CN115319043A - 一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，包括保温炉，支撑辊，在紧邻保温炉的出液口的位置设有石墨模具，并由法兰盘固定，超音频加热装置紧邻法兰盘，在石墨模具的***设有冷却装置，在石墨模具的远离保温炉的一侧设有固定挡板，在石墨模具的出口位置设有支撑辊。本发明所述的装置加工出的产品质量更好，生产效率更高，生产成本显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及合金板加工装置技术领域，具体为一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置。
背景技术
合金板带的使用范围非常广，应用前景也非常广泛，而在现有的设备和技术工况下加工的合金板带的一次合格率较低，始终困扰着合金板带的高效生产，而合金板带加工中的最核心的装置：合金水平连铸板坯铸造装置的改进和提升是合金板带加工工艺中的难点。
现有的合金水平连铸板坯铸造装置，存在着原料金属液结晶温度梯度过大，冷却不均匀，板带组织不均匀现象，并且成型模具的结构设计存在缺陷，严重影响合金板带的加工成品率，附属的冷却装置设计不合理，存在着能耗较高的问题。因此如何综合提升合金水平连铸板坯铸造装置的加工和生产效率，提升产品的成材率是一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用效果好，加工效率高的CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，包括保温炉，支撑辊，其特征在于：在紧邻保温炉的出液口的位置设有石墨模具，并由法兰盘固定，超音频加热装置紧邻法兰盘，在石墨模具的***设有冷却装置，在石墨模具的远离保温炉的一侧设有固定挡板，在石墨模具的出口位置设有支撑辊。
优选的，所述的石墨模具的结构为模具腔体内从入口处依次设有熔体区，结晶凝固区，板带区；所述的结晶凝固区的截面为梯形，靠近熔体区一侧为窄端，靠近板带区一侧为宽端。模具的结晶区工作面经过设计，带有一定角度的倾斜面，可有效减少CuNiSi合金结晶凝固时Mg,Si等元素析出物沾附在模具工作面上，减少板坯与模具的摩擦力，减少板坯冷热裂纹的产生。
所述的板带区的出口附近设有气体通道。
所述的石墨模具腔体上设有测温通道，其分布在沿模具腔体的方向，可以设有多条测温通道，便于对石墨模具结晶区的金属液进行测温。模具的进口端内部预设的测温装置配合超音频加热装置可对板坯结晶区金属液进行精确控温，温度控制精度在±5℃，通过结晶区域温度显示调整板坯结晶区域位置，改善板坯晶粒生长趋势及内部组织，模具铜液出口端保护气体通道端口，在铜液结晶时在模具中通保护气体排除模具与板坯间隙中的氧气，可有效减少铜液氧化结渣，提高板坯表面质量。
优选的，所述的冷却装置的结构为：冷却装置为上、下两部分，并分别设有进、出水口，扣合后围绕石墨模具的模具腔体，在冷却装置体内设有流道，流道呈蛇形分布；上冷却装置体内的流道数量多于下冷却装置体。
冷却装置体为分区域设置，分为多个降温区；每个降温区根据需要灵活设置流道数量，在每个降温区都设有进、出水口，流道呈蛇形分布在进、出水口之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的装置生产板坯规格为宽度400-800mm，厚度10-20mm，晶粒主要以柱状晶为主，晶粒大小为1-2mm。晶粒呈沿结晶线有一定夹角的倾斜状有规律排布，上下面晶粒沿结晶线呈10-60度夹角；使用本发明的装置可生产出结晶线居中，上下部晶粒为均匀且具有一定倾斜角度的柱状晶，可明显改变板坯内部晶粒形状及晶粒走势，改善板坯组织轧制性能及内部组织均匀性，板坯铸造后可直接进行轧制，与传统“半连续铸造-热轧”相比，此装置铸造水平连铸板坯可减少高耗能热轧工序，可有效缩短生产流程（缩短20%以上），提高生产效率，降低生产成本（降低20%以上），成材率由50%提高到65%以上。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明所述的石墨模具的剖视图。
