本發(fā)明屬于鋁合金錠坯鑄造技術領域，特別是涉及一種鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置及其鑄造方法，可用于單一合金的鑄造以及多種合金的復合鑄錠的鑄造。

背景技術：

鋁合金的加工材的錠坯絕大部分都是采用DC鑄造方法制備。DC半連續(xù)鑄造凝固過程最顯著的特點是熔體內外部受到的冷卻強度不一樣，鑄錠內外存在較大的溫度差，造成內外熔體凝固不同步，易產生鑄錠橫截面上組織不均勻、鑄錠的鑄造內應力高，容易引發(fā)裂紋；同時DC鑄造時液穴內出現(xiàn)熱對流，會產生合金元素宏觀偏析；這在鑄造高合金元素含量的航空鋁合金，如7000系合金大尺寸板坯時問題更加嚴重。

為了解決以上問題，美國鋁業(yè)公司的工程師開發(fā)了“橡膠刮水板技術”，在合金鑄錠到一定長度時，采用橡膠刮水板刮去二冷水，實現(xiàn)鑄錠“自回熱”，即利用鑄錠內部的熱量使鑄錠“自退火”，減少鑄造的內應力，我們也發(fā)明了更加經濟高效的“氣刀除水”技術。這些技術在抑制高合金化大尺寸板坯的裂紋中發(fā)揮了顯著作用，但是鑄錠的合金元素宏觀偏析嚴重，所以合金元素宏觀偏析嚴重成為鑄錠冶金質量的關鍵問題。

2012年6月，在美國匹斯堡召開的世界第13屆鋁合金國際會議上，美國鋁業(yè)公司技術中心的Men G.Chu等宣布了一項最新的研發(fā)成果。針對航空鋁合金DC鑄造板坯的合金元素宏觀偏析嚴重這一制約航空鋁合金發(fā)展的瓶頸問題，提出了鋁合金平面凝固技術，用于制備高強鋁合金和復合錠坯。該方法采用的設備是四塊絕熱板、底部由一塊冷卻板組成的箱式結構的凝固裝置-鑄造箱，鋁合金液經過濾、凈化后由側面澆入鑄造箱，由冷卻板實現(xiàn)單向散熱，鋁合金液由底部逐漸向上平面凝固。該技術本質上是沿襲了單向凝固的原理，液/固界面平面向上移動。該方法的凝固特點與DC鑄造有本質的區(qū)別：

1、由于凝固前沿是一個平面，沒有DC鑄造中的熱對流和漂浮晶，所以抑制了合金元素的宏觀偏析，鑄錠凝固后合金元素各方向的分布均勻；

2、由于凝固速度低，熔體的凝固速度差小，凝固不同步產生的不均勻收縮而導致的鑄錠殘余應力顯著降低，因此可以避免DC鑄造的裂紋；

3、由于熔體結晶速度低和流動速度低，避免了DC鑄造產生的熱對流，熔體平穩(wěn)凝固，鑄錠由下而上順序凝固，有利于氣體析出和夾雜的上浮。

所以，平面凝固將為高合金化的大尺寸錠坯，尤其是板坯的制備提供更加高效、經濟的新方法。

為確保合金平面凝固，合金液的分流是技術關鍵。Alcao公司的合金液從鑄造箱兩側分流，由于合金液進入鑄造箱時的溫度高、流速也高，因此該區(qū)域的溫度高于其他區(qū)域；兩相區(qū)和固態(tài)區(qū)的水平低，形成較深的液穴，凝固前沿較其他區(qū)域低，即鑄錠不是平面凝固。尤其是鑄錠尺寸較大時，入流點的液穴更深，即使增加分流點，該問題依然沒有徹底改善。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種特別適用于大尺寸、低宏觀偏析、低內應力的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置及其鑄造方法。本發(fā)明在美國鋁業(yè)公司開發(fā)的鋁合金平面凝固鑄造方法的基礎上，充分考慮了分流方法對平面凝固鑄造合金凝固流場和溫度場的影響，提出了采用平面移動的動態(tài)層狀布流方法。利用可以水平運動的平動分流機構，在保證液面穩(wěn)定的同時，根據(jù)合金特點和底部的冷卻速度，將鋁合金液逐層澆入鑄箱，這種分流方式可以保證液面基本不擾動，即沒有熱沖擊和流動沖擊，鑄錠凝固前沿和液/固界面基本上是平面，并確保凝固以平面凝固的方式進行，直至鑄錠鑄造到預定厚度；控流機構可以控制鋁合金液進入鑄箱的流量，冷卻板系統(tǒng)可以保證鑄造初期凝固殼的形成，噴水系統(tǒng)可以實現(xiàn)鑄錠由底部向上均勻冷卻；本發(fā)明更適合大尺寸板坯的制備。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置，包括支架，其特點是在所述支架的上部設置有平動分流機構，在平動分流機構的出口處設置有控流機構，所述平動分流機構能夠水平移動；在平動分流機構的下方設置有鑄箱，在鑄箱底板上設置有通孔，在鑄箱的下方分別設置有噴水系統(tǒng)和冷卻板系統(tǒng)，所述鑄箱底板上的通孔與冷卻板系統(tǒng)相對應。

