一種采用細(xì)晶結(jié)晶器半連續(xù)鑄造高純鋁鑄錠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用細(xì)晶結(jié)晶器半連續(xù)鑄造高純 鋁鑄錠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高純鋁或是超高純鋁由于比工業(yè)純鋁的雜質(zhì)元素含量更低，因此具有比工業(yè)純鋁 更好的導(dǎo)電性、延展性、反射性和抗腐蝕性，在電子工業(yè)及航空航天等領(lǐng)域有著更廣泛的使 用用途，例如5N5-6N超高純鋁中各雜質(zhì)的最大含量不超過0.4ppm，因此可用于半導(dǎo)體器件 制造行業(yè)，也可用于制備超導(dǎo)電纜。
[0003] 隨著尚純錯廣品應(yīng)用性能的提升以及應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)大，對制備尚純錯鑄徒的 質(zhì)量也提出了更高要求，不僅要滿足下游產(chǎn)品對高純鋁純度以及雜質(zhì)元素的苛刻要求，而 且對高純鋁鑄錠的顯微組織晶粒尺寸也提出了更加嚴(yán)格的要求，即希望其晶粒尺寸要控制 得足夠細(xì)小。
[0004] 由于高純鋁鑄錠使用的鋁熔體極為純凈，不能像傳統(tǒng)鋁鑄錠鑄造加工那樣通過添 加細(xì)化劑來實現(xiàn)其組織細(xì)化，只能通過成型工藝或是結(jié)晶器的改進(jìn)來實現(xiàn)高純鋁鑄錠的組 織細(xì)化，而目前采用的結(jié)晶器主要通過其外側(cè)設(shè)計的電磁感應(yīng)線圈來促使鋁熔體在鑄造過 程中產(chǎn)生強(qiáng)制流動，從而實現(xiàn)高純鋁鑄錠組織的細(xì)化。但是這種結(jié)晶器的設(shè)計過于復(fù)雜，在 鑄造過程中需要持續(xù)施加電磁場而使其能源消耗較大，電磁場驅(qū)動的鋁熔體在強(qiáng)制流動時 容易將其表面的氧化膜層破壞并被帶入鋁鑄錠內(nèi)部，從而影響高純鋁鑄錠的純凈度，鑄造 成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述結(jié)晶器存在的問題，本發(fā)明提供了一種采用細(xì)晶結(jié)晶器半連續(xù)鑄造 高純鋁鑄錠的方法，該方法通過細(xì)晶結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計來增加鋁熔體內(nèi)部的形核數(shù)量，從 而得到組織細(xì)化的高純鋁鑄錠，減小了鑄造成本，且鑄造過程易于實現(xiàn)。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種采用細(xì)晶結(jié)晶器半連續(xù)鑄造高純鋁鑄錠的方法，采用的細(xì)晶結(jié)晶器含有分流蓋、 本體、擋水圈及下蓋板，高純鋁鑄錠使用的鋁熔體中各雜質(zhì)的最大含量不超過〇. 4ppm，高純 鋁鑄錠或是圓錠，或是扁錠，或是方錠，所述圓錠的設(shè)計尺寸為?Dmm，所述扁錠的設(shè)計尺寸 為Dmm X dmm，D > d，所述方錠的設(shè)計尺寸為Dmm X Dmm，本發(fā)明的特征如下： 呈凸?fàn)畹姆至魃w正中設(shè)置有進(jìn)液口，進(jìn)液口的下端由分流蓋中的圓堵頭實施封堵，所 述圓堵頭的尺寸或為OD1，或為Od1,在進(jìn)液口的下端四周軸向側(cè)壁上配鉆有數(shù)個間距相等 的出液孔，各出液孔的孔徑均控制在Φ5~Φ 15mm，分流蓋的下端面設(shè)置有倒凹環(huán)槽，所述 倒凹環(huán)槽的最小尺寸或為OD1，或為Od1,所述倒凹環(huán)槽的最大外圍結(jié)構(gòu)尺寸或為Φ? 