一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置及方法制造方法及图纸

一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，包括结晶器、热顶、感应线圈、双层冷却水通道、油气环和石墨环；特征在于：热顶外面环绕有感应线圈，在热顶出口处与石墨环之间设置油气环，油气环上开有进油孔和进气孔，进油孔和进气孔可以通过结晶器上的油通道和气通道从结晶器外向结晶器里通入油和气体；气膜快速连铸时，向油气环中通入润滑油和气体；通过感应线圈施加磁场，将合金在浇注温度开始浇注。本发明专利技术可以显著提高铸锭的表面质量和内部冶金质量，提高拉坯速度，提高生产率。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金
，特别涉及一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置及方法。技术背景气膜连铸技术是通过结晶器内壁与铸坯凝壳之间形成一层气膜，使结晶器内壁与铸锭处 于软接触状态，不但减小了铸坯与结晶器之间的摩擦，提高了表面质量。现有技术中，有两 种方式可以在结晶器与铸坯之间形成气膜， 一种是美国的AIRSLIP连铸技术，另一种是德国 的AIRSOL VEIL连铸技术，两种技术的不同之处在于前者通过一种高质量的多孔石墨环将 油气注入结晶器内壁，而后者则是通过热顶与石墨环之间的缝隙将油气注入。国外的两种技 术都已经应用到了实际生产之中，并有成套设备在世界各国推广使用。但是连铸设备中的结 晶器作为核心设备，其结构一直属于机密技术，现有文献《The airslip casting mold-an established technology》(J. R Faunce， Light metals 1985)及《Improved technology of the AIRSOL VEIL billet casting system》(W. Schneider, Light Metals 1994)中只能看到其结构简图。国内专利CN1621179《铝合金气膜连铸结晶器》，文献《软接触气膜连铸的实验研究》(罗 鸿博等，上海大学学报，2002年，8巻第5期)均对气膜连铸技术有详尽介绍，但是国内气 膜铸造技术要么还在实验阶段，要么采用多孔石墨环，多孔石墨环价格昂贵，加工困难，且 容易在连铸过程中因润滑油的碳化而将孔堵塞，影响铸坯质量。现有技术由于受到气膜稳定性的影响，两种技术的拉坯速度较传统热顶铸造没有明显提 高，快速高效的连铸技术一直是冶金工作者的追求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置 及方法。本专利技术的气膜快速连铸装置包括结晶器、热顶、感应线圈、双层冷却水通道、油气环和 石墨环。其中热顶外面环绕有感应线圈，在热顶出口处与石墨环之间设置油气环，油气环上 开有进油孔和进气孔，进油孔和进气孔可以通过结晶器上的油通道和气通道从结晶器外向结 晶器里通入油和气体；油气环和石墨环的外面连接结晶器，结晶器在与石墨环连接处的下部 设有双层冷却水通道，上层冷却水通道与结晶器壁之间夹角为45° ~60° ，下层冷却水通道 与结晶器壁之间的夹角为25° ~35° 。本专利技术的油气环上的进油孔和进气孔是在油气环的两个端面均匀分布的切口，其中上方 的切口为进气孔，下方的切口为进油孔，每个进油孔在上方的两个进气孔之间。本专利技术釆用的油气环材质为奥氏体不锈钢。 本专利技术的方法为在熔化炉中熔炼所选合金，温度为比浇注温度过热5(TC 80'C，进行常规净化处理，静 置保温。