图3是本发明所述的冷却装置的上部结构示意图。
图4是本发明所述的冷却装置的下部结构示意图。
图5是现有设备所生产的合金板带的晶粒组织的电镜图。
图6是本发明所述的设备生产的合金板带的晶粒组织的电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，
结合附图，本发明提供的一种实施例为：一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，包括保温炉1，支撑辊8，在紧邻保温炉1的出液口的位置设有石墨模具9，石墨模具9的进液口一侧***保温炉1的出液口，并由法兰盘3固定，超音频加热装置10，本发明选用的超音频加热装置10为GCYP串联型IGBT超音频感应加热设备；其紧邻法兰盘3，在石墨模具9的***设有冷却装置5，在石墨模具9的远离保温炉1的一侧设有固定挡板6，在石墨模具9的出口位置设有支撑辊8，以承接从石墨模具9中拉出的金属板7。
本发明的基本工作原理是由保温炉1来盛放金属液2，金属液2经过石墨模具9的成型和石墨模具9外部的冷却装置5的冷却后，形成金属板7，从而完成加工。
实施例2，
在实施例1的基础上优选如下所述的石墨模具9，所述的石墨模具9的结构为模具腔体内从入口处依次设有熔体区91，结晶凝固区92，板带区93；所述的结晶凝固区92的截面为梯形，靠近熔体区91一侧为窄端，靠近板带区93一侧为宽端。本实施例的石墨模具9的结晶凝固区92的工作面经过设计，带有一定角度的倾斜面，可有效减少CuNiSi合金结晶凝固时Mg,Si等元素析出物沾附在工作面上，减少金属板坯与石墨模具9内腔的摩擦力，减少金属板坯冷热裂纹的产生。
本实施例优选的在板带区93的出口附近设有气体通道95，便于及时排气。
所述的石墨模具9的腔体上设有测温通道94，其分布在沿模具腔体的方向，可以设有多条测温通道，便于利用测温传感器对石墨模具入口处的金属液进行测温。
实施例3，
本实施例在实施例1的基础上优选的冷却装置的结构为：冷却装置5为上、下两部分，分别为上冷却装置体54和下冷却装置体55，并分别设有进水口51、出水口52，扣合后围绕石墨模具9的模具腔体，在上冷却装置体54、下冷却装置体55内设有流道4，流道4呈蛇形分布；上冷却装置体54内的流道4数量要多于下冷却装置体55，上冷却装置体54中用于冷却的流道4数量多，排布更均匀合理，可进一步提高金属板7上表面冷却均匀性及冷却强度，下冷却装置体55中用于冷却的流道4数量少，可进一步减少金属板7下表面冷却强度，减少水平连铸工序中板坯由于重力下表面冷却强度大影响，同时边部用于冷却的流道4少于上冷却装置体，流量控制时，边部冷却区域冷却强度更容易进行控制，可有效减缓板坯边部冷却过强现象，此冷却装置5可更精确快速控制板坯上下表面冷却强度，有效提高板坯上下表面冷却均匀性，提高板坯内部组织均匀性。
冷却装置5为分区域设置，分为多个降温区；每个降温区根据需要灵活设置流道4数量，在每个降温区都设有进水口51、出水口52，流道4呈蛇形分布在进水口51、出水口52之间。
实施例4，
在使用实施例1所述的发明设备生产过程中，在使用具体的工艺参数时，铸造速度：40mm/min，上冷却装置体54冷却水流量：1050L/h，下冷却装置体55冷却水流量：1000L/h，铸造温度：1210℃。
实施例5，
在使用实施例1所述的发明设备生产过程中，在使用具体的工艺参数时，铸造速度：60mm/min，上冷却装置体54冷却水流量：1350L/h，下冷却装置体55冷却水流量：1300L/h，铸造温度：1260℃，加工出的产品经检测得到板坯晶粒组织如图6。
实施例6，
在使用实施例1所述的发明设备生产过程中，在使用具体的工艺参数时，铸造速度：80mm/min，上冷却装置体54冷却水流量：1800L/h，下冷却装置体55冷却水流量：1600L/h，铸造温度：1290℃。
