一种有色金属及其合金电磁半连铸装置制造方法及图纸

一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，包括结晶器和励磁线圈系统；其铜制内套的外侧壁上设有或不设有加强筋，当设有加强筋时，加强筋与铜制内套为一体结构，加强筋由多个圆环体组成，或者由多排弧形体组成，或者由多个圆环体和多个柱状体构成网格状；所述的铜制内套的侧壁厚度为6～20mm；所述的励磁线圈分为两组，两组励磁线圈中的每组励磁线圈串联，且各自与电源连接。本发明专利技术的装置对于不同金属的半连铸造均可产生积极作用；对于金属熔体中磁场的均匀分布具有积极效果；不引入其他杂质且不污染金属熔体，装置结构紧凑，安全性高，装配简单且易于维护。

An Electromagnetic Semi-Continuous Casting Device for Nonferrous Metals and Their Alloys

【技术实现步骤摘要】
一种有色金属及其合金电磁半连铸装置
本专利技术属于金属材料制备领域，具体涉及一种有色金属及其合金电磁半连铸装置。
技术介绍
半连续铸造是目前工业生产中制备金属铸锭的主要方法；传统直接水冷半连续铸造(传统DC法)是将熔化的金属熔体均匀地导入结晶器中，在通水冷却结晶器的作用下形成一层坚固的凝固壳，然后引锭头带动已经凝固的部分一起以一定的速度向下移动，当已凝固的部分脱离结晶器时会受到二次冷却水的作用，铸锭的凝固层也就缓慢的向中心移动，并完全凝固结晶，随着金属熔体不断地流入结晶器，铸锭也不断的在结晶器中凝固成型；这种方法提高了劳动生产率，改善了劳动条件，且增大了锭坯长度，减小了切头与切尾的几何损失；但传统的半连续铸造生产出的铸锭存在晶粒粗大、偏析严重、铸锭表面质量差等缺点，使材料的耗损率大大增加。为了解决传统DC法存在的各种问题，国内外开发出了新型半连续铸造技术，其中主要有矮槽铸造、热顶铸造、气滑和气幕铸造、低液位半连续铸造与外场辅助铸造等，其中以在金属凝固过程中施加外场效果最为显著；目前施加的外场主要有电磁场与超声场，但是施加超声场这一方法由于超声在熔体中的衰减较大致使作用范围有限且超声杆直接作用于熔体导致污染等一系列问题导致无法大规模应用于工业生产；而电磁铸造技术具有非接触、无污染与细化凝固组织显著等一系列优点获得了业界的广泛认可。电磁铸造技术的基本原理是向励磁线圈内通入交流电流产生交变磁场，交变磁场透过结晶器内套作用于金属熔体，在金属熔体中产生感应电流，感应电流与交变磁场作用产生电磁力起到搅拌熔体的作用，均匀熔体的流场、温度场与溶质场，从而使铸锭的晶粒细化、表面质量提高。但是该技术对结晶器有一定的要求：(1)结晶器的透磁率要好以保证铸锭表面软接触所需要的电磁压力；(2)结晶器要具有良好的冷却效果以保证熔体在结晶器内形成一定厚度的凝固坯壳，避免发生拉漏等事故；(3)结晶器要具有一定的强度，尤其是屈服强度，因为在巨大的温度梯度下会产生极大的热应力，极易产生变形和热应力裂纹，造成结晶器的损坏。目前对于铜制内套，可以基本满足冷却效果好与强度的要求，但由于铜对磁场的屏蔽性高，励磁线圈产生的交变磁场在穿过结晶器铜制内套时会有较大的损耗，使得电磁利用率大大降低，致使电磁场对熔体的搅拌效果较差；为了提高结晶器的透磁性，有学者陆续开发出了切缝式电磁连铸结晶器。这种结晶器是通过在结晶器壁上部沿一定方向均匀切割出数条缝隙，使电磁场能通过缝隙直接作用于熔体从而减小结晶器壁对磁场的屏蔽作用。切缝的形式多种多样，有均等切缝、非均等切缝、通体切缝、非通体切缝和倾斜切缝等。