所述平動分流機構包括第一電機，第一電機的輸出軸與傳動絲杠固定連接，所述傳動絲杠通過軸承座設置在支架上，在傳動絲杠上設置有絲杠螺母；在絲杠螺母的側方設置有動板，所述動板與絲杠螺母固定連接，在支架上水平設置有滑動導軌，在動板上設置有滑動軸承座，所述滑動軸承座與滑動導軌相配合；在動板上設置有分流槽殼體，在分流槽殼體內設置有分流槽，在分流槽的出口處設置有導桿套，在導桿套的下方設置有布流筐。

所述布流筐由吊架和布流盤組成，所述布流盤通過第二緊固螺栓固定在吊架上，吊架固定在平動分流機構的動板下部，在布流盤上設置有若干導流孔。

所述控流機構包括橫板，在所述橫板上設置有第二電機，第二電機的輸出軸與凸輪軸固定連接，所述凸輪軸通過凸輪軸承座設置在橫板上；在凸輪軸上設置有若干凸輪，在凸輪的下方設置有從動輪套，在從動輪套內設置有從動輪，所述從動輪與凸輪相接觸，并與從動輪套軸連接，在凸輪上設置有頂絲，所述頂絲的內端與凸輪軸相對應；在橫板上設置有通孔，在通孔內設置有導桿滑動軸承，滑動軸瓦的上端穿過導桿滑動軸承后與從動輪套固定連接，滑動軸瓦的下端通過導桿緊帽與導桿的上端固定連接；在從動輪套與導桿滑動軸承之間的滑動軸瓦外設置有彈簧，所述橫板通過第一立板固定在動板的上方，導桿的下端與平動分流機構的導桿套相對應。

所述鑄箱包括鑄箱底板，在鑄箱底板的頂部設置有由絕熱耐火板組成的箱體，所述絕熱耐火板通過固定架和第三緊固螺栓與鑄箱底板固定連接。

所述冷卻板系統(tǒng)包括冷卻板上板、冷卻板下板、第一進水管及出水管，所述冷卻板上板設置在冷卻板下板的上方，冷卻板上板與冷卻板下板通過第一緊固螺栓固定連接；在冷卻板上板與冷卻板下板之間設置有Z字形水道，所述Z字形水道的進口和出口分別與第一進水管和出水管相連通；在冷卻板下板的下方設置有底板，在冷卻板下板與底板之間設置有冷卻板油缸，所述底板通過第二立板固定在鑄箱底板的下方，在底板的底部設置有主油缸。

所述噴水系統(tǒng)包括導軌，所述導軌固定在第二立板上，在導軌的上方設置有噴水架，在噴水架上設置有若干噴水架輪，所述噴水架輪設置在導軌上；在噴水架上設置有水管，所述水管的進口與第二進水管相連通，在水管上設置有若干噴嘴。

采用所述的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置鑄造單一合金的鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一：鑄造前，先將流槽、分流槽、導桿和導桿套加熱，然后將冷卻板系統(tǒng)上升至鑄箱內，使鑄箱底板的上表面與冷卻板上板的上表面在同一水平面上；設定冷卻板系統(tǒng)的水流量、噴水系統(tǒng)的噴水量、凸輪的轉動角度及動板的水平運動速度；

步驟二：鋁合金液經熔煉、靜置、除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽，打開流槽末端控流的釬子，鋁合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套；根據(jù)預先設定的凸輪的轉動角度，啟動控流機構的第二電機，第二電機帶動凸輪轉動，凸輪帶動導桿上下運動，從而控制通過布流筐流入鑄箱的鋁合金液流量；鋁合金液經過導桿套進入布流筐，然后流進鑄箱；啟動平動分流機構的第一電機，第一電機通過傳動絲杠和絲杠螺母帶動動板運動，動板帶動分流槽做水平運動，鋁合金液呈層狀流到冷卻板上板上，在冷卻板系統(tǒng)的作用下，鋁合金液從底部開始受冷凝固；

