No campo do processamento de ligas de alumínio, a fundição a frio direta (DC casting) é conhecida como a "mão mágica da conformação de metais". Quando o metal fundido de liga de alumínio a cerca de 700 °C é injetado no cristalizador, em apenas algumas dezenas de minutos, o metal líquido se transforma em um lingote cilíndrico com diâmetro externo regular e estrutura interna densa - a força motriz central para isso é a água. Mais precisamente, é uma "mágica de resfriamento a água" que combina resfriamento primário e secundário. O sucesso ou fracasso desta mágica se reflete principalmente no jogo de três variáveis chave: a velocidade de fundição, a intensidade do resfriamento e a espessura da zona de segregação superficial. Qualquer perda de controle de uma variável deixará defeitos irreversíveis como nódulos de segregação, trincas a frio e trincas de tração na superfície do lingote, que serão amplificados em sucata em lotes nos processos subsequentes de extrusão e laminação.

1. O mecanismo de dois estágios (na verdade, três estágios) de resfriamento a água

Fase 1: Resfriamento único (resfriamento da parede do cristalizador)

Após o alumínio líquido de alta temperatura ser injetado no cristalizador, ele entra em contato direto com a parede interna (revestida de grafite), e a camada superficial esfria rapidamente em segundos, formando uma casca solidificada. O calor nesta fase é conduzido para a água através da parede do cristalizador, o que é chamado de resfriamento primário. O calor retirado por um único processo de resfriamento representa aproximadamente10% -15% do conteúdo total de calor do lingote. Embora não retire muito calor, é a chave para a "formação" - a casca solidificada deve ter espessura suficiente para suportar a pressão estática da cavidade líquida interna sem vazamento de alumínio.

Fase 2: Resfriamento secundário (resfriamento forçado por pulverização de água)

No momento em que o lingote se separa da borda inferior do cristalizador, água de resfriamento de alta pressão é pulverizada diretamente do orifício de pulverização na superfície quente do lingote. Neste ponto, ocorre a troca de calor entre a casca solidificada do lingote e a água, conhecida como resfriamento secundário. O calor retirado pelo resfriamento secundário representa cerca de70% -80% do conteúdo total de calor do lingote, e é a força dominante para a solidificação completa do lingote. É o forte efeito do resfriamento secundário que faz com que a fase líquida dentro do lingote se solidifique camada por camada de fora para dentro, formando uma cavidade líquida típica em forma de "V".

Fase 3: Ciclos de resfriamento triplo (resfriamento lento natural)
Após o lingote ser completamente removido da zona de pulverização, ele conta com o acúmulo de água e ar na fossa de fundação para dissipar calor lentamente, liberando gradualmente a tensão interna da fundição e reduzindo o risco de trincas. A taxa de resfriamento nesta fase é relativamente lenta e tem pouco impacto no processo de cristalização do lingote, mas é de grande importância para o relaxamento de tensões e a prevenção de trincas a baixas temperaturas.