2，或 為D2Xcb,或為所述倒凹環(huán)槽的軸向高度以完全暴露出數(shù)個出 液孔為準(zhǔn)，分流蓋下端的最大尺寸或為ΦD 3，或為D3 X d3，或為D3 X D3，D3遠(yuǎn)大于D，d3遠(yuǎn)大于 d； 本體的外圍結(jié)構(gòu)尺寸或等于Φ D3，或等于D3 X d3，或等于D3 X D3，在本體的正中從上到 下依次設(shè)置有凹環(huán)槽、一次冷卻結(jié)晶區(qū)和出錠區(qū)，所述凹環(huán)槽的結(jié)構(gòu)尺寸或大于Φ?，或大 于D X d，或大于D X D，所述凹環(huán)槽的軸向高度控制在1~3mm，在所述凹環(huán)槽中設(shè)置有向下的 儲油槽，在所述凹環(huán)槽上方加裝蓋油板，所述儲油槽與水平設(shè)置的進(jìn)油通道聯(lián)通，進(jìn)油通道 外接脈沖式供油器;所述一次冷卻區(qū)的結(jié)構(gòu)尺寸或等于Φ?，或等于DXcU或等于DXD，所述 一次冷卻區(qū)的軸向高度控制在15~80 mm，在所述一次冷卻區(qū)的四周軸向側(cè)壁上設(shè)置有數(shù) 個間距相等的冷卻凹槽，各冷卻凹槽的深度控制在0.2~0.5mm，各冷卻凹槽的槽寬控制在 0.5~1mm，相鄰冷卻凹槽之間的凸出寬度控制在0~5mm;所述出錠區(qū)的結(jié)構(gòu)尺寸或大于Φ D，或大于DXcU或大于DXD;在本體的下端設(shè)置有不規(guī)則的環(huán)狀冷卻水腔，環(huán)狀冷卻水腔在 本體內(nèi)上端呈凸出狀結(jié)構(gòu)，所述凸出狀結(jié)構(gòu)的水平高度至各冷卻凹槽中部為準(zhǔn)，沿所述凸 出狀結(jié)構(gòu)向下斜鉆有數(shù)條間距相等的出水通道，出水通道貫穿聯(lián)通到各冷卻凹槽底端，環(huán) 狀冷卻水腔的下端寬度設(shè)定為Hmm，根據(jù)H在所述凸出狀結(jié)構(gòu)的端面上設(shè)置有上環(huán)槽； 下蓋板的外圍結(jié)構(gòu)尺寸與本體的三種外圍結(jié)構(gòu)尺寸相等，下蓋板的正中設(shè)置有出錠 口，所述出錠口的結(jié)構(gòu)尺寸與所述出錠區(qū)的三種結(jié)構(gòu)尺寸相等，下蓋板的兩側(cè)設(shè)置有環(huán)狀 進(jìn)水口，環(huán)狀進(jìn)水口外接冷卻水，環(huán)狀進(jìn)水口與環(huán)狀冷卻水腔對應(yīng)設(shè)置且環(huán)狀進(jìn)水口的寬 度小于H，在環(huán)狀進(jìn)水口的上端內(nèi)側(cè)端面上設(shè)置有下環(huán)槽； 將分流蓋通過螺栓固定在本體的上端、將下蓋板通過螺栓固定在本體的下端、將擋水 圈裝卡在所述下環(huán)槽和所述上環(huán)槽內(nèi)，使其組裝成細(xì)晶結(jié)晶器； 半連續(xù)鑄造開始時先通過環(huán)狀進(jìn)水口向環(huán)狀冷卻水腔內(nèi)連續(xù)通入冷卻水，冷卻水經(jīng)出 水通道后形成一定壓力向外流出，此時具有710°C的高溫鋁熔體通過進(jìn)液口進(jìn)入分流蓋中， 經(jīng)各出液孔的分流作用而改變流向流入到所述倒凹環(huán)槽并進(jìn)入所述一次冷卻區(qū)內(nèi)，鋁熔體 在所述一次冷卻區(qū)內(nèi)形成環(huán)流，所述環(huán)流構(gòu)成熔體流動流線方向線并使鋁熔體形成游離晶 核，在所述一次冷卻區(qū)內(nèi)使鋁熔體的溫度分布更趨均勻并結(jié)晶凝固成高純鋁鑄錠，由于鋁 熔體的不斷流入及沖刷攪動，增加了鋁熔體芯部的過冷度而使結(jié)晶凝固的高純鋁鑄錠得到 晶粒細(xì)化，在常規(guī)鑄造速度下高純鋁鑄錠通過所述出錠區(qū)而向下排出，排出過程中通過進(jìn) 油通道并在所述脈沖式供油器的作用下對高純鋁鑄錠表面進(jìn)行潤滑。
