CN111069555A - 提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属铸造领域，公开了一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法，所述耦合振动铸造方法通过在结晶器和铸锭端部分别施加中频振动和低频振动，所述中频振动用于增强铸锭中的半固态熔体的流动性，所述低频振动用于使铸锭中的半固态熔体不断得以夯实以及使铸锭表面刚形成但还未产生氧化的裂纹在低频较大振幅的推力作用下进行焊合，所述结晶器上施加的中频振动和所述铸锭端部施加的低频振动相耦合。采用本发明的铸造方法能够显著提高铸锭的表面光洁度，提高铸造速度和成品率，该方法通用性强，易于根据各种工况来安装设计，具有广阔的市场前景。

Description

提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域，具体地涉及一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法。
背景技术
在金属铸锭的半连铸和水平连铸过程中，最容易产生的铸造缺陷就是铸锭表面垂直或平行于铸造方向的裂纹，出现这种裂纹基本意味着铸锭的报废，因为这种裂纹通常会从铸锭表面下沿5～15mm，这种裂纹甚至会导致铸锭被拉断使铸造拉停。为了消除这种铸造缺陷，现有技术采取了多种方法，包括采用“拉-停-反推”的拉坯方式来加强铸造冷却强度等，但这些方法对于高成分、凝固区间大的铸锭而言，仍然不足以解决现有的实际问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的金属铸锭的半连铸和水平连铸过程中，铸锭表面产生的垂直或平行于铸造方向的裂纹铸造缺陷问题，提供一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法，该铸造方法不仅能够显著改善高合金成分铸锭的表面质量，而且能够提高铸造速度，提高生产率。
为了实现上述目的，本发明提供一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法，所述耦合振动铸造方法包括以下步骤：
步骤S1，投料进行金属熔炼以得到熔体；
步骤S2，将得到的金属熔体放流进行铸锭的浇铸；
进行铸锭的浇铸时，在结晶器上和铸锭端部分别施加中频振动和低频振动，所述结晶器上施加的中频振动和所述铸锭端部施加的低频振动相耦合。
通过施加所述中频振动能够增强铸锭中半固态熔体的流动性，在铸锭端部施加低频振动用于使铸锭中的半固态熔体不断得以夯实，以及使铸锭表面刚形成但还未产生氧化的裂纹在低频较大振幅的推力作用下进行焊合。
优选地，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.5～7：1之间。
本发明中施加在结晶器和铸锭端部的振动频率并非随意选取，实验表明，只有将两个振动频率之比控制在1.5～7：1之间的范围，才能使两种振动都起到改善铸造效果的作用，即两种振动在该比值范围内，具有耦合增强铸锭振动的作用。脱离此范围，两种振动就会相互抵消，无法改善铸锭凝固质量。
优选地，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.8～6：1之间。
优选地，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在2～5：1之间。
优选地，所述中频振动施加于所述结晶器的铜套对应于铸锭凝固形成半固态熔体的区域。
优选地，所述中频振动施加于所述结晶器的铜套长度的1/3～1/2区间长度内。
优选地，所述中频振动的振动频率为500～1000Hz。
优选地，所述铸锭端部施加的低频振动的振动频率为100～200Hz。
通过上述技术方案，本发明提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法在结晶器上和铸锭端部分别施加中、低频且相互耦合的振动，通过中频振动增强铸锭的半固态熔体的流动性，使铸锭在拉坯过程中可能形成的表面裂纹及时熔合；通过低频振动使铸锭中凝固形成的半固态熔体区域能够不断得以夯实以防止形成裂纹；本发明的铸造方法显著提高了铸锭的表面光洁度，提高铸造速度和成品率，该方法通用性强，易于根据各种工况来安装设计，具有广阔的市场前景。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例采用耦合振动铸造方法得到的70Cu+As铜管铸管图像；
图2为对比例中采用常规水平连铸方法得到的70Cu+As铜管铸管的图像。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