步驟三：待冷卻板上板上的鋁合金凝固層能夠支撐已澆注到鑄箱內的鋁合金液時，啟動冷卻板油缸，使冷卻板系統(tǒng)下降；然后將噴水系統(tǒng)沿導軌推入，向鑄錠底部噴水冷卻；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸的下降速度，直到鑄造至預定厚度；

步驟四：待鑄錠全部冷卻后，停止噴水系統(tǒng)的噴水，將噴水系統(tǒng)沿導軌抽出，拆除鑄箱的固定架和絕熱耐火板，取出鑄錠，鑄造結束；

步驟五：裝上鑄箱，將冷卻板系統(tǒng)上升至鑄箱內，使鑄箱底板的上表面與冷卻板上板的上表面在同一水平面上，準備下一次鑄造。

采用所述的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置鑄造復合鑄錠的鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一：先將各組元的合金分別在各自的熔煉爐熔化靜置，將流槽、分流槽、導桿和導桿套加熱，然后將冷卻板系統(tǒng)上升至鑄箱內，使鑄箱底板的上表面與冷卻板上板的上表面在同一水平面上；設定冷卻板系統(tǒng)的水流量、噴水系統(tǒng)的噴水量、凸輪的轉動角度及動板的水平運動速度；

步驟二：將第一組元的合金液經除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽，打開流槽末端控流的釬子，第一組元的合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套；根據(jù)預先設定的凸輪的轉動角度，啟動控流機構的第二電機，第二電機帶動凸輪轉動，凸輪帶動導桿上下運動，從而控制通過布流筐流入鑄箱的第一組元的合金液流量；第一組元的合金液經過導桿套進入布流筐，然后流進鑄箱；啟動平動分流機構的第一電機，第一電機通過傳動絲杠和絲杠螺母帶動動板運動，動板帶動分流槽做水平運動，第一組元的合金液呈層狀流到冷卻板上板上，在冷卻板系統(tǒng)的作用下，第一組元的合金液從底部開始受冷凝固；待冷卻板上板上的第一組元的合金凝固層能夠支撐已澆注到鑄箱內的第一組元的合金液時，啟動冷卻板油缸，使冷卻板系統(tǒng)下降；然后將噴水系統(tǒng)沿導軌推入，向鑄錠底部噴水冷卻；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸的下降速度，直到第一組元的合金鑄造至預定厚度；

步驟三：將第二組元的合金液經除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽，打開流槽末端控流的釬子，第二組元的合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套；根據(jù)預先設定的凸輪的轉動角度，啟動控流機構的第二電機，第二電機帶動凸輪轉動，凸輪帶動導桿上下運動，從而控制通過布流筐流入鑄箱的第二組元的合金液流量；第二組元的合金液經過導桿套進入布流筐，然后流進鑄箱；啟動平動分流機構的第一電機，第一電機通過傳動絲杠和絲杠螺母帶動動板運動，動板帶動分流槽做水平運動，第二組元的合金液呈層狀流到第一組元的合金上；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸的下降速度，直到第二組元的合金鑄造至預定厚度；

步驟四：如有第三組元，以此類推，根據(jù)復合鑄錠中各組元的厚度，在設定的時間將其他組元引進流槽；通過控制各組元熔煉爐出口流道內的檔流板開閉的時刻、打開的角度和時間長短實現(xiàn)界面層的梯度過渡或清晰界面；

步驟五：待鑄錠全部冷卻后，停止噴水系統(tǒng)的噴水，將噴水系統(tǒng)沿導軌抽出，拆除鑄箱的固定架和絕熱耐火板，取出鑄錠，鑄造結束；

步驟六：裝上鑄箱，將冷卻板系統(tǒng)上升至鑄箱內，使鑄箱底板的上表面與冷卻板上板的上表面在同一水平面上，準備下一次鑄造。

步驟四中所述的檔流板設置在流槽內，其通過第四緊固螺栓與軸套固定連接，在檔流板與第四緊固螺栓之間設置有護板；在軸套內設置有旋轉軸，所述旋轉軸固定在流槽的內側壁上，在軸套上固定有搖桿，在搖桿與軸套之間設置有墊片，在搖桿的外端設置有搖柄。

本發(fā)明的有益效果：

1、由于本發(fā)明采用了可以水平運動的平動分流機構，就可以實現(xiàn)鋁合金液的層狀布流，即鋁合金液逐層布流到鑄箱中，避免了定點布流的局部過熱，確保鑄箱中的鋁合金液凝固前沿是平面；

