CN101549398B - 减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金铸造设备和方法，特别涉及一种上边沿带内衬层的结晶器装置和减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣的方法。该装置含有横截面为近似鼓形的结晶器，结晶器四周外壁的冷却水箱，漂浮液位控制漏斗固定在分配盘上，玻璃丝过滤布安装在支架上，底盘固定在升降机上，结晶器上边沿固定有一条封闭的耐高温隔热内衬层，内衬层为等厚度，或为变厚度。减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣的方法：将等厚度或变厚度的耐高温隔热材料内衬层制成等宽长条形状，使用粘合剂将长条形耐高温内衬层环绕粘贴在结晶器上沿，内衬层外表面上均匀涂刷润滑剂开始浇铸，在浇铸过程中保持结晶器内的铝液位高过耐高温隔热内衬层下边沿1～2cm。本发明的装置和方法实施简单、成本低廉，有效地减少铝合金扁锭表面夹渣，大大提高了铸锭质量，减少了后期工序加工时间和扁锭的铣削损耗，保证了最终轧制产品的产品质量，经济效益显著。

Description

减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置和方法

一、技术领域：

本发明涉及铝合金铸造设备和方法，特别涉及一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置和方法。

二、背景技术：

铝合金铸造过程是一个由液态铝冷却、结晶成为固体铝锭的物理过程，目前铝合金扁锭的生产主要采用半连续铸造工艺。其主要生产流程为：铝液经配料后倒入混合炉，经细化处理后扒去浮渣后，即可进行浇铸。浇铸前先将底盘进行净化处理，再把底盘用升降机升入结晶器内，往结晶器内壁涂抹一层润滑油，向环绕结晶器四周的冷却水箱内放入冷却水，干燥预热分配盘、漂浮液位控制漏斗和流槽，使分配盘每个口连接漂浮液位控制漏斗置入结晶器的中心。浇铸开始时，先关闭漏斗开口，打开混合炉炉眼，让铝液经流槽流入分配盘，待铝液在分配盘内达到一定高度后，放开漏斗开口，使铝液流进结晶器中，铝液即在底盘上冷却。当铝液在结晶器内结晶达到一定高度时下降底盘，并开始送冷却水，漂浮液位控制漏斗控制铝液均衡地流入结晶器中，并保持结晶器内的铝液高度不变。由于中心与边部冷却条件不同，因此结晶形成中间低、周边高的形态，底盘以不变速度下降，凝固的铝退出结晶器，当铝锭长度达到铸造达到设定长度后，堵住炉眼，取走分配盘，待铝液全部凝固，移走结晶器，取出铸成的铝锭，完成铸造过程。

采用半连续铸造工艺进行铝合金扁锭铸造，铸锭会出现表面夹渣现象，表面夹渣问题是较为严重的质量缺陷，会造成铸件的物理性能降低，产生扁锭裂纹，还会诱发气孔和小缩孔，必须通过切割、铣刨去掉表面夹渣后才能进行后序的轧制工序，否则会严重影响最终产品质量。造成扁锭表面夹渣的原因主要是在铸造过程中铝液波动，铝液表面的氧化膜破裂，表面的浮渣进入铸锭的表面。特别在扁锭铸造初始阶段，铝液熔体流入底盘，在结晶器中尚未形成稳定的液面氧化膜，随着铝液滚动氧化膜和浮渣进入铸锭内部形成夹渣。为了防止表面夹渣，生产中一般采取在结晶器上表面安放玻璃丝布过滤布、人工清除铝液表面的浮渣和氧化膜等技术手段。这些技术手段有效地减少了表面夹渣，但对表面夹渣的分布面和深度无法有效控制，扁锭铸造质量得不到保证，造成在后道工序铣面量大，费工费时，浪费巨大等问题突出。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足之处，提供一种简单有效，成本低廉的减少半连续铸造法生产铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置和方法。

本发明的技术方案是：

一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置，含有横截面为近似鼓形的结晶器，结晶器四周外壁的冷却水箱，漂浮液位控制漏斗固定在分配盘上，玻璃丝过滤布安装在支架上，底盘固定在升降机上，结晶器直接套装于冷却水箱内壁的上沿，结晶器上边沿固定有一条封闭的耐高温隔热内衬层，内衬层为等厚度，或为变厚度。

