专利名称：一种用于铸造铝空心锭的短结晶器的制作方法
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，提闻工效。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、夕卜壳进水管，三角架卡入外壳的环形槽内，并可在外壳上转动，夕卜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8(Tl20 mm，芯子上部分高度为芯子高度的65-70%，锥度为I :30飞0，芯子下部分高度为芯子高度的30-35%，锥度为I : 15 17。在上述技术方案基础上进一步的技术方案是而且，所述内套为铝合金，内套内设有内衬为铜材质，内衬与内套为过盈配合联接，内衬可从内套中抽出更换。而且，所述内套下方设有出水孔。本发明的有益效果在于I、由于本发明铸造铝空心锭的结晶器采用改进传统芯子的结构，降低芯子高度，同时外壳也需降低，变成短结晶器芯子，减少遇二次水的时间，使结晶主要依靠二次冷却进行，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。2、由于本发明采用的芯子上部分的锥度小，收缩过程中形成的凝壳和芯棒结合紧密，继续被芯子冷却，空心锭和芯子之间，不容易形成一层绝热的空气隙，结晶膜持续冷却，结晶膜不易变薄，强度高，防止结晶膜重熔和拉裂，避免偏析瘤出现；下部分锥度大，空心锭在脱离芯子时摩擦力较小，便于空心锭脱离结晶器，同时避免了拉裂和抱芯现象的出现。3、由于采用本发明结晶器芯子生产的空心锭，内外表面光滑，晶粒度细，后续加工性能优良，空心锭产品可以直接使用，对于要求较高的薄壁管材，也大大降低了空心锭机械加工量，节约大量的人工的材料成本并使成品管材具有优异的性能。4、由于本发明采用铜铝复合结晶器，它由内套采用铝合金，内衬采用紫铜，内衬直径略大于内套直径，铜内衬与铝内套为过盈配合，采用热装法装配联接，使用后，铜内衬可从铝内套中抽出便于更换，紫铜熔点高，结晶器铜内衬表面为工作面自润滑效果较好，抛光光滑，保证了铸造出的管坯表面质量，便于经常维护，延长使用寿命。5、由于本发明采用铜铝复合结晶器，结晶器内采用铝合金内套，紫铜内衬，传热速度低于全铜，结晶器内铝液结晶相对较慢，二次冷却时全部结晶，在铝液入口时，结晶较少，在内衬下部分出口结晶较多，在结晶器下口内套、芯子出水孔的冷却水快速冷却，形成铝液穴，液态铝逐渐变成固态铝，特别适合薄壁空心管坯形成，其物理性能好，晶粒组织较好。
图I是本发明一种用于铸造铝空心锭的短结晶器结构示意图。图2是本发明一种用于铸造铝空心锭的短结晶器芯子结构示意图。图3是本发明一种用于铸造铝空心锭的短结晶器铝内套、铜内衬结构示意图。外壳(I)、外壳进水管(2)、二角架(3)、芯子(4)、芯子(4_1 )、芯子(4_2)、芯子进水口(5)、芯子进水管(6)、芯子出水口(7)、出水孔(8)、内套(9)、内衬(10)、铝液入口(11)、契块(12)、环形槽(13)、牵引棒(14)。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1、2、3所示，一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，空心锭的铸造工装由结晶器外壳(I)、内套(7)、内衬(8)、芯子、三角架等构成。结晶器外壳(I)上设有外壳进水管
(2)，三角架(3)卡入外壳(I)的环形槽(13)内，可用三角架(3)的契块(12)卡入环形槽
(13)内，三角架(3)可在外壳(I)上转动，并保证外壳(I)和芯子(4)同心，外壳(I)内固装有内套(9)和内衬(10)，用螺栓将内套(9)与外壳(I)紧固，内衬(10)套置在内套(9)内，内衬(10)与内套(9)过盈配合联接。芯子(4)放置在内衬(10)内，芯子(4)上方设有芯子进水口(5)，进水口(5)接有芯子进水管(6)，芯子进水管(5)安装在三角架(3)顶端面上，芯子进水管(6)可用空心丝杆制作，与芯子进水口(5)螺纹联接并固定在三角架(3)上，芯子(4)下方设有出水口(7)及出水孔(8)。芯子(4)可做成内空圆锥状，由于芯子(4)做成短芯子，相应外壳(I)也做成配套短外壳(I)，当芯子高度为100 mm时，芯子上部分(4-1)高度为芯子高度的70%，即70 mm,锥度为I :30，芯子下部分(4-2)高度为芯子高度的30%，即30 mm，锥度为I :17。外壳(I)内固装有铝内套(9)，用螺栓将铝内套(9)与外壳(I)紧固，内套(9)下方设有出水孔(8)，内套(9)内设有铜内衬(10)，即紫铜内衬，铜内衬(10)直径大于铝内套(9)直径，铜内衬(10)与铝内套(9)为过盈配合，采用热装法装配联接，冷却后，使用时，铜内衬