[0007] 上述分流蓋由絕熱耐火材料制作而成。
[0008] 上述本體或由紫銅制作而成，或由鋁合金制作而成。
[0009] 上述擋水圈呈濾網(wǎng)狀。
[0010] 上述冷卻凹槽或呈矩形，或呈半圓形，或呈V型。
[0011] 上述下蓋板或由鋁合金制作而成，或由鑄鋼制作而成。
[0012] 由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果： 1.本發(fā)明的方法可以克服現(xiàn)有鑄造制備技術(shù)無法細(xì)化高純鋁鑄錠晶粒尺寸的不足，通 過改變結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以改變?nèi)垠w流動方式并促進(jìn)游離晶粒在鑄錠內(nèi)部的生長，增 加晶粒形核數(shù)量，從而實現(xiàn)高純鋁鑄錠的組織細(xì)化。
[0013] 2.本體在一次冷卻結(jié)晶區(qū)表面采用開槽設(shè)計，增加了一次冷卻結(jié)晶區(qū)與鋁熔體的 接觸面積，降低鋁熔體形核的潤濕角和形核功，有利于大量晶粒在結(jié)晶器一次冷卻區(qū)表面 形成。
[0014] 3.本體的一次冷卻結(jié)晶區(qū)和出錠區(qū)設(shè)計可以形成二級分配機(jī)構(gòu)，使整個鋁鑄錠形 成促進(jìn)等軸晶生產(chǎn)的負(fù)溫度梯度區(qū)域，從而實現(xiàn)游離晶粒的等軸形式生產(chǎn)，避免傳統(tǒng)結(jié)晶 器設(shè)計內(nèi)部高溫區(qū)范圍區(qū)間寬，游離晶粒被重熔，晶核不能實現(xiàn)等軸方式生長的不足，有利 于實現(xiàn)鑄錠顯微組織的細(xì)化。
[0015] 4.細(xì)晶結(jié)晶器可根據(jù)圓形錠、扁錠和方錠的形狀來分別設(shè)計，細(xì)晶結(jié)晶器結(jié)構(gòu)獨 特，軸線總高度得到有效縮短，生產(chǎn)效率明顯提高。
【附圖說明】
[0016] 圖1是圓錠細(xì)晶結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
[0017] 圖2是細(xì)晶結(jié)晶器在半連續(xù)鑄造圓錠過程中的液體流向示意簡圖。
[0018] 上述圖中：1-進(jìn)液口； 2-分流蓋;3-出液孔;4-本體;5-擋水圈；6-環(huán)狀冷卻水腔;7-出水通道;8-下蓋板;9-冷卻凹槽；10-環(huán)狀進(jìn)水口； 11-進(jìn)油通道；12-蓋油板；13-錯恪體； 14-熔體流動流線方向線；15-冷卻水;16-高純鋁鑄錠;17-游離晶核。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明是一種采用細(xì)晶結(jié)晶器半連續(xù)鑄造高純鋁鑄錠的方法，通過本發(fā)明獲得的 高純鋁鑄錠可以做為電解電容器用的陽極箱，電容器用的引線，集成電路用的導(dǎo)線，真空蒸 發(fā)器用的基體材料，超導(dǎo)體用的穩(wěn)定導(dǎo)體，磁盤合金和高斷裂韌性鋁合金用的基體材料等， 使用范圍非常廣泛。
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