中国专利CN200710190961、CN200920266196.3、CN02265157.8等表明，在结晶器内套上开设一定数目的切缝可使结晶器内的磁场强度增加，使结晶器的透磁性得到了极大的增加。但是由于切缝的存在，切缝式结晶器有着极大的缺陷：(1)熔体内的磁场分布变得更加复杂，切缝处与非切缝处的熔体所受的电磁力差异较大，这种差异容易使铸锭表面质量变差，影响铸锭的冶金质量；(2)切缝的存在破坏了结晶器的整体性，使结晶器的强度大大降低，为实际生产带来不稳定因素；(3)切缝使结晶器壁的每个金属片层相互独立，且在连铸过程中，结晶器会在高温的作用下产生热胀冷缩效应，切缝有被压缩或胀大的趋势，导致冷却水回路设计困难。考虑到切缝式结晶器存在诸多缺点，许多研究者将目光投向了无缝式电磁铸造结晶器。无缝式结晶器可分为两种设计形式，一种是分段式无缝结晶器，一种是整体式无缝结晶器。中国专利201811273062.4提供了一种高透磁性软接触两段式铜合金结晶器，上部采用高透磁性铜合金以增加透磁性，下部采用纯铜材料，结晶器壁的厚度为20mm～30mm，上半部与下半部的连接处采用纯铜TIG焊接，但该结晶器存在两种材料连接处平滑衔接的困难且由于热物性的差异容易给铸锭带来严重缺陷；整体式无缝软接触结晶器是在高电导率的铜或铜质合金之间填充高电阻率的粉末，经热等静压烧结加工成一体；这种结晶器在强度上有所提升，但仍没有解决大幅度提高透磁性的问题。
技术实现思路
针对目前电磁半连续铸造存在的各种问题，如结晶器内套存在切缝使强度降低、熔体中磁场分布复杂容易使表面质量变差、电磁场在熔体中的作用范围有限、磁场利用率较低等，本专利技术提供一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，调整结晶器结构，减小传统铜制内套的厚度，使得励磁线圈所产生的磁场更多的作用于金属熔体中且均匀分布，实现细化铸锭晶粒，消除表面缺陷，减小合金成分的偏析，提升表面质量等技术目标。本专利技术的有色金属及其合金电磁半连铸装置包括结晶器和励磁线圈系统；结晶器由上盖板、结晶器外壳、铜制内套和结晶器封水板组成，结晶器外壳上部设有冷却水入口，铜制内套底部设有二冷水喷孔；励磁线圈系统固定在结晶器外壳和铜制内套之间的冷却水槽内，由固定螺栓、线圈压板、线圈支撑块和励磁线圈组成；其中铜制内套的外侧壁上设有或不设有加强筋，当设有加强筋时，加强筋与铜制内套为一体结构，加强筋由多个圆环体组成，或者由多排弧形体组成，或者由多个圆环体和多个柱状体构成网格状；所述的铜制内套的侧壁厚度为6～20mm；所述的励磁线圈分为两组，两组励磁线圈中的每组励磁线圈串联，且各自与电源连接。上述装置中，加强筋的垂直截面为矩形、侧放的梯形或侧放的半圆形；当垂直截面为矩形时，沿铜制内套向外的横向厚度3～9mm，高度6～20mm；当垂直截面为侧放的梯形时，梯形的上边长3～10mm，下边长6～20mm，高度3～9mm；当垂直截面为半圆形时，半圆形的直径6～20mm。上述装置中，铜制内套的内部空间的垂直截面为等腰梯形或倒置的等腰梯形，等腰梯形的侧边或倒置的等腰梯形的侧边与轴线的夹角θ＝1°～8°。上述装置中，铜制内套的内侧壁上设有镀层，镀层为铬镀层、Ni-Fe镀层、Ni-Co合金镀层、Ni-Fe-W-Co合金镀层或Ni-P合金镀层。上述装置中，结晶器外壳的材质为钢，上盖板和结晶器封水板的材质为顺磁性不锈钢，顺磁性不锈钢选用304不锈钢、321不锈钢或347不锈钢。