一种合金铸造设备及方法与流程

1.本发明涉及铸造技术领域，具体是一种合金铸造设备及方法。


背景技术：

2.在热顶同水平铸造领域，al-zn系铝合金由于具有较高的强度给铸造带来了困难，传统的热顶铸造的过程中，铝水在通过结晶器成型后，会使用较大的水喷射在铸棒表面进行冷却，以促进铸棒的冷却。水喷射在铝棒表面后一般会沿铝棒表面流下，进而对铸棒产生进一步冷却。在铸造过程中如果冷却速度过快，则容易在铸棒铸造过程中产生较高的应力，从而产生冷裂纹。如果冷却速度过慢，则容易产生热裂纹。因此，al-zn系铝合金热顶铸造的铝合金的成品率一直较低，是困扰铝合金行业的难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，针对背景技术中铝合金铸造过程中的难题，增加吹气系统和测温系统，对铸棒表面的冷却水进行处理，降低铸棒内部因快速冷却产生的应力变形，避免产生裂纹。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种管材铸造设备，包括铸造装置、冷却系统、喷气系统、测温系统以及控制设备的控制系统，所述冷却系统、喷气系统和测温系统沿所述铸造装置的出料口依次设置，所述冷却系统包括一级石墨冷却装置和二级水冷装置，所述一级石墨冷却装置固定在所述铸造装置上，所述二级水冷装置设置在所述一级石墨冷却装置与所述喷气系统之间，所述喷气系统通过所述控制系统控制喷气，所述测温系统进行铸件的温度监测并传送到所述控制系统。
5.进一步地，所述测温系统包括红外温度监测仪，所述红外温度监测仪将检测到的温度传送至所述控制系统，所述控制系统根据所述红外温度监测仪监测的温度控制所述喷气系统。
6.进一步地，所述喷气系统包括高压气泵、高压气体喷嘴和气嘴安装架，所述高压气体喷嘴安装在所述气嘴安装架上，所述高压气体喷嘴与所述高压气泵连接，所述高压气泵与所述控制系统之间信号连接。
7.进一步地，所述喷气系统包括高压气泵、高压气体喷嘴和电动伸缩安装架，所述高压气体喷嘴与所述高压气泵连接，所述高压气体喷嘴安装在所述电动伸缩安装架上，所述电动伸缩安装架与所述控制系统之间信号连接。
8.进一步地，所述高压气体喷嘴的数量为若干个，若干个所述高压气体喷嘴沿铸件的圆周方向间隔分布，每个所述高压气体喷嘴与所述气体安装架之间分别通过旋转组件连接，控制系统分别控制每个旋转组件。
9.进一步地，所述电动伸缩安装架上设有若干个高压气体喷嘴。
10.进一步地，所述二级水冷装置包括水箱、高压喷水嘴和喷水嘴安装架，所述高压喷水嘴通过所述喷水嘴安装架进行安装，且高压喷水嘴的喷头朝向铸件，所述水箱内设有抽
吸泵，所述高压喷水嘴与所述抽吸泵之间通过管道连接。
11.进一步地，所述一级石墨冷却装置为石墨环，所述石墨环固定在所述铸造装置的出口处。
12.本发明还提供了一种合金铸造方法，具体步骤如下：
13.s1、配料，合金铸件按如下重量百分比配料：cu：1.3，mg：2.5，cr：0.23，zn：5.5，ti：0.1；
14.s2、熔化，将s1中的原料加入熔炉进行熔炼，熔炼温度为730℃；
15.s3、精炼，向铝熔体中通入99.999％的高纯氩气进行精炼；
16.s4、扒渣，除去熔体表面的渣；
17.s5、铸造，将熔炼后的熔体注入铸型得到合金铸件，控制铸造装置内铝水温度在700-730℃，模盘上铝水温度为665℃-690℃，铸造速度：65-75mm/min，冷却水流量：2500-3100l/min，冷却水温度为28℃，
18.s6、冷却，铸造成型后的铸棒先经过一级石墨冷却装置进行一级冷却，再经过二级水冷装置进行水冷却；经过水冷却后的铸棒进入喷气系统，高压气体喷嘴吹气铸棒表面的冷却水，测温系统对铸棒表面的温度进行检测，同时将测量的温度与设定的温度进行对比，并通过对比结果控制吹气系统。
19.进一步地，所述s6中测温系统包括红外温度监测仪，所述红外温度监测仪将检测到的铸棒的温度传送至所述控制系统，所述控制系统将铸棒的温度与预先设定的标准温度进行对比；若铸棒的温度过高，则控制系统控制吹气系统减少气体压力，或者控制高压气体喷嘴远离铸棒；若铸棒温度过低，则控制系统控制吹气系统增加气体压力，或者控制高压气体喷嘴靠近铸棒。