2、本發(fā)明鑄箱中的鋁合金溶體澆入量可以實現(xiàn)智能控制，即通過控制控流機構的導桿的升降幅度和平動分流機構的動板的水平運動速度，控制每層的澆入量及單位時間內的鋁合金液澆入量；

3、本發(fā)明中鋁合金液是通過布流筐的布流盤底部與垂直方向呈45°角的導流孔以潛流方式流入鑄箱，即不破壞液面；當鑄造后期，液面氧化膜較厚時，布流筐的水平運動可以將氧化膜平穩(wěn)推到鑄箱邊部，到達一定量時，可以將氧化膜取出；

4、當噴水系統(tǒng)的噴水量一定時，鑄錠凝固前沿的冷卻速度隨著鑄錠厚度的增加逐漸降低；本發(fā)明通過控制噴水系統(tǒng)的噴水量和主油缸的下降速度，可以保證鑄錠凝固前沿的冷卻速度保持在一定的范圍。

因此，采用本發(fā)明可以確保鑄錠以平面凝固方法凝固，避免了DC鑄造時的熱對流，可以顯著改善鑄錠的合金元素宏觀偏析，降低鑄錠的鑄造應力，避免裂紋。在本發(fā)明鑄造裝置的前部，分別引進不同成分的鋁合金液進入流槽，可以實現(xiàn)不同成分的層狀鋁合金錠坯的鑄造。采用本發(fā)明可以鑄造成分單一的合金，降低鑄錠的合金元素宏觀偏析和鑄造內應力；也可以鑄造成分不同的鋁合金層狀復合鑄錠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置的結構示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1中平動分流機構的結構示意圖；

圖4為圖3的俯視圖；

圖5為圖1中控流機構的結構示意圖；

圖6為圖5的A-A剖視圖；

圖7為圖1中冷卻板系統(tǒng)的結構示意圖；

圖8為圖7的俯視圖；

圖9為圖1中噴水系統(tǒng)的結構示意圖；

圖10為圖9的俯視圖；

圖11為本發(fā)明的布流筐的結構示意圖；

圖12為圖11的B-B剖視圖；

圖13為圖1中鑄箱的結構示意圖；

圖14為圖13的俯視圖；

圖15為采用本發(fā)明的鑄造裝置鑄造復合鑄錠的示意圖；

圖16為復合鑄錠流槽內檔流板的結構示意圖；

圖17為圖16的俯視圖；

圖18為7050/純鋁復合錠坯的界面圖；

圖19為7050合金鑄錠的主合金元素Zn的分布圖；

圖20為7050合金鑄錠的主合金元素Mg的分布圖；

圖21為7050合金鑄錠的主合金元素Cu的分布圖；

圖22為5456/7055合金鑄錠厚度方向合金元素成分圖；

圖23為純鋁/5456/7055復合錠坯的界面圖；

圖中：1-支架；2-鑄箱，2-1-第三緊固螺栓，2-2-絕熱耐火板，2-3-鑄箱底板，2-4-固定架；3-平動分流機構，3-1-第一電機，3-2-軸承座，3-3-傳動絲杠，3-4-絲杠螺母，3-5-滑動導軌，3-6-分流槽，3-7-導桿套，3-8-動板，3-9-滑動軸承座，3-10-分流槽殼體，3-11-滑動導軌座，3-12-連接桿，3-13-螺栓；4-檔流板，4-1-流槽，4-2-軸套，4-3-旋轉軸，4-4-搖桿，4-5-第四緊固螺栓，4-6-護板，4-7-墊片，4-8-搖柄，4-9-旋轉軸螺栓；5-控流機構，5-1-第二電機，5-2-凸輪軸承座，5-3-頂絲，5-4-凸輪，5-5-凸輪軸，5-6-從動輪套，5-7-彈簧，5-8-從動輪，5-9-導桿滑動軸承，5-10-橫板，5-11-滑動軸瓦，5-12-導桿緊帽，5-13-第一立板，5-14-導桿；6-冷卻板系統(tǒng)，6-1-第二立板，6-2-第一進水管，6-3-進水彎頭，6-4-冷卻板上板，6-5-冷卻板下板，6-6-第一緊固螺栓，6-7-冷卻板油缸，6-8-出水彎頭，6-9-出水管，6-10-底板，6-11-Z字形水道；7-主油缸；8-噴水系統(tǒng)，8-1-導軌，8-2-第二進水管，8-3-噴嘴，8-4-噴嘴座，8-5-水管，8-6-噴水架，8-7-噴水架輪，8-8-輪座，8-9-限位塊；9-1-第一組元的熔煉爐，9-2-第二組元的熔煉爐，9-3-第一流道，9-4-爐外凈化器，9-5-第二流道，9-6-過濾箱，9-7-第三流道，9-8-鑄造裝置；10-布流筐，10-1-吊架，10-2-布流盤，10-3-導流孔，10-4-第二緊固螺栓。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1、圖2所示，一種鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置，包括支架1，所述支架1用于安裝和支撐本裝置的其他部分；在所述支架1的上部設置有平動分流機構3，在平動分流機構3的出口處設置有控流機構5，所述平動分流機構3能夠水平移動；在平動分流機構3的下方設置有鑄箱2，在鑄箱底板2-3上設置有通孔，在鑄箱2的下方分別設置有噴水系統(tǒng)8和冷卻板系統(tǒng)6，所述鑄箱底板2-3上的通孔與冷卻板系統(tǒng)6相對應，所述鑄箱2與冷卻板系統(tǒng)6和噴水系統(tǒng)8固定相連，由主油缸7控制升降。

