本发明专利技术涉及电磁搅拌方法及装置，具体而言为涉及一种置于结晶器内熔体中的内置式电磁搅拌装置及其方法。采用水冷铜线圈制作水平旋转磁场电磁搅拌器，并用耐热陶瓷保护套保护，电磁搅拌器和耐热陶瓷保护套均固定在多流铸锭模铸锭孔上方的导杆上，导杆则与铸锭模上方可水平移动的支架连接，通过安装在支架上的电动机控制导杆的上下移动，并控制电磁搅拌的频率、强度，浇注开始后，将采用耐热陶瓷保护套保护的电磁搅拌器放置在多流铸锭模内铝合金熔体中，开始电磁搅拌，边搅拌边浇注铸锭，当铸锭浇注到指定长度后，将电磁搅拌器从多流铸锭模中取出，冷却后待用。该装置适应性强，结构紧凑，安装方便，电磁效率高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁搅拌方法及装置，具体而言为涉及一种置于结晶器内熔体中的内置式电磁搅拌装置及其方法。
技术介绍
由于电磁搅拌能显著改善铸坯质量，世界各国对其最佳工艺、设计以及作用机理和潜力进行了广泛研究，并开发了一系列电磁搅拌新技术、新装备。连铸电磁搅拌技术的应用促进了高效优质连铸技术的进步，是20世纪60年代以来连铸技术和电磁冶金技术最重要的进展之一。连铸电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，由此强化钢液的对流、传热和传质过程，产生抑制柱状晶发展，促进成分均勻、夹杂物上浮、颗粒细化及均勻分布的热力学和动力学条件，进而控制铸坯凝固组织，改善铸坯质量。电磁搅拌按线圈产生磁场的形式可分为旋转磁场型、行波磁场型、螺旋磁场型。根据电磁场迭加原理可知，螺旋磁场实质性就是旋转磁场与行波磁场的迭加。电磁搅拌器按应用领域可分为连铸过程中的电磁搅拌器，熔炼炉、钢包中的电磁搅拌器。电磁搅拌器的工作原理是运动的导电钢水与磁场相互作用产生感应电流，载流钢水与磁场相互作用产生电磁力。电磁力作用在钢水每个体积元上，从而驱动钢水流动，进而改善钢水凝固过程中的流动、传热和迁移过程，达到改善铸坯质量的目的。结晶器电磁搅拌器是目前各种连铸机都使用的装置，由于它对改善铸坯的表面质量、细化晶粒和减少铸坯内部夹杂和中心疏松有着显著的作用，所以被特别推崇选用。它一般安装在结晶器内的下部，以便不影响液面测量装置的使用。结晶器内钢液搅拌主要形式有水平旋转磁场搅拌和垂直的由下而上的行波磁场搅拌。水平旋转磁场搅拌多用于方坯和圆坯，行波磁场搅拌多用于板坯和宽厚比较大的矩形坯。结晶器电磁搅拌可以减少表面夹杂、皮下气孔和针孔等缺陷，还能促进大量等轴晶的生成。但是，由于结晶器壁有良好的导热和导电性，使搅拌器产生的磁场衰减严重，从而使得电能利用率较低。为了解决这一问题，通常采用弥散硬化的铜合金做结晶器壁并且采用低频供电。电磁搅拌对连铸坯宏观组织有重要影响，主要包括1)改变柱状晶的生长方向，在柱状晶生长过程中对液相施加电磁搅拌，则柱状晶会改变生长方向，转向迎流一侧倾斜；2) 促进柱状晶向等轴晶转变。3)细化宏观组织，电磁搅拌具有明显的细化晶粒的作用，不论晶体的生长方式是柱状晶还是等轴晶，电磁搅拌都可以使其细化，并且在整个界面上晶粒细小、均勻。电磁搅拌从以下几个方面改善铸坯质量1)使结晶器内钢液的流动装提案有利于非金属夹杂物及气泡的上浮，降低铸坯内气泡及夹杂物的含量；2)抑制弯月面处钢水的波动，防止保护渣等外界杂志质卷入结晶器钢液内和钢液的裸露造成的钢液吸气和二次氧化；3)降低钢水的过热度，均勻液相穴内温度场，防止液面温度过高或过低带来的卷渣、结壳等现象的发生，有利于减少裂纹，提高铸坯的纯净度；4)加强液相穴内钢水的对流运动， 有利于打碎柱状晶，形成等轴晶，提高铸坯的等轴晶率，减少中心偏析、中心疏松和缩孔、改善铸坯的凝固组织；5)减轻钢液对初生凝固壳的冲刷，降低产生裂纹和拉漏的可能性，从而有利于实现快速连铸。当前，连铸电磁搅拌尚存在以下问题1)能量利用率低。在电磁搅拌技术的应用中，除了搅拌器的结构及其附属设备都比较复杂、价格高、投资较大以外，最大的问题是能量利用率低。