所述的内衬层材质为耐高温隔热材料，如硅酸铝纤维纸。

所述的内衬层等宽、等厚，厚度为1～3mm，宽度为4～8cm。

所述的内衬层等宽、变厚度，上沿厚度为1～3mm，下沿厚度为1.5～3.5mm，宽度为4～8cm，内衬层横截面厚度自上而下递增。

一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣方法，包括结晶器、漂浮液位控制漏斗、扁铸锭、冷却水箱、支架、玻璃丝过滤布，所述的表面夹渣减少方法步骤为：

A、将等厚度或变厚度的耐高温隔热材料内衬层制成等宽长条形状的条带；

B、使用除油剂对结晶器内表面用进行清洗，晾干后用砂纸打磨光滑，取制好的耐高温隔热材料条带，一面均匀涂抹粘合剂后，上带边对齐结晶器内壁上沿，沿结晶器内壁环绕粘贴，耐高温隔热材料条带接口闭合处紧密咬合不留缝隙；

C、自然干燥1.5～2小时后在贴好的耐高温隔热内衬层外表面上均匀涂刷润滑剂，放置10～20分钟后开始浇铸；

D、在浇铸过程中保持结晶器内的铝液面高度稳定，液位高过结晶器上沿贴好的耐高温隔热内衬层下边沿1～2cm。

浇铸开始铝合金熔体经漂浮液位控制漏斗，通过安放在支架上的玻璃丝过滤布过滤，注入结晶器内；铝液在结晶器内结晶达到一定高度时下降底盘，并开始从冷水箱中送冷却水，漂浮液位控制漏斗控制铝液均衡地流入结晶器中，注入结晶器与已结晶成形的扁铸锭构成的空腔内。

所述的耐高温隔热内衬层为硅酸铝纤维纸，等厚度其厚度为1～3mm，宽度为4～8cm，或其厚度为变厚度，上沿厚度1～3mm，下沿厚度为1.5～3.5mm，厚度从上而下递增。

所述的硅酸铝纤维纸(2)接口处两纸头相互咬合，裁成30～60度角，两纸头角度互为余角。

所述的润滑剂为椰子油和石墨粉的混合物，两种物质比例为3～6∶1。

本发明的有益效果是：

1、简单有效，经济效益显著：本发明方法操作简单，仅在现有技术、设备上，通过增设耐高温隔热内衬层，达到减少扁锭表面夹渣，有效控制铸锭底部表面夹渣分布和深度，大大降低了后道工序的加工量，提高了生产效率，大大降低由于处理夹渣造成的浪费，经济效益显著；按年铸造扁锭20000根测算，使用本方法减少表面夹渣现象，可以减少加工小时数10000小时，缩短工时近30％，降低扁锭铣削损耗40％，折算人工成本、设备折旧、电力成本，经综合测算可节约成本近100万元，经济效益显著。本发明方法步骤简单，操作方便，仅需要简单培训，一般工作人员即可进行操作实施。

2、成本低廉，实施简单：本发明方法操作实施成本低廉，无需增加额外的设备，仅在结晶器上沿加装耐高温隔热内衬层，就可以有效地减少铝合金扁锭铸造中表面夹渣。

3、减少工作强度：传统铸造过程中采用人工沿结晶器外沿四周浇润滑油的方式润滑，采用本发明方法后无需人工浇入润滑油，大大降低了工人的劳动强度，提高工作效率。

四、附图说明：

图1为本发明装置使用状态示意图；

图2为本发明装置俯视剖面示意图；

图3为耐高温隔热内衬层位置示意图；

图4为耐高温隔热内衬层咬口示意图；

图5为变厚度耐高温隔热内衬层剖面示意图；

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1-图4，1-结晶器，2-耐高温隔热内衬层，3-扁铸锭，4-漂浮液位控制漏斗，5-玻璃丝过滤布，6-过滤布支架，7-铝合金熔体，8-冷却水箱，9-冷却水，10-结晶铝合金熔体，11-底盘，12-升降机，13--耐高温隔热内衬层咬口，14-分配盘。

一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置，含有横截面为近似鼓形的结晶器1，结晶器四周外壁的冷却水箱8，漂浮液位控制漏斗4固定在分配盘14上，玻璃丝过滤布5安装在支架6上，底盘11固定在升降机12上，结晶器1上边沿固定有一条封闭的等宽、等厚的耐高温隔热内衬层，所述的耐高温隔热内衬层为硅酸铝纤维纸，等宽等厚，宽度为6cm，厚度为3mm。