如圖3、圖4所示，所述平動分流機構3包括第一電機3-1，第一電機3-1的輸出軸與傳動絲杠3-3固定連接，可以通過軟件控制其運行的速度及距離，所述傳動絲杠3-3通過軸承座3-2設置在支架1上，在傳動絲杠3-3上設置有絲杠螺母3-4；在絲杠螺母3-4的側方設置有動板3-8，所述動板3-8與絲杠螺母3-4通過連接桿3-12和螺栓3-13固定連接，第一電機3-1通過傳動絲杠3-3和絲杠螺母3-4牽引動板3-8做水平往復移動；在支架1上通過滑動導軌座3-11水平設置有限定動板3-8平動范圍和平動方向的滑動導軌3-5，在動板3-8上設置有滑動軸承座3-11，所述滑動軸承座3-11與滑動導軌3-5相配合；在動板3-8上設置有分流槽殼體3-10，在分流槽殼體3-10內設置有迷宮式的分流槽3-6，在分流槽3-6的出口處設置有導桿套3-7，在導桿套3-7的下方設置有布流筐10，所述分流槽3-6、導桿套3-7和布流筐10均由高強耐火材料，如中耐7號制造。如圖11、圖12所示，所述布流筐10由吊架10-1和布流盤10-2組成，所述布流盤10-2通過第二緊固螺栓10-4固定在吊架10-1上，吊架10-1固定在平動分流機構3的動板3-8下部，在布流盤10-2上設置有若干導流孔10-3，所述導流孔10-3與垂直方向呈45°角。所述布流盤10-2在使用時浸入鋁合金液3～5mm，可以保證鋁合金液不氧化，避免夾雜裹入，同時在氧化膜較厚時，可以將表面氧化膜推到鑄錠邊部，用扒渣勺取出。

如圖5、圖6所示，所述控流機構5包括橫板5-10，在所述橫板5-10上設置有第二電機5-1，第二電機5-1的輸出軸與凸輪軸5-5固定連接，所述凸輪軸5-5通過凸輪軸承座5-2設置在橫板5-10上；在凸輪軸5-5上設置有若干凸輪5-4，在凸輪5-4的下方設置有從動輪套5-6，在從動輪套5-6內設置有從動輪5-8，所述從動輪5-8與凸輪5-4相接觸，并與從動輪套5-6軸連接，在凸輪5-4上設置有頂絲5-3，所述頂絲5-3的內端與凸輪軸5-5相對應；在橫板5-10上設置有通孔，在通孔內設置有導桿滑動軸承5-9，滑動軸瓦5-11的上端穿過導桿滑動軸承5-9后與從動輪套5-6固定連接，滑動軸瓦5-11的下端通過導桿緊帽5-12與導桿5-14的上端固定連接；在從動輪套5-6與導桿滑動軸承5-9之間的滑動軸瓦5-11外設置有彈簧5-7，所述橫板5-10通過第一立板5-13固定在動板3-8的上方，因此，控流機構5能夠隨平動分流機構3一起做水平往復運動；所述導桿5-14的下端與平動分流機構3的導桿套3-7相對應，導桿5-14的數(shù)量與導桿套3-7的數(shù)量相同，根據(jù)鑄錠的寬度確定分流槽3-6的注流道數(shù)及導桿套3-7的數(shù)量，導桿套3-7的中心距為100～250mm為宜，導桿5-14由高強耐火材料，如中耐7號制造。在導桿套3-7的下端橫向設置有導孔，所述導孔在使用時位于鋁合金液面下，可以潛流供鋁合金液。本發(fā)明通過第二電機5-1控制凸輪5-4的轉動角度，控制導桿5-14的位置，進而控制通過布流筐10流入鑄箱2的鋁合金液流量。

