抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造结晶器及其使用方法_2

文档序号:9387705阅读:来源:国知局
内壁下部对镁合金熔体冷却;其中励磁线圈的工作频率为10~50Ηζ,向励磁线圈通入的交流电的电流强度为100-300Α ;
4、当镁合金熔体与金属制内套及引锭接触的部分形成稳定的凝固壳后开启铸造机,将已凝固的锭坯拉出结晶器,引锭下降的速度为25~200mm/min ;同时通过冷却水箱向锭坯表面通入冷却水,控制冷却水线密在0.5~5L/s*m。
[0018]上述方法中,当铸造结束后,先切断励磁线圈中的交变电流,将最后凝固的锭坯拉出结晶器并关闭冷却水,最后取出锭坯准备进行下一次的半连续铸造。
[0019]本发明的装置在结晶器金属内套中增设了保温层,使结晶器内上部金属熔体处于保温层的保温作用下,励磁线圈通电后在金属熔体中产生的洛伦兹力搅动熔体,使水平截面上液相区及两相区的温度差别减小;当熔体接触下部金属质内套后,形成较为平缓的凝固壳,降低了凝固过程中产生的应力;同时金属熔体由保温层向下移出保温层时,在表面张力作用下提高了锭坯表面质量;可有效的防止易裂合金锭坯及大规格圆坯扁坯开裂,提高表面质量。
[0020]金属制内套热导率大,具有强烈的冷却作用,而嵌入内套内壁或外壁的保温层可以降低熔体径向的散热效率,增强其流动性,在此处形成弱一冷条件;在所述范围内增加保温层高度时,金属制内套裸露高度下降,一冷区域熔体的冷却强度下降;反之,冷却强度升高。通过调节保温层的高度,可以有效的控制一冷条件的强弱,进而根据不同合金的凝固特点来提高锭坯的表面质量和内部质量。
[0021]本发明的方法在整个铸造过程中,熔体由结晶器上部流入,与保温层处于同一水平高度的熔体在保温层的作用下散热较慢,流动性较好,洛伦兹力的搅拌作用明显,使此部分熔体温度更加均匀;熔体向下运动接触到金属制内套的内壁时,表面周向长度增大,在表面张力的作用下褶皱和氧化皮受到拉伸,表面质量变好,同时温度下降,形成凝固壳,凝固壳随着已经凝固的锭坯继续向下拉动,厚度变厚并被逐渐拉出结晶器与冷却水接触再次冷却;此过程不断的进行,构成了稳定的动态过程。
[0022]半连续铸造过程中,结晶器内上部的熔体与保温层接触,下部分熔体与金属制内套接触。通过保温层的保温作用,降低结晶器内上部熔体的冷却速度,使上部熔体的温度较高,流动性增强,便于高效的发挥出电磁场的搅拌作用,即在弱一冷强度下通过熔体的流动加强了锭坯心部热量向边部的传输速度,进而使铸造过程中熔体在水平截面温度差别更小;当熔体向下移动出保温层后,通过斜坡过渡带时,截面直径逐渐增大,周向长度增加,将锭坯表面的氧化膜拉伸,可消除氧化膜上的褶皱,可提高表面质量;当熔体经过渡带接触下部金属制内套时,冷却速度加快,边部熔体温度迅速降低,形成凝固壳。由于此时水平截面上温度差别较小,当温度持续降低时,在同一水平截面上的熔体进入两相区并凝固的时间差减小;因此,液穴深度变浅,凝固壳形状更加平缓,显著降低锭坯在冷却凝固过程中锭坯内部的应力不均;通过该设备和方法可有效的防止锭坯开裂,提高锭坯质量和成材率和表面质量。
[0023]本发明设计的方法与设备合理,可以有效的降低易裂合金锭坯及大规格扁坯和圆坯在半连续铸造过程中的裂纹倾向,实用性强,使用方便,易于掌握,有效的提高了生产过程中的成品率。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造结晶器剖面结构示意图;图中,1、内套,2、保温层(内保温层和外保温层),3、过渡区,4、冷却水,5、励磁线圈,6、结晶器外壳,7、进水口,8、出水孔,9、液相区,10、糊状区,11、固相区;
图2为传统方式半连续铸造时实测的两相区形状变化曲线图;
图3为本发明的半连续铸造时实测的两相区形状变化曲线图;
图4为传统方式进行MB26镁合金半连续铸造后的锭坯心部金相图;