因为在连铸电磁搅拌的情况下，气隙较大，再加上钢液在高温下电阻较大，保护绕组的结晶器不锈钢箱体和坯壳对电磁能的衰减也有一定的影响，尤其在采用结晶器内电磁搅拌的情况下，虽然铜壁有较高的导电性，但它是抗磁物质，对磁力线有很大的屏蔽作用，使得能量的利用率很低，而提高能量的利用率则涉及到搅拌器箱体和结晶器等的选材、 设计等问题。因此，如何寻找导磁能力强而导热性又好的材料取代铜，以及如何设计能量可以得到有效利用的搅拌器，都是值得深入研究和探讨的问题。2)难以适应多流铸造条件。 铝及铝合金连铸过程中，当需要铸造大截面铝锭时，往往遇到径向截面组织不均勻的情况。 但是，铝合金铸造往往采用半连续铸造，为了提高生产效率通常采用多流形式，没有足够的空间安装目前钢材连铸采用的电磁搅拌结晶器。因此，如何在多流铸造条件提供有效的电磁搅拌成为大截面铝锭生产需要解决的重要问题。从前述的分析可以看出，铝锭多流铸造对电磁搅拌装置的主要要求有1)搅拌器所占空间小；2)电磁能量利用率高；3)使用和维护方便。
技术实现思路
本专利技术提出一种适合铝合金多流半连铸过程的内置式电磁搅拌方法及装置，其原理是采用水冷铜线圈制作电磁搅拌器，采用水平旋转磁场搅拌形式，并用耐火陶瓷保护套防止铝合金熔体的侵蚀，由于电磁搅拌器放置在多流铸锭模内铝合金熔体中，其电磁能量将充分作用在铝合金熔体上，有效提高电磁搅拌作用，从而使铝合金铸锭获得截面均勻的组织。具体而言为一种内置式电磁搅拌装置，用于铝合金多流半连铸铸造，所述装置包括能水平移动的支架、安装在支架上的导杆、固定在支架上的电动机和电磁搅拌装置；电动机的输出轴与导杆相连从而控制导杆的上下移动，电磁搅拌装置固定在导杆下方，电磁搅拌装置包括耐热陶瓷保护管和内置于耐热陶瓷保护管中的电磁搅拌器，耐热陶瓷保护管的底部铺氧化铝陶瓷颗粒或镁砂层从而避免搅拌绕组对陶瓷保护管底部的冲击，电磁搅拌器是由水冷纯铜管绕制的线圈构成，铜管之间通过绝缘漆和绝缘布隔离。所述的电磁搅拌器，是指由水冷纯铜管绕制的线圈，铜管内径5 15mm，外径 8 20mm，绕制成的线圈外缘直径100 200讓，高10(Tl50mm。所述的耐热陶瓷保护管，是指采用氧化铝陶瓷制作的保护管，氧化铝陶瓷采用纳米Al2O3增韧，其内径120 220讓，外径140 250讓，高200 250讓，所述的氧化铝陶瓷颗粒或镁砂层，其粒径为10(Γ500μπι，厚度为5 10mm。所述的电磁搅拌装置固定在导杆下方，指通过固定套将水冷电磁搅拌线圈的上端固定在导杆上，通过紧固环将耐热陶瓷保护管的上端固定在导杆上。所述的一种内置式电磁搅拌装置的使用方法，其特征在于将电磁搅拌装置置于多流铸锭模的铸锭孔中的铝熔体中，通过支架的水平移动使得电磁搅拌装置位于铝熔体的中部，通过电动机控制导杆的上下移动使得电磁搅拌装置的上端高出铝熔体的液面，控制电磁搅拌的磁场频率和强度，开始电磁搅拌，边搅拌边浇注铸锭，当铸锭浇注到指定长度后，将电磁搅拌器从多流铸锭模中取出，冷却后待用。所述的电磁搅拌的磁场为0. 3^3. OHz的水平旋转磁场，搅拌过程中搅拌电流控制在 100 300A。所述的通过电动机控制导杆的上下移动使得电磁搅拌装置的上端高出铝熔体的液面，是指将采用耐热陶瓷保护套保护的电磁搅拌器放置到多流铸锭模的铸锭孔中的铝熔体中，且保证耐热陶瓷保护套上端高出铝合金熔体的液面l(Tl5mm。由于水冷线圈不直接与铝熔体接触，有效避免了电磁搅拌器对铝熔体的污染，同时，本专利技术提出的方法还具有如下优势1、适应性强，可以灵活配置使用；2、结构紧凑，使用所需要的空间小，安装方便；3、电磁效率高，由于电磁搅拌器完全在铝熔体中，除了让熔体产生搅拌作用外，其余能量较直接传递给熔体，因此能量的使用效率较高。附图说明图1为内置式电磁搅拌装置在多流铸锭模中的使用状态示意图，其中1为电动机， 2为导杆，3为支架，4为电磁搅拌装置，5为铝熔体，6为铝铸锭，7为多流铸锭模，8为铸锭孔；图2为电磁搅拌装置结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，赵玉涛，张松利，张振亚，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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