如圖13、圖14所示，所述鑄箱2包括鑄箱底板2-3，在鑄箱底板2-3的頂部設置有由絕熱耐火板2-2組成的箱體，所述絕熱耐火板2-2通過固定架2-4和第三緊固螺栓2-1與鑄箱底板2-3固定連接。進入布流盤10-2內的鋁合金液沿布流盤10-2底部的導流孔10-3潛流進入鑄箱2。

如圖7、圖8所示，所述冷卻板系統(tǒng)6包括冷卻板上板6-4、冷卻板下板6-5、第一進水管6-2及出水管6-9，所述冷卻板上板6-4設置在冷卻板下板6-5的上方，冷卻板上板6-4與冷卻板下板6-5通過第一緊固螺栓6-6固定連接，并通過密封墊密封；在冷卻板上板6-4與冷卻板下板6-5之間設置有Z字形水道6-11，所述Z字形水道6-11的進口和出口分別與第一進水管6-2和出水管6-9通過進水彎頭6-3和出水彎頭6-8相連通；在冷卻板下板6-5的下方設置有底板6-10，在冷卻板下板6-5與底板6-10之間設置有冷卻板油缸6-7，通過冷卻板油缸6-7的柱塞的運動，可以控制冷卻板系統(tǒng)6的上下運動。所述底板6-10通過第二立板6-1固定在鑄箱底板2-3的下方，在底板6-10的底部設置有主油缸7。冷卻水由一側第一進水管6-2引進，在另一側分兩個出水管6-9流出；冷卻板上板6-4和冷卻板下板6-5均由不銹鋼制作，如314不銹鋼，為了強化冷卻，冷卻板上板6-4也可以用純銅制作。在冷卻板上板6-4的上表面涂BN，以防止鋁合金液溶蝕。在鑄造前，通過冷卻板油缸6-7將冷卻板上板6-4升至與鑄箱底板2-3上表面同水平位置；鋁合金液澆注后，在冷卻板上板6-4上冷卻、形成凝固殼，當凝固殼的厚度足以支撐鑄箱2中的鋁合金液時，冷卻板油缸6-7下降，冷卻板上板6-4脫離鑄錠，降到支架1的下部。

如圖9、圖10所示，所述噴水系統(tǒng)8包括導軌8-1，所述導軌8-1固定在第二立板6-1上，在導軌8-1的上方設置有噴水架8-6，在噴水架8-6上通過輪座8-8設置有若干噴水架輪8-7，所述噴水架輪8-7設置在導軌8-1上，噴水架8-6可通過噴水架輪8-7在導軌8-1上水平移動；在噴水架8-6上設置有水管8-5，所述水管8-5的進口與第二進水管8-2相連通，在水管8-5上設置有若干噴嘴座8-4，在噴嘴座8-4上設置有噴嘴8-3，使用時，冷卻水由噴嘴8-3向上噴出，冷卻鑄錠，在所述導軌8-1上設置有限位塊8-9。在水管8-5上連接有流量計和閥門，以便測定和控制水管8-5的水量，進而控制鑄錠的冷卻強度。

采用所述的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置鑄造單一合金的鑄造方法，包括如下步驟：

步驟一：鑄造前，先將流槽4-1、分流槽3-6、導桿5-14和導桿套3-7加熱，然后將冷卻板系統(tǒng)6上升至鑄箱2內，使鑄箱底板2-3的上表面與冷卻板上板6-4的上表面在同一水平面上；根據(jù)鑄造的合金品種及鋁合金液的澆入量(液面上升速度，mm/min)設定冷卻板系統(tǒng)6的水流量和噴水系統(tǒng)8的噴水量，根據(jù)鋁合金液的澆入量(液面上升速度，mm/min)設定凸輪5-4的轉動角度，即導桿套3-7下端的橫向導孔開通(鋁合金液流入)和閉合(鋁合金液停止)的時間及動板3-8的水平運動速度；