图5为本发明的MB26镁合金半连续铸造后的锭坯心部金相图;
图6为传统方式进行300mmX 800mm镁合金大规格扁坯半连续铸造时的边部宏观照片图;
图7为本发明的300mmX 800mm镁合金大规格扁坯半连续铸造时的边部宏观照片图; 图8为传统方式半连续铸造Mg-9Gd-3Y-l.5Zn-0.6Zr合金铸锭的表面照片图;
图9为本发明的半连续铸造Mg-9Gd-3Y-l.5Zn-0.6Zr合金铸锭的表面照片图;
图10为本发明的ZK60合金保温层高度为结晶器高度70%的条件下,半连续铸造后的锭坯表面照片图;
图11为本发明的ZK60合金保温层高度为结晶器高度50%的条件下,半连续铸造后的锭坯表面照片图。
【具体实施方式】
[0025]本发明在内保温层上涂覆耐高温涂料的方法为:将氮化硼涂料、碳化硼涂料或二硫化钼涂料均匀刷到内保温层表面,然后在150°C条件下烘干lh。
[0026]本发明的励磁线圈有电磁线缠绕而成,置于冷却水箱内部,通过支撑结构固定于冷却水当中,通入交流电后在熔体内产生洛伦兹力,配合保温层,将流动性好的金属熔体充分搅动,使结晶器内的上部熔体温度场更加均匀,减小截面径向温度差。
[0027]本发明的结晶器外壳与内套构成整个设备的冷却水箱,同时也是内套和线圈的固定装置。冷却水通过进水口进入冷却水箱,用于锭坯的一冷及励磁线圈的冷却,并通过出水孔流出结晶器,流出的冷却水直接接触锭坯表面,成为锭坯二次冷却水的来源。
[0028]本发明的励磁线圈位于冷却水箱内,励磁线圈上表面距离冷却水箱顶部的垂直距离< 50mm,励磁线圈与内套外壁之间的水平距离< 30mm。
[0029]本发明实施例中的氮化硼涂料、碳化硼涂料和二硫化钼涂料为市购产品。
[0030]本发明实施例中的陶瓷纤维纸为市购产品。
[0031]本发明实施例中的脂肪酸甘油酯和滑石粉为市购产品。
[0032]本发明实施例中的保温层与内套粘接是采用和粘合剂进行粘接,所述的粘合剂是采用含羟基纤维素钠、淀粉和水混合制成,其中含羟基纤维素钠占总重量的15~25%,淀粉占重量的15~25%。
[0033]本发明实施例中外保温层的材质为橡胶或塑料。
[0034]本发明实施例中金相组织观察是在Leica DMR金相显微镜进行。
[0035]实施例1
抑制镁合金锭坯开裂的半连续铸造结晶器结构如图1所示,包括内套、保温层、冷却水箱、励磁线圈和结晶器外壳,保温层同时设置在内壁和外壁的上方;设置在外壁的上方的保温层为外保温层,其顶端与内套的顶板底面连接,外保温层的高度为内套高度的50% ;设置在内壁上方的保温层为内保温层,其顶端与内套顶面同高,内保温层的高度为内套高度的50% ;内保温层嵌入内套并粘接在内壁上,嵌入深度为内套侧壁厚度的20% ;外保温层嵌入内套并粘接在内套外壁上,嵌入深度为内套侧壁厚度的20% ;
内套的材质为铝合金;
内保温层的材质为陶瓷纤维纸,且陶瓷纤维纸表面接触熔体的一侧涂覆有氮化硼涂料;
内保温层的内侧面延伸出内套内壁表面5mm,且内保温层的底面与内套内壁之间设有过渡带,过渡带由脂肪酸甘油酯和滑石粉按重量比1:1混合制成;过渡带的顶面与内保温层的底面粘接,过渡带的直侧面与内套的内壁粘接,过渡带的斜侧面与内套内壁的夹角在30° ;
采用上述结晶器铸造MB26镁合金,方法按以下步骤进行:
将引锭上升到结晶器内形成半封闭的型腔,利用石棉绳将引锭与结晶器内套之间的缝隙填充好;
开启冷却水,待冷却水灌满冷却水箱后,在励磁线圈中通入交流电;
通过导流装置和分流槽将已经熔炼完毕的镁合金熔体引流到结晶器中,通过励磁线圈产生的洛伦兹力对镁合金熔体进行搅拌,此时引锭和内套的内壁下部对镁合金熔体冷却;其中励磁线圈的工作频率为10Hz,向励磁线圈通入的交流电的电流强度为100A ;
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