(10)可从铝内套(9)中抽出便于更换。芯子(4)与内衬(10)之间有铝液入口(11)，按一定成份比例配制、温度要求的铝液从铝液入口(11)进入，内衬(10)作为工作面，芯子进水管(6)向芯子内输入冷却水，外壳进水管(2)从外壳向铝内套(9)输入冷却水。铸造开始时，分水盘就位，安装流槽及过滤网，结晶器外壳(I)和牵引棒(14)对位，启动升降机上升，牵引棒(14)上口至外壳(I)上口低2 3cm处，将三角架(3 )脚装在外壳(I)上环形槽(13)内，芯子(4)同时进入牵引棒(14)内圈；安装分铝盘至结晶器的分配勺，在结晶器内衬(10)及芯子(4)上涂润滑油，打开冷却水，打开大流口，铝液经流槽流 入分铝盘，至铝液达分铝盘三分之二时打开分铝盘小流口，铝液通过分配勺流入结晶器，铝液受外壳(I)及芯子(4)冷却，开始凝固，在内外表面形成结晶膜，中间形成液穴，下部包在牵引棒(14)上，铝凝固收缩，内圈紧贴在上锥度芯子(4)上，继续一次冷却，防止结晶膜重熔，启动升降机下降，牵引棒(14)下降，已凝固的铝受牵引开始下降；进入下锥度，结晶膜与芯子(4)之间形成空隙，减少接触面积，防止拉裂和抱芯，冷却变弱，随着牵引棒(14)下降，由于结晶很短，内外表面很快遇水眼喷射水强冷，进入二次冷却，凝固成型。调整大流口、小流口铝液流量及下降速度使达到流量平衡，调整铝液温度，冷却水流量，使能量平衡。保持凝固过程不过快过慢，过快凝固，收缩大，易抱芯，过慢未凝固时脱开结晶器，将导致跑流即铝液泄漏。本发明的权利要求保护范围不限于上述实施例。
权利要求
1.一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，包括结晶器外壳(I)、外壳进水管(2)，三角架(3)卡入外壳(I)的环形槽(13)内，并可在外壳(I)上转动，外壳(I)内固装有内套(9)和内衬(10)，芯子(4)放置在内衬(10)内，芯子(4)上方有进水口(5)，进水口(5)接有芯子进水管(6)，芯子进水管(6)安装在三角架(3)上，芯子(4)下方设有出水口(7)及出水孔(8)，芯子(4)与内衬(10)之间有铝液入口(11)，其特征在于所述芯子(4)为内空圆锥状，高度为8(Tl20 mm，芯子(4)上部分高度为芯子高度的65-70%，锥度为I :30 50，芯子(4)下部分高度为芯子高度的30-35%，锥度为I : 15 17。
2.根据权利要求I所述的一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，其特征在于所述内套(9)为铝合金，内套(9)内设有内衬(10)为铜材质，内衬(10)与内套(9)为过盈配合联接，内衬(10)可从内套(9)中抽出更换。
3.根据权利要求I所述的一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，其特征在于所述内套(9)下方设有出水孔(8)。
全文摘要
本发明公开了一种用于铸造铝空心锭的短结晶器，包括结晶器外壳，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，进水口接有芯子进水管，并安装在三角架上，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，其特征在于所述芯子(4)为内空圆锥状，高度为80~120 mm，芯子(4)上部分高度为芯子高度的65-70%，锥度为130~50，芯子(4)下部分高度为芯子高度的30-35%，锥度为115~17，内套为铝合金，内衬为铜材质，内衬可从内套中抽出更换，通过缩短结晶器长度，空心锭晶粒较细，成品管材表面质量优良，通过改进结晶器芯子为芯子上、下部分为两个锥度，避免结晶膜重熔和拉裂。
文档编号B22D11/041GK102909324SQ20121047373
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者何晓利 申请人:安陆火凤凰铝材有限责任公司