步驟二：鋁合金液經熔煉、靜置、除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽4-1，打開流槽4-1末端控流的釬子，鋁合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽3-6的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套3-7；根據(jù)預先設定的凸輪5-4的轉動角度，啟動控流機構5的第二電機5-1，第二電機5-1帶動凸輪5-4轉動，凸輪5-4帶動導桿5-14上下運動，從而控制通過布流筐10流入鑄箱2的鋁合金液流量；鋁合金液經過導桿套3-7進入布流筐10，然后流進鑄箱2；啟動平動分流機構3的第一電機3-1，第一電機3-1通過傳動絲杠3-3和絲杠螺母3-4帶動動板3-8運動，動板3-8帶動分流槽3-6做水平運動，鋁合金液呈層狀流到冷卻板上板6-4上，在冷卻板系統(tǒng)6的作用下，鋁合金液從底部開始受冷凝固；

步驟三：待冷卻板上板6-4上的鋁合金凝固層能夠支撐已澆注到鑄箱2內的鋁合金液時，啟動冷卻板油缸6-7，使冷卻板系統(tǒng)6下降；然后將噴水系統(tǒng)8沿導軌8-1推入，向鑄錠底部噴水冷卻；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，即保證鋁合金液澆入后，迅速進入液層中，不帶入氧化物和分層(鑄錠凝固過快，澆入的熔體沒有融入基體)，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸7的下降速度，直到鑄造至預定厚度；

步驟四：待鑄錠全部冷卻后，停止噴水系統(tǒng)8的噴水，將噴水系統(tǒng)8沿導軌8-1抽出，拆除鑄箱2的固定架2-4和絕熱耐火板2-2，取出鑄錠，鑄造結束；

步驟五：裝上鑄箱2，將冷卻板系統(tǒng)6上升至鑄箱2內，使鑄箱底板2-3的上表面與冷卻板上板6-4的上表面在同一水平面上，準備下一次鑄造。

采用所述的鋁合金層狀布流平面凝固鑄造裝置鑄造復合鑄錠的鑄造方法，如圖15所示，包括如下步驟：

步驟一：先將各組元的合金分別在各自的熔煉爐熔化靜置，將流槽4-1、分流槽3-6、導桿5-14和導桿套3-7加熱，然后將冷卻板系統(tǒng)6上升至鑄箱2內，使鑄箱底板2-3的上表面與冷卻板上板6-4的上表面在同一水平面上；根據(jù)鑄造的合金品種及合金液的澆入量(液面上升速度，mm/min)設定冷卻板系統(tǒng)6的水流量、噴水系統(tǒng)8的噴水量，根據(jù)合金液的澆入量(液面上升速度，mm/min)設定凸輪5-4的轉動角度，即導桿套3-7下端的橫向導孔開通(合金液流入)和閉合(合金液停止)的時間及動板3-8的水平運動速度；

步驟二：將第一組元的合金液經除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽4-1，打開流槽4-1末端控流的釬子，第一組元的合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽3-6的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套3-7；根據(jù)預先設定的凸輪5-4的轉動角度，啟動控流機構5的第二電機5-1，第二電機5-1帶動凸輪5-4轉動，凸輪5-4帶動導桿5-14上下運動，從而控制通過布流筐10流入鑄箱2的第一組元的合金液流量；第一組元的合金液經過導桿套3-7進入布流筐10，然后流進鑄箱2；啟動平動分流機構3的第一電機3-1，第一電機3-1通過傳動絲杠3-3和絲杠螺母3-4帶動動板3-8運動，動板3-8帶動分流槽3-6做水平運動，第一組元的合金液呈層狀流到冷卻板上板6-4上，在冷卻板系統(tǒng)6的作用下，第一組元的合金液從底部開始受冷凝固；待冷卻板上板6-4上的第一組元的合金凝固層能夠支撐已澆注到鑄箱2內的第一組元的合金液時，啟動冷卻板油缸6-7，使冷卻板系統(tǒng)6下降；然后將噴水系統(tǒng)8沿導軌8-1推入，向鑄錠底部噴水冷卻；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，即保證合金液澆入后，迅速進入液層中，不帶入氧化物和分層(鑄錠凝固過快，澆入的熔體沒有融入基體)，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸7的下降速度，直到第一組元的合金鑄造至預定厚度；