上述装置中，当加强筋由多个圆环体组成时，相邻两个圆环体的垂直间距15～50mm；当加强筋由多排弧形体组成时，相邻两排弧形体的垂直间距15～50mm，每排弧形体中相邻两个弧形体的水平间距5～25mm；当加强筋由多个圆环体和多个柱状体构成网格状时，相邻两个圆环体的垂直间距15～50mm，所述的柱状体分为长柱状体和短柱状体，长柱状体的两端分别与最上方的圆环体和最下方的圆环体连接，短柱状体的两端分别与相邻的两个圆环体连接。上述装置中，二冷水喷孔截面为圆形，孔径0.5～3.5mm。上述装置中，两组励磁线圈中，两组励磁线圈的长宽比同时设为1:N，或其中一组励磁线圈的长宽比为1:N，则另一组励磁线圈的长宽比为N:1，其中N＝1～5。上述装置中，励磁线圈的匝数30～150，相邻两个励磁线圈的间距10～50mm；两组励磁线圈的匝数比为1:N，其中N＝0.2～5；两组励磁线圈中的各个励磁线圈单体从上到下排列，且以结晶器轴线为轴。上述装置中，两组励磁线圈中的每个线圈同向排布，即通入每个线圈中的交流电流的流向相同，保证每个线圈所产生的磁场的磁力线相同。本专利技术的有色金属及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，其特征在于包括结晶器和励磁线圈系统；结晶器由上盖板、结晶器外壳、铜制内套和结晶器封水板组成，结晶器外壳上部设有冷却水入口，铜制内套底部设有二冷水喷孔；励磁线圈系统固定在结晶器外壳和铜制内套之间的冷却水槽内，由固定螺栓、线圈压板、线圈支撑块和励磁线圈组成；其中铜制内套的外侧壁上设有或不设有加强筋，当设有加强筋时，加强筋与铜制内套为一体结构，加强筋由多个圆环体组成，或者由多排弧形体组成，或者由多个圆环体和多个柱状体构成网格状；所述的铜制内套的侧壁厚度为6～20mm；所述的励磁线圈分为两组，两组励磁线圈中的每组励磁线圈串联，且各自与电源连接。

【技术特征摘要】
1.一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，其特征在于包括结晶器和励磁线圈系统；结晶器由上盖板、结晶器外壳、铜制内套和结晶器封水板组成，结晶器外壳上部设有冷却水入口，铜制内套底部设有二冷水喷孔；励磁线圈系统固定在结晶器外壳和铜制内套之间的冷却水槽内，由固定螺栓、线圈压板、线圈支撑块和励磁线圈组成；其中铜制内套的外侧壁上设有或不设有加强筋，当设有加强筋时，加强筋与铜制内套为一体结构，加强筋由多个圆环体组成，或者由多排弧形体组成，或者由多个圆环体和多个柱状体构成网格状；所述的铜制内套的侧壁厚度为6～20mm；所述的励磁线圈分为两组，两组励磁线圈中的每组励磁线圈串联，且各自与电源连接。2.根据权利要求1所述的一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，其特征在于所述的加强筋的垂直截面为矩形、侧放的梯形或侧放的半圆形；当垂直截面为矩形时，沿铜制内套向外的横向厚度3～9mm，高度6～20mm；当垂直截面为侧放的梯形时，梯形的上边长3～10mm，下边长6～20mm，高度3～9mm；当垂直截面为半圆形时，半圆形的直径6～20mm。3.根据权利要求1所述的一种有色金属及其合金电磁半连铸装置，其特征在于所述的铜制内套的内部空间的垂直截面为等腰梯...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，王航，贾永辉，胡成路，宁少晨，李小强，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21