[发明专利]无裂纹大规格镁合金扁锭的铸造装置及方法

摘要

一种无裂纹大规格镁合金扁锭的铸造装置及方法，装置包括结晶器；结晶器的一冷水箱下方固定连接一个三冷水箱，三冷水箱环绕在结晶器内套周围，三冷水箱的侧壁上设有三冷水孔朝向结晶器内套方向；方法为：(1)镁合金熔体准备铸造；(2)设置结晶器的预热温度T_m；(3)设置一冷水箱进水口的冷却水流量F_c；(4)通入保护气体；(5)启动连续供液装置，开始铸造，设置开拉时间t以及铸造时的最大铸造速度V_P；(6)完成铸造获得无裂纹大规格镁合金扁锭。本发明的装置及方法能够定量化制备出无裂纹的大规格扁锭；适用于大部分镁合金。

主权项

1.一种无裂纹大规格镁合金扁锭的铸造方法，采用无裂纹大规格镁合金扁锭的铸造装置，包括分流盘、气体保护喷管和结晶器；结晶器包括结晶器内套、油盖板、一冷水箱和电磁线圈；气体保护喷管设置在油盖板上方，气体保护喷管的出口朝向结晶器内套内部；一冷水箱和结晶器内套之间设有电磁线圈，结晶器内套的顶面上开设有油槽，密封油路的油盖板覆盖在油槽上方，油槽底部开设有出油孔与结晶器内套的内壁连通，油盖板上设有进油孔与油槽连通，进油孔上方连接导油管，导油管与针阀油杯装配在一起；结晶器内套下端开有二冷水孔；一冷水箱的下方固定连接一个三冷水箱，三冷水箱环绕在结晶器内套周围，三冷水箱的侧壁上设有三冷水孔朝向结晶器内套方向，三冷水箱的外部设有三冷水进口；其特征在于方法按以下步骤进行：（1）熔炼炉内的镁合金经熔炼、净化和静置后，形成镁合金熔体准备铸造；（2）利用火焰喷枪对结晶器进行预热；结晶器的预热温度T_m的设计公式为：       （1）式中，为浇注温度，单位℃，为浇注过程中的温降，单位℃，C₁为结晶器的蓄热系数，取值范围在126~192W/m²·K，C₂为金属熔体的蓄热系数范围在171~682W/m²·K，Tc为镁合金熔体停止流动的临界温度，单位℃， T₀为镁合金熔体的初始温度，单位℃；（3）开启针阀油杯阀门向油槽中导入润滑油，再经油槽流到结晶器内套表面，用于实现铸锭表面润滑；同时通过一冷水箱进水口通入冷却水对铸锭实现一次冷却与二次冷却，其中，一冷水箱进水口的冷却水流量F_c的设计公式为：  （2）式中，为单位时间一冷水箱进水口的冷却水流量，单位m³/h，t为时间，单位s，为镁合金熔体的初始温度，单位℃，为镁合金熔体停止流动的临界温度，单位℃，C为镁合金熔体的比热容，取值1.11~1.59J /(kg·K) ，为重力加速度，取值9.8m/s²，f_SC为镁合金熔体停止流动的固相分数，与分别为结晶器的长度与宽度，单位为m，ε为镁合金熔体的黑度系数，取值为4.9W/m²·K⁴，T₃为环境温度，单位℃；（4）通过气体保护喷管向结晶器内套通入保护气体用于保护熔体，用于避免熔体的氧化与燃烧；所述的保护气体为SF₆和CO₂的混合气体，其中SF₆的体积百分比为0.5~1%；（5）启动连续供液装置，镁合金熔体经过导液管进入分流盘，采用扒渣板扒出分流盘内的夹杂，引导镁合金熔体从分流盘的分流孔与分流口均匀的流入结晶器内套；用扒渣板搅动镁合金熔体，使其均匀铺到引锭头的底面；当结晶器内套内的镁合金熔体液面达到与分流盘的上沿平齐时，通过电源向电磁线圈通入脉冲电流，通过电磁线圈向结晶器内套施加磁场，启动铸造机开始铸造，开拉时间的设计公式为：         （3）式中，t为启动铸造机时间（开拉时间），单位h，K为凝固系数，为结晶器宽度，单位为mm，为摩擦系数，取值范围在0.12~0.39，为镁合金熔体密度，取值1740kg/m³，为重力加速度，取值9.8m/s²，为结晶器长度，单位m，h_d为引锭头插入结晶器的深度，单位m，σ_b为坯料抗拉强度，单位为MPa；铸造时的最大铸造速度的设计公式为：                     （4）式中，V_P为最大铸造速度，单位m/h，δ_min为最小凝固壳厚度，单位m，K为凝固系数；（6）铸造到预定长度时，停止浇入镁合金熔体；在镁合金熔体的液面低于分流盘底板时，铸造机停车，取出分流盘；待铸锭上表面凝固后，关闭电磁线圈的电源，关闭冷却水，停止通入保护气体，获得无裂纹大规格镁合金扁锭。