一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣方法，铸造5×××系规格为1200mm*630mm*6000mm的铝合金扁锭，如图1所示首先将等厚度、厚度为3mm的耐高温材料硅酸铝纤维纸裁成等宽长条形状，宽度为6cm，使用柴油对结晶器1内表面用进行清洗，晾干后用砂纸打磨光滑，取裁好的硅酸铝纤维纸带，一面均匀涂抹粘合剂白乳胶后，上纸边对齐结晶器1内壁上沿，如图3所示沿结晶器1内壁环绕粘贴，如图4所示硅酸铝纤维纸带接口闭合处紧密咬合不留缝隙，接口处两纸头相互咬合，均裁成45度角，自然干燥2小时后在贴好的硅酸铝纤维纸上均匀涂刷润滑剂制成耐高温隔热内衬层2，润滑油由椰子油和石墨粉按4∶1比例混合配制而成，放置10～20分钟后开始铸造，铝合金熔体7经漂浮液位控制漏斗4，通过安放在支架6上的玻璃丝过滤布5过滤，注入结晶器1和已结晶扁铸锭3构成的空腔内，保持液位高过结晶器1上沿贴好的耐高温隔热内衬层2的下沿1cm，冷却水箱8中放冷却水9使结晶器中铝液冷却结晶，同时放出冷却水9对已结晶铸锭3进行二次冷却。

在半连续铸造铝合金扁锭生产过程中，铝液注入结晶器和底盘构成的空腔体内，冷却水箱内放冷却水，铝液在底盘上冷却结晶，当铝液在结晶器内达到一定高度时下降底盘，并开始送冷却水，漂浮液位控制漏斗控制铝液均衡地流入结晶器中，并保持结晶器内的铝液高度不变。由于中心与边部冷却条件不同，因此结晶形成中间低、周边高(如图1所示)的形式，底盘以不变速度下降，同时上部不断注入铝液，随着底盘的下降，结晶凝固的铝合金扁锭退出结晶器，冷却水箱放出冷却水进行二次冷却，一直到整根扁锭铸完为止。铝合金扁锭的表面夹渣往往出现在铸造开始阶段，开始阶段结晶条件不稳定，铝液液面的部分氧化膜容易破裂，氧化膜和铝液表面杂质随铝液结晶滚动下行形成了表面夹渣，使用本发明的方法隔绝了铝液表面与结晶器内壁的热交换，保持氧化膜稳定，减少了发生破裂和结晶下行的可能性，进而减少了扁锭的表面夹渣现象。经实际生产验证在使用本发明的装置和方法后扁锭的表面夹渣情况明显减轻。从铸造完成后的产品质量检验结果看，使用本发明的装置和方法前铸锭348块，其中从底部圆头起至500mm以上存在表面夹渣的铸锭有18块，占总数的5.2％，300mm-500mm处存在夹渣有249块，占到71.6％，300mm处以下夹渣有81块，占到23.2％。使用本发明的装置和方法之后生产的410块，其中从底部圆头起至500mm以上，无一例夹渣出现，150mm-500mm之间在存在夹渣共出现39块，占9.5％，150mm以下夹渣371块，占90.5％，表面夹渣的范围得到有效控制。参见附表1。

附表1：

表面夹渣分布高度统计表(以铸锭圆头处为起点计算)

在后工序中，需要对扁锭铣面处理表面夹渣，使用本发明的装置和方法前铸锭348块，铣面深度超过30mm(双侧)的累计85块，占24.4％，超过35mm(双侧)的22块，占6.3％，其他69.3％铸锭铣面深度在30mm(双侧)以内。使用本发明的装置和方法后生产的扁锭410块，铣面量超过30mm(双侧)的29块，占7.07％，超过35mm(双侧)7块，占比例1.7％，其他91.23％铸锭铣面深度在30mm(双侧)以内，后工序的加工量大大减少，加工工时缩短，平均每根缩短加工时间30％左右，平均每根扁锭铣面加工时间缩短近30分钟，铣面造成的扁锭铣削损耗降低约40％，铣削掉的铝锭再重新熔化后进行铸造又要消耗大量的电力和人工，造成铸锭成本提高。参见附表2。

附表2：

扁锭后工序铣面处理表面夹渣统计表

通过上述表中数据说明，本发明的装置和方法能够有效地减少铝合金扁锭表面夹渣，特别对铸锭开始阶段的底部表面夹渣减少十分有效，表面夹渣的分布和夹渣深度都得到了有效控制，大大提高了铸锭质量，减少了后期工序加工时间和原材料的损耗，保证了最终轧制产品的产品质量，经济效益显著。按年铸造扁锭20000根测算，使用本方法减少表面夹渣现象，可以减少铣面加工工时近10000小时，较现有生产方法生产的扁锭铣面工时缩短近30％，降低扁锭铣销损耗40％，折算人工成本、设备折旧、电力成本，经综合测算可节约成本近100万元，经济效益显著。