对比例，
使用相同与上述实施例4相同参数的情况下，利用现有设备生产的产品，其板坯晶粒组织如图5，
结合图5、图6，对本发明与现有设备所生产出的产品对比：现有设备生产的产品板坯结晶冷却强度大，冷却不均，晶粒组织主要为无规则的等轴晶，同时伴有少量的柱状晶，晶粒大小极不均匀，大小从1mm到6mm不等，结晶线向上表面偏移且比较严重，晶粒组织无规律分布在板坯内部。板坯中Mg，Sn，Zn等易偏析元素分布不均，偏析现象严重，板坯表面经常出现横纵裂纹，拉痕，坑洼等缺陷，表面质量较差，后续加工过程中，板坯易出现砂眼，起皮等表面质量缺陷问题，表面质量较差，成品率较低。本发明生产的产品，板坯结晶梯度小，板坯上下表面冷却均匀，上下表面温差在5℃以内，板坯上下表面形成晶核后，晶核生长条件及时间相当，上下板面晶核沿板坯中间主散热方向均匀生长，由于结晶区域结晶温度梯度小，有利于形成柱状晶，板坯上下面柱状晶生长至板坯中心处相遇停止生长，形成中间结晶线，板坯中部主散热方向为炉内方向，因此板坯柱状晶生长时具有一定的倾斜角度。最终板坯主要以大小均匀，结晶线居中且具有一定倾角的柱状晶为主的晶粒组织均匀分布在板坯内部。经试验，当板坯上下板面温差在5-15度之间时，板坯上表面温度高于下表面温度，以10度为例，板坯结晶线开始偏离板坯中间位置，向板坯上表面偏移，板坯下表面晶粒有变大趋势，上表面晶粒有减小趋势，整体晶粒尺寸开始出现不均匀现象。当板坯上下板面温差大于15度时，板坯上表面温度高于下表面温度，以20度为例，板坯结晶线侧偏严重，结晶线向上表面偏移严重，板坯下表面晶粒明显粗大，上表面晶粒出现不规则等轴晶，整体晶粒大小不均，杂乱排布。具有一定倾角的晶粒组织对轧制加工及其有利，可不经过热处理直接进行后续轧制加工，板坯表面质量无明显裂纹，夹渣缺陷，表面质量良好，板坯后续加工过程中，板坯表面质量无起皮砂眼等质量缺陷，产品综合成品率明显增加。
Claims (6)
1.一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，包括保温炉，支撑辊，其特征在于：在紧邻保温炉的出液口的位置设有石墨模具，并由法兰盘固定，超音频加热装置紧邻法兰盘，在石墨模具的***设有冷却装置，在石墨模具的远离保温炉的一侧设有固定挡板，在石墨模具的出口位置设有支撑辊。
2.根据权利要求1所述的一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，其特征在于：所述的石墨模具的结构为模具腔体内从入口处依次设有熔体区，结晶凝固区，板带区；所述的结晶凝固区的截面为梯形，靠近熔体区一侧为窄端，靠近板带区一侧为宽端。
3.根据权利要求2所述的一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，其特征在于：所述的板带区的出口附近设有气体通道。
4.根据权利要求2所述的一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，其特征在于：所述的石墨模具腔体上设有测温通道，其分布在沿模具腔体的方向。
5.根据权利要求1所述的一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，其特征在于：所述的冷却装置的结构为：冷却装置为上、下两部分，并分别设有进、出水口，扣合后围绕石墨模具的模具腔体，在冷却装置体内设有流道，流道呈蛇形分布；上冷却装置体内的流道数量多于下冷却装置体。
6.根据权利要求5所述的一种CuNiSi合金水平连铸板坯铸造装置，其特征在于：冷却装置为分区域设置，分为多个降温区；每个降温区根据需要灵活设置流道数量，在每个降温区都设有进、出水口，流道呈蛇形分布在进、出水口之间。
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