20.本发明的有益效果是：
21.1.本发明铸造设备及方法通过在铸件的出料路线上依次设置了一级石墨环冷却和二级冷却水冷却，一级石墨环对液态铝进行冷却，同时石墨环与管材之间形成汽膜，将合金熔体凝固初期形成的薄凝壳与石墨环内壁的硬性接触转变为柔性接触，减少了对铸件表面的损伤。
22.2.本发明铸造设备及方法通过吹气装置，通过吹气装置吹去铸件表面的冷却水，使铸件表面的水被吹去后，其内部仍然会继续进行结晶，进一步释放出结晶潜热，从而提高铸件的温度，降低铸件内部因快速冷却产生的应力，减少铸件内部裂纹的产生；而且吹气装置的角度可进行任意调节，实现不同阶段采用不同的吹力。
23.3.本发明铸造设备及方法还通过红外温度监测仪监测铸件的温度，根据铸棒的温度调节气流量的大小，以控制后续的冷却强度，从而更好的控制铸棒的温度，减小铸棒内部的应力。
24.4.本发明铸造设备及方法利用在铸棒结晶过程中产生的热量，控制铸棒的温度在缓慢冷却至100℃以下，以充分释放铸棒冷却过程中产生的应力，降低铸棒开裂的倾向，从而提高al-zn系铸棒铸造的成品率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要
使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
26.图1是本发明铸造设备的结构示意图；
27.图2是本发明铸造设备的喷气系统的一个具体实施例的结构示意图；
28.图3是本发明铸造设备的喷气系统的另一个具体实施例的结构示意图；
29.图4是本发明铸造设备的喷气系统的高压气体喷嘴与气嘴安装架连接的局部示意图。
30.图中：1-铸造装置，2-一级石墨冷却装置，3-二级水冷装置，4-高压气体喷嘴，5-气嘴安装架，6-电动伸缩安装架，7-红外温度监测仪，8-铸件，9-旋转电机，10-第一齿轮，11-第二齿轮，12-旋转架，13-转轴。
具体实施方式
31.下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
32.在本发明的一个具体实施例中，如图1至图2所示，一种管材铸造设备，包括铸造装置1、冷却系统、喷气系统、测温系统和控制整个系统的控制系统，所述冷却系统、喷气系统和测温系统沿所述铸造装置1的出料口依次设置，所述冷却系统包括一级石墨冷却装置2和二级水冷装置3，所述一级石墨冷却装置2固定在所述铸造装置1上，所述二级水冷装置3设置在所述一级石墨冷却装置2与所述喷气系统之间，所述喷气系统通过所述控制系统控制喷气，所述测温系统进行铸件的温度监测并传送到所述控制系统。
33.优选地，所述一级石墨冷却装置2为石墨环，所述石墨环固定在所述铸造装置的出口处。所述二级水冷装置3包括水箱、高压喷水嘴和喷水嘴安装架，所述高压喷水嘴通过所述喷水嘴安装架进行安装，且高压喷水嘴的喷头朝向铸件8，所述水箱内设有抽吸泵，所述高压喷水嘴与所述抽吸泵之间通过管道连接。
34.所述喷气系统包括高压气泵、高压气体喷嘴4和气嘴安装架5，所述高压气体喷嘴4安装在所述气嘴安装架5上，所述高压气体喷嘴与石墨环之间的距离约为500mm，所述高压气体喷嘴4与所述高压气泵连接，所述高压气泵与所述控制系统之间信号连接，所述高压气体喷嘴的气体按压力约为0.2-0.3mpa。
35.所述高压气体喷嘴的数量为若干个，若干个所述高压气体喷嘴4沿所述铸件8的圆周方向间隔分布。每个所述高压气体喷嘴4分别与所述高压气泵连接，控制系统控制每个所述高压气体喷嘴4单独喷气。每个所述高压气体喷嘴4与所述气嘴安装架5之间分别通过旋转组件连接(如图4所示)，控制系统分别控制每个旋转组件。所述旋转组件带动所述高压气体喷嘴4,在所述控制系统的控制下围绕所述气体安装架5进行旋转，每个所述旋转组件包括第一齿轮10、第二齿轮11、旋转架12和旋转电机9，所述第一齿轮10安装在所述气嘴安装架5上，所述旋转架12为u形架，所述旋转架12的两侧壁套设在所述气嘴安装架5上，所述第二齿轮12通过转轴13安装在所述旋转架12的两侧壁之间，所述第二齿轮12与所述转轴13之