实施例二：参见图1-图4，编号与实施例一相同，内容相同，相同之处不再重述，不同之处在于铸造扁锭规格为铸造5×××系规格为1000mm*300mm*6000mm的铝合金扁锭，耐高温隔热内衬层2的宽度为4cm厚度为1mm，咬合处互为余角，分别为30度和60度，润滑油由椰子油和石墨粉按3∶1比例混合配制而成。

实施例三：参见图1-图4，编号与实施例一相同，内容相同，相同之处不再重述，不同之处在于铸造扁锭规格为铸造5×××系规格为1500mm*500mm*6000mm的铝合金扁锭，耐高温隔热内衬层2的宽度为7cm厚度为3mm，咬合处互为余角，分别为50度和40度，润滑油由椰子油和石墨粉按5∶1比例混合配制而成。

实施例四：参见图1-图4，编号与实施例一相同，内容相同，相同之处不再重述，不同之处在于铸造扁锭规格为铸造5×××系规格为1700mm*600mm*6000mm的铝合金扁锭，耐高温隔热内衬层2的宽度为8cm厚度为2.5mm，咬合处互为余角，分别为35度和55度，润滑油由椰子油和石墨粉按6∶1比例混合配制而成。

实施例五：参见图1-图5，编号与实施例一相同，内容相同，相同之处不再重述，不同之处在于耐高温隔热内衬层2-1为等宽、变厚度，宽度为7cm，厚度上沿为2mm，下沿为3mm，其横截面厚度自上而下递增。

Claims (8)

1.一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣结晶器装置，含有横截面为近似鼓形的结晶器，结晶器四周外壁的冷却水箱，漂浮液位控制漏斗固定在分配盘上，玻璃丝过滤布安装在支架上，底盘固定在升降机上，其特征是：结晶器直接套装于冷却水箱内壁的上沿，结晶器上边沿粘贴固定有一条封闭的硅酸铝纤维纸内衬层，内衬层为等厚度，或为变厚度。

2.根据权利要求1所述的结晶器装置，其特征是：所述的内衬层等宽、等厚，厚度为1～3mm，宽度为4～8cm。

3.根据权利要求1所述的结晶器装置，其特征是：所述的内衬层等宽、变厚度，上沿厚度为1～3mm，下沿厚度为1.5～3.5mm，宽度为4～8cm，内衬层横截面厚度自上而下递增。

4.一种减少半连续铸造铝合金扁锭表面夹渣方法，包括结晶器(1)、漂浮液位控制漏斗(4)、扁铸锭(3)、冷却水箱(8)、支架(6)、玻璃丝过滤布(5)，其特征在于：

所述的表面夹渣减少方法步骤为：

A、将等厚度或变厚度的耐高温隔热材料内衬层制成等宽长条形状的条带；

B、使用除油剂对结晶器(1)内表面进行清洗，晾干后用砂纸打磨光滑，取制好的耐高温隔热材料条带，一面均匀涂抹粘合剂后，上带边对齐结晶器(1)内壁上沿，沿结晶器内壁环绕粘贴，耐高温隔热材料条带接口闭合处紧密咬合不留缝隙；

C、自然干燥1.5～2小时后在贴好的耐高温隔热材料内衬层外表面上均匀涂刷润滑剂，放置10～20分钟后开始浇铸；

D、在浇铸过程中保持结晶器内的铝液面高度稳定，液位高过结晶器(1)上沿贴好的耐高温隔热内衬层下边沿1～2cm。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：浇铸开始铝合金熔体经漂浮液位控制漏斗(4)，通过安放在支架(6)上的玻璃丝过滤布(5)过滤，注入结晶器(1)内；铝液在结晶器内结晶达到一定高度时下降底盘(11)，并开始从冷水箱(8)中送冷却水(9)，漂浮液位控制漏斗(4)控制铝液均衡地流入结晶器中，注入结晶器与已结晶成形的扁铸锭(3)构成的空腔内。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的耐高温隔热内衬层为硅酸铝纤维纸，等厚度其厚度为1～3mm，宽度为4～8cm，或其厚度为变厚度，上沿厚度1～3mm，下沿厚度为1.5～3.5mm，厚度从上而下递增。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述的硅酸铝纤维纸(2)接口处两纸头相互咬合，裁成30～60度角，两纸头角度互为余角。

8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征是：所述的润滑剂为椰子油和石墨粉的混合物，两种物质的重量比例为3～6∶1。 

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