步驟三：將第二組元的合金液經除氣、過濾后，由靜置爐進入固定在熔鋁爐口的流槽4-1，打開流槽4-1末端控流的釬子，第二組元的合金液經石墨澆嘴進入下部分流槽3-6的流道，經過迷宮式的分流，進入導桿套3-7；根據(jù)預先設定的凸輪5-4的轉動角度，啟動控流機構5的第二電機5-1，第二電機5-1帶動凸輪5-4轉動，凸輪5-4帶動導桿5-14上下運動，從而控制通過布流筐10流入鑄箱2的第二組元的合金液流量；第二組元的合金液經過導桿套3-7進入布流筐10，然后流進鑄箱2；啟動平動分流機構3的第一電機3-1，第一電機3-1通過傳動絲杠3-3和絲杠螺母3-4帶動動板3-8運動，動板3-8帶動分流槽3-6做水平運動，第二組元的合金液呈層狀流到第一組元的合金上；根據(jù)鑄錠的冷卻速度，控制液層的深度，即保證合金液澆入后，迅速進入液層中，不帶入氧化物和分層(鑄錠凝固過快，澆入的熔體沒有融入基體)，根據(jù)液層深度的要求，控制主油缸7的下降速度，直到第二組元的合金鑄造至預定厚度；

步驟四：如有第三組元，以此類推，根據(jù)復合鑄錠中各組元的厚度，在設定的時間將其他組元引進流槽4-1；

步驟五：待鑄錠全部冷卻后，停止噴水系統(tǒng)8的噴水，將噴水系統(tǒng)8沿導軌8-1抽出，拆除鑄箱2的固定架2-4和絕熱耐火板2-2，取出鑄錠，鑄造結束；

步驟六：裝上鑄箱2，將冷卻板系統(tǒng)6上升至鑄箱2內，使鑄箱底板2-3的上表面與冷卻板上板6-4的上表面在同一水平面上，準備下一次鑄造。

界面層可以實現(xiàn)梯度過渡，也可以實現(xiàn)清晰界面，通過控制各組元熔煉爐出口流道內的檔流板4開閉的時刻、打開的角度和時間長短實現(xiàn)。為了獲得梯度過渡界面，可以在第一組元達到預定厚度時，逐漸減少第一組元的流量，同時逐漸增大第二組元的流量。為了獲得清晰界面，可以在第一組元在爐外凈化器9-4內的液面略低于常規(guī)水平時，大幅度開啟第二組元。同時要事先明確各組元的凝固特征，根據(jù)各組元的特點，控制鑄造速度。

如圖16、圖17所示，所述檔流板4設置在流槽4-1內，其通過第四緊固螺栓4-5與軸套4-2固定連接，在檔流板4與第四緊固螺栓4-5之間設置有護板4-6；在軸套4-2內設置有旋轉軸4-3，所述旋轉軸4-3固定在流槽4-1的內側壁上，在軸套4-2上固定有搖桿4-4，在搖桿4-4與軸套4-2之間設置有墊片4-7，在搖桿4-4的外端設置有搖柄4-8。通過檔流板4可以控制流道打開的時間、關閉的時間以及打開的角度，進而控制復合鑄錠各組元的厚度和界面形態(tài)。

實施例1：

合金為純鋁/7050，鑄錠尺寸：厚300mm×寬600mm×長800mm，7050合金層厚度為245mm，

鑄造溫度：720℃，

鑄造速度(鑄箱下降速度)：60mm/min(純鋁)，20mm/min(7050合金)，

控流方式：導桿提起，20mm(純鋁)，10mm(7050合金)，

平動分流機構運行速度：100mm/min(純鋁)，60mm/min(7050合金)。

鑄錠無裂紋，表面無冷隔，鑄態(tài)可以鋸切，經超聲探傷后夾雜達到A級。鑄錠內部組織均勻，平均晶粒尺寸為260μm(見圖18)。合金元素宏觀偏析率[(鑄錠合金元素含量最高值-最低值)/平均值]：Zn為3.1％，Mg為5.9％，Cu為6％，Zn、Mg、Cu的宏觀成分云圖分別如圖19、圖20、圖21所示。

實施例2：

合金為5456/7055，鑄錠尺寸：厚300mm×寬600mm×長800mm，7055合金層厚度為150mm，

鑄造溫度：720℃，

鑄造速度(鑄箱下降速度)：20mm/min(7055合金)，15mm/min(5456合金)，

控流方式：導桿提起，10mm(7055合金)，8mm(5456合金)，

平動分流機構運行速度：60mm/min(7055合金)，60mm/min(5456合金)。

鑄錠無裂紋，表面無冷隔，鑄態(tài)可以鋸切，經超聲探傷后夾雜達到A級。鑄錠內部組織均勻，平均晶粒尺寸為260μm(7055合金)，250μm(5456合金)。界面清晰，結合良好，無氣孔和夾雜(見圖23)，厚度方向合金成分分布見圖22。