间固定连接，所述第二齿轮12与所述第一齿轮10啮合，所述旋转电机9与所述转轴13连接，所述控制系统控制所述旋转电机9动作，所述高压气体喷嘴4安装在所述旋转架12上。所述控制系统控制旋转电机9工作，旋转电机9带动转轴13转动，安装在转轴13上的第二齿轮11与第一齿轮10啮合，带动旋转架12旋转，从而带动高压气体喷嘴4旋转至所需要的位置。控制系统控制气嘴安装架5上三分之一的高压气体喷嘴4的喷头朝向靠近所述冷却装置的一侧，三分之二的高压气体喷嘴4喷头朝向测温系统的一侧，所述高压气体喷嘴4喷头的角度可由控制系统控制调整，使铸棒在不同阶段所受到的吹力均不相同，更好的保证冷却的同时减少内部裂纹的产生。
36.所述测温系统包括红外温度监测仪7，所述红外温度监测仪7将检测到的温度传送至所述控制系统，所述控制系统控制所述高压气体喷嘴4的喷射力。将铸件8的温度优选为250-300℃，若红外温度监测仪7监测到铸件的温度过高，则适当减少高压气体喷嘴的喷射力；若红外温度监测仪7监测到铸件8的温度过低，则适当增加高压气体喷嘴的喷射力。
37.在本发明的另一个具体实施例中，如图3所示，所述喷气系统包括高压气泵、高压气体喷嘴4和电动伸缩安装架6，所述高压气体喷嘴4与所述高压气泵连接，所述高压气体喷嘴4安装在所述电动伸缩安装架6上，所述电动伸缩安装架6与所述控制系统之间信号连接。优选地，所述电动伸缩安装架6的数量为两个，两个所述电动伸缩安装架6分别设置在所述铸件8的两侧，两个所述电动伸缩安装架6均与所述控制系统连接，所述控制系统控制电动伸缩安装架伸缩。每个所述电动伸缩安装架6上分别间隔设有若干个高压气体喷嘴4。将铸件8的温度优选为250-300℃，若红外温度监测仪7监测到铸件8的温度过高，则将电动伸缩安装架7下降；若红外温度监测仪6监测到铸件8的温度过低，则将电动伸缩安装架6上升。
38.本发明具体提供了一种φ360mm的7075铝合金铸造方法，步骤如下：
39.s1、配料，合金铸件按如下重量百分比配料：cu：1.3，mg：2.5，cr：0.23，zn：5.5，ti：0.1；
40.s2、熔化，将s1中的原料加入熔炉进行熔炼，熔炼温度为730℃；
41.s3、精炼，向铝熔体中通入99.999％的高纯氩气进行精炼；
42.s4、扒渣，除去熔体表面的渣；
43.s5、铸造，将熔炼后的熔体注入铸型得到合金铸件，控制铸造装置内铝水温度在700-730℃，模盘上铝水温度为665℃-690℃，铸造速度：65-75mm/min，冷却水流量：2500-3100l/min，冷却水温度为28℃；
44.s6、冷却，铸造成型后的铸棒先经过一级石墨冷却装置进行一级冷却，再经过二级水冷装置进行水冷却；经过水冷却后的铸棒进入喷气系统，高压气体喷嘴吹气除去铸棒表面的冷却水，测温系统对铸棒表面的温度进行检测，同时将测量的温度与设定的温度进行对比，并将对比结果传送到吹气系统。
45.具体地，测温系统包括红外温度监测仪，所述红外温度监测仪将检测到的铸棒的温度传送至所述控制系统，所述控制系统将铸棒的温度与预先设定的温度值250-300℃进行对比，然后再对所述吹气系统进行调控；若铸棒的温度过高，则控制系统控制吹气系统减少气体压力，或者控制高压气体喷嘴远离铸棒；若铸棒温度过低，则控制系统控制吹气系统增加气体压力，或者控制高压气体喷嘴靠近铸棒。
46.本发明通过红外温度监测仪测得的温度反馈给控制系统，控制系统根据铸棒的温
度控制高压气体喷嘴的喷射角度、距离、压力以及需要工作的高压气体喷嘴的数量，对铸棒的冷却过程进行精准的控制。
47.通过此种铸造方法可以有效减少大直径(300mm以上)al-zn系铸棒成型过程中易因内部应力过大导致的开裂问题，提高成品率至90％以上。
48.以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。