本发明提供了一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法所述耦合振动铸造方法进行铸锭的浇铸时，在结晶器上和在铸锭端部分别施加中频振动和低频振动，所述中频振动能够增强铸锭中的半固态熔体的流动性，所述铸锭端部施加的低频振动用于使铸锭中的半固态熔体不断得以夯实以及使铸锭表面刚形成但还未产生氧化的裂纹在低频较大振幅的推力作用下进行焊合，所述结晶器上施加的中频振动和所述铸锭端部施加的低频振动相耦合。
根据本发明的一种优选实施方式，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.5～7：1之间。
本发明中施加在结晶器和铸锭端部的振动频率并非随意选取，实验表明，只有将两个振动频率之比控制在1.5～7：1之间的范围，才能使两种振动都起到改善铸造效果的作用，即两种振动在该比值范围内，具有耦合增强铸锭振动的作用。脱离此范围，两种振动就会相互抵消，无法改善铸锭凝固质量。
根据本发明的一种优选实施方式，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.8～6：1之间。
根据本发明的一种优选实施方式，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在2～5：1之间，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在2～5：1之间时能够得到最佳的耦合铸造效果，得到的铸锭的表面质量最好；当中频振动频率和低频振动频率的比值低于此区间时铸锭表面质量的改善效果逐渐减弱，当中频振动频率和低频振动频率的比值高于此区间时，有时反倒会增大铸锭表面出现横向裂纹的几率，所以实际中在施加两种振动载荷时对耦合频率的选取优选为中频振动频率和低频振动频率的比值在2～5：1之间的耦合原则。
根据本发明的优选实施方式，所述中频振动施加于所述结晶器的铜套对应于铸锭凝固形成半固态熔体的区域。
进一步优选所述中频振动施加于所述结晶器的铜套长度的1/3～1/2区间长度内，在结晶器铜套对应于铸锭凝固形成半固态熔体的位置施加中频振动，结晶器将中频振动传导至半固态熔体后，由于半固态熔体的非牛顿流体特性，振动能够增强半固态熔体的流动性。由于铸锭拉坯过程中最容易产生裂纹的位置就是在铸锭的半固态熔体区间，所以通过增强此处熔体的流动性，就可以使铸锭表面可能产生的裂纹及时熔合，更重要的是，由于半固态熔体流动性增强，铸锭表面就很难产生由于半固态熔体流动性不足而在拉坯应力或者是冷却应力下作用下产生的裂纹，从而从根源上预防铸锭表面裂纹的形成。
根据本发明的优选实施方式，所述中频振动的振动频率为500～1000Hz。
根据半固态熔体的非牛顿流体特性，施加500～1000Hz的中频振动是最有利于增强其流动性的，频率太高则熔体的流动性反倒不足，频率过低则容易起到相反的效果，使铸锭表面反倒由于熔体大幅度的振动而产生裂纹。
根据本发明的优选实施方式，所述铸锭端部施加的低频振动的振动频率为100-200Hz。
在铸锭端部施加100-200Hz的低频振动，使铸锭中的半固态熔体能够不断得以夯实，防止形成裂纹。此外，在铸锭端部施加低频振动，当这种振动传导至铸锭凝固形成的半固态熔体区间后，这种振动能够使铸锭表面刚形成但还未产生氧化的裂纹在低频较大振幅的推力作用下焊合，从而进一步降低铸锭表面开裂的可能性。
以下结合各实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例1采用上述的提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法进行70Cu+As铜管的铸造。
70Cu+As合金管材由于加入了As，所以防脱Zn的性能很好，因而广泛用于卫浴、装饰等场合，但由于合金中含As，所以在合金凝固时易产生低熔点化合物，恶化合金的热塑性，引起热脆，导致合金管材在水平连铸时很容易出现垂直与拉坯方向的裂纹。
铸锭成分：30％的Zn，0.05％的As，余量为Cu。
工艺参数：结晶器中频振动频率为500Hz，管材端部的低频振动频率为200Hz。
工艺步骤：
按上述的金属成分投料，进行70Cu+As合金的熔炼；
将熔炼好的熔体导入保温炉中准备浇铸，待熔体温度控制在合金熔点之上50～70℃时，开始放流浇铸，同时开启结晶器中频振动与管材端部低频振动；
结晶器的振动头位置设置在铜套长度的1/3～1/2区间长度内，即振动头位置设置在对应于合金的半固态熔体形成区域内。
管材端部的低频振动首先施加在引锭杆的端部，待第一节管材引出后锯下引锭杆的那一端，再将低频振动施加在管材端部。
