分流盖(2)的下端面设置有倒凹环槽，所述倒凹环槽的最小尺寸或为OD1，或为Od1,所述倒凹环槽的最大外围结构尺寸或为Φ?2，或为02父(12，或为02\02，01<02<0，(11<(12<(1，所述倒凹环槽的轴向高度以完全暴露出数个出液孔为准，分流盖(2)下端的最大尺寸或为Φ D3，或为D3 X d3，或为D3 X D3，D3远大于D，cb远大于d ； 本体(4)的外围结构尺寸或等于Φ D3，或等于D3 X d3，或等于D3 X D3，在本体(4)的正中从上到下依次设置有凹环槽、一次冷却结晶区和出锭区，所述凹环槽的结构尺寸或大于?D，或大于DXd，或大于DXD，所述凹环槽的轴向高度控制在I?3_，在所述凹环槽中设置有向下的储油槽，在所述凹环槽上方加装盖油板(12)，所述储油槽与水平设置的进油通道(11)联通，进油通道(11)外接脉冲式供油器;所述一次冷却结晶区的结构尺寸或等于?D，或等于D X d，或等于D X D，所述一次冷却结晶区的轴向高度控制在15?80_，在所述一次冷却结晶区的四周轴向侧壁上设置有数个间距相等的冷却凹槽(9)，各冷却凹槽(9)的深度控制在0.2?0.5mm，各冷却凹槽(9)的槽宽控制在0.5?Imm，相邻冷却凹槽之间的凸出宽度控制在O?5mm ；所述出锭区的结构尺寸或大于Φ D，或大于D X d，或大于D X D ；在本体(4)的下端设置有不规则的环状冷却水腔(6)，环状冷却水腔(6)在本体(4)内上端呈凸出状结构，所述凸出状结构的水平高度至各冷却凹槽(9)中部为准，沿所述凸出状结构向下斜钻有数条间距相等的出水通道(7)，出水通道(7)贯穿联通到各冷却凹槽(9)底端，环状冷却水腔(6)的下端宽度设定为Hmm，根据H在所述凸出状结构的端面上设置有上环槽； 下盖板(8)的外围结构尺寸与本体(4)的三种外围结构尺寸相等，下盖板(8)的正中设置有出锭口，所述出锭口的结构尺寸与所述出锭区的三种结构尺寸相等，下盖板(8)的两侧设置有环状进水口(10)，环状进水口(10)外接冷却水，环状进水口(10)与环状冷却水腔(6)对应设置且环状进水口(10)的宽度小于H，在环状进水口(10)的上端内侧端面上设置有下环槽； 将分流盖(2)通过螺栓固定在本体(4)的上端、将下盖板(8)通过螺栓固定在本体(4)的下端、将挡水圈(5)装卡在所述下环槽和所述上环槽内并使其组装成细晶结晶器。2.根据权利要求1所述一种细晶结晶器，其特征是:分流盖(2)由绝热耐火材料制作而成。3.根据权利要求1所述一种细晶结晶器，其特征是:本体(4)或由紫铜制作而成，或由铝合金制作而成。4.根据权利要求1所述一种细晶结晶器，其特征是:挡水圈(5)呈滤网状。5.根据权利要求1所述一种细晶结晶器，其特征是:冷却凹槽(9)或呈矩形，或呈半圆形，或呈V型。6.根据权利要求1所述一种细晶结晶器，其特征是:下盖板(8)或由铝合金制作而成，或由铸钢制作而成。
【文档编号】B22D11/103GK205464228SQ201620031544
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】长海博文, 郭世杰, 刘金炎, 陈丹丹, 余康才, 王雏艳, 谷宁杰
【申请人】中色科技股份有限公司