结果：铸锭表面质量良好，横向裂纹消失，表面反偏析得以消除，铸锭铸造的平均速度为29cm/min。
实施例2
本实施例2采用上述的提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法进行70Cu+As铜管的铸造。
铸锭成分：30％的Zn，0.05％的As，余量为Cu。
工艺参数：结晶器中频振动频率为800Hz，管材端部的低频振动频率为200Hz。
工艺步骤：
按上述的金属成分投料，进行70Cu+As合金的熔炼；
将熔炼好的熔体导入保温炉中准备浇铸，待熔体温度控制在合金熔点之上50～70℃时，开始放流浇铸，同时开启结晶器中频振动与管材端部低频振动；
结晶器的振动头位置设置在铜套长度的1/3～1/2区间长度内，即振动头位置设置在对应于合金的半固态熔体形成区域内。
管材端部的低频振动首先施加在引锭杆的端部，待第一节管材引出后锯下引锭杆的那一端，再将低频振动施加在管材端部。
结果：铸锭表面质量良好，横向裂纹消失，表面反偏析得以消除，铸锭铸造的平均速度为35cm/min。
实施例3
本实施例3采用上述的提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法进行70Cu+As铜管的铸造。
铸锭成分：30％的Zn，0.05％的As，余量为Cu。
工艺参数：结晶器中频振动频率为1000Hz，管材端部的低频振动频率为200Hz。
工艺步骤：
按上述的金属成分投料，进行70Cu+As合金的熔炼；
将熔炼好的熔体导入保温炉中准备浇铸，待熔体温度控制在合金熔点之上50～70℃时，开始放流浇铸，同时开启结晶器中频振动与管材端部低频振动；
结晶器的振动头位置设置在铜套长度的1/3～1/2区间长度内，即振动头位置设置在对应于合金的半固态熔体形成区域内。
管材端部的低频振动首先施加在引锭杆的端部，待第一节管材引出后锯下引锭杆的那一端，再将低频振动施加在管材端部。
结果：铸锭表面质量良好，横向裂纹消失，表面反偏析得以消除，铸锭铸造的平均速度为41cm/min。
对比例
本对比例采用常规的水平连铸方法进行70Cu+As铜管的铸造。
铸锭成分：30％的Zn，0.05％的As，余量为Cu。
水平连铸的工艺参数及步骤：
按上述的金属成分投料进行70Cu+As合金的熔炼；
将熔炼好的熔体导入保温炉中准备浇铸；
待熔体温度控制在合金熔点之上50～70℃时，开始放流浇铸，得到70Cu+As铜管。
结果：本对比例中利用水平连铸进行铸锭铸造的平均速度为20cm/min，得到的70Cu+As铜管参阅图2所示。
通过上述各个实施例和对比例，发现本发明实施例耦合振动铸造方法相较于对比例的常规水平连铸方法铸造得到的70Cu+As合金管材，70Cu+As管材的表面质量明显提高，横向裂纹消失，表面反偏析得以消除，参阅图1和图2所示；相较于常规水平连铸的铸锭，铸造速度也显著提高，实现了提高生产率和成品率，降低了熔铸时间与生产成本的多重效果。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高连铸铸锭表面质量的耦合振动铸造方法，其特征在于，所述耦合振动铸造方法包括以下步骤：
步骤S1，投料进行熔炼得到熔体；
步骤S2，熔体放流进行铸锭的浇铸；
进行铸锭的浇铸时，在结晶器上和铸锭端部分别施加中频振动和低频振动，所述结晶器上施加的中频振动和所述铸锭端部施加的低频振动相耦合。
2.根据权利要求1所述的铸造方法，其中，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.5～7：1之间。
3.根据权利要求1所述的铸造方法，其中，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在1.8～6：1之间。
4.根据权利要求1所述的铸造方法，其中，所述结晶器上施加的中频振动频率和所述铸锭端部施加的低频振动频率的比值在2～5：1之间。
5.根据权利要求1所述的铸造方法，其中，所述中频振动施加于所述结晶器的铜套对应于铸锭凝固形成半固态熔体的区域。
6.根据权利要求5所述的铸造方法，其中，所述中频振动施加于所述结晶器的铜套长度的1/3～1/2区间长度内。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的铸造方法，其中，所述中频振动的振动频率为500～1000Hz。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的铸造方法，其中，所述铸锭端部施加的低频振动的振动频率为100～200Hz。
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