在连铸时，采用本专利技术的气膜快速连铸装置，向油气环中通入润滑油和气体，润滑 油压力为0.5 4Mpa，气体压力为1 9Kpa;并在冷却水通道通入冷却水，冷却水压力在0.2Mpa 以上，通过感应线圈施加磁场，磁感应强度为0.01-0.2T;将引锭头升至石墨环出口处，将合 金冷却至浇注温度开始浇注，在浇注过程中严格控制液体流量和液位高度，以免影响油气膜 的稳定性；在初始阶段，熔体受到的冷却较弱，凝壳较薄，为了避免拉漏事故的发生，连铸 速度要慢，逐步提高拉坯速度，同时调节油气流量，直至到达所要求的速度，进入稳定连铸 阶段。本专利技术在热顶出口处与石墨环之间设置油气环，利用线切割技术在油气环端面切有 0.1~0.2mm的切口，润滑油和气体通过油气环注入结晶器，铸造过程中在铸坯与结晶器之间 形成一层气膜，气膜对熔体有约束作用，避免铸坯与结晶器内壁之间接触。油气环是保证气 膜连续性和稳定性的关键所在，油气环上面通气，下面通油，油、气均有自己独立通道，在 结晶器内汇合形成油气膜。较窄的缝隙保证了油气膜的均匀性和稳定性，且具有加工方便， 不易堵塞等特点。结晶器内安装有石墨环，石墨环与结晶器过盈配合，润滑油与气体通过在 石墨环与热顶之间的油气环进入结晶器内腔，使铸造过程中石墨环与铸坯之间形成气膜，减 少铸坯与结晶器内壁之间的摩擦，提高铸坯的表面质量。本专利技术采用双流冷却，而且冷却水的喷水角度不同，上层冷却水与铸坯之间夹角为45。 ~60° ，下层水与铸坯之间的夹角是25。 ~35° ，由于气膜铸造与常规的DC铸造不同，熔体 基本不与结晶器壁接触，所以来自于结晶器壁的第一次冷却很弱，初凝壳形成位置点降低。 为了縮短了结晶器的有效冷却长度(喷水点至热顶端口的距离)，加大了第一层冷却水的角度; 同时，双层冷却水的使用，强化了铸坯的二次冷却(即冷却水冷却)，使初凝壳厚度增加，这 不但可以保证铸锭表面的稳定，提高铸锭表面质量，同时也可以提高铸锭的冷却速度，液穴 平直，提高铸锭内部冶金质量，更重要的是在提高铸坯的表面质量和内部质量的同时，可以 提高铸造速度，提高生产率。本专利技术结晶器上施加静磁场，当液态金属在结晶器内流动时，如果流动的金属熔体切割 了磁力线，则在液态金属中产生感生电流，感生电流与恒稳磁场的交互作用又在液态金属中 产生与流动方向相反的洛仑兹力，从而使液态金属的流动受到控制，液体金属的流动速度越 高，其横向(垂直于结晶器中心线)的分量越大，则洛伦兹力越强，流动的阻力越大，所以可以显著地抑制浇入的液态金属对液态金属和铸锭表面的冲击，确保结晶器内的液态金属周 向的压力稳定和初凝壳的稳定。由于气膜铸造时第一次冷却较弱，初凝壳形成很晚，所以避 免液态金属对结晶器壁附近的熔体的冲击和初凝壳的冲击，即可以保证获得高表面质量的铸 锭，又可以提高铸造速度。本专利技术的气膜快速连铸装置及方法，可以保证铸锭圆周上的气膜均匀、稳定；设置双流 冷却，提高第二次冷却强度，同时施加静磁场、抑制熔体的横向冲刷、保证熔体周向压力的 稳定，该技术可以显著提高铸锭的表面质量和内部冶金质量，提高拉坯速度，提高生产率。 附图说明图1为本专利技术的静磁场作用下的气膜快速连铸装置应用示意图。图中，1、热顶，2、感 应线圈，3、进气孔，4、进油孔，5、双层冷却水通道，6、油气环，7、石墨环，8、结晶器， 9、熔体，10、铸坯，11、引锭头。图2为本专利技术的油气环切口结构示意图。图3为传统热顶铸造和本专利技术的气膜快速连铸制备的铸锭表面质量对比图，其中a、传 统热顶铸造制备的铸锭表面质量，b、本专利技术的气膜快速连铸方法制备的铸锭表面质量。图4为传统热顶铸造和本专利技术的气膜快速连铸制备的铸锭表面偏析层厚度对比图，其中 a、传统热顶铸造制备的铸锭表面偏析层厚度，b、本专利技术的气膜快速连铸方法制备的铸锭表 面偏析层厚度。具体实施方式 实施例1气膜快速连铸装置如图1所示，热顶外面环绕有感应线圈，在热顶出口处与石墨环之间 设置油气环，其材质为奥氏体不锈钢，油气环上开有进油孔和进气孔，进油孔和进气孔可以 通过结晶器上的油通道和气通道从结晶器外向结晶器里通入油和气体；油气环和石墨环的外 面连接结晶器，结晶器在与石墨环连接处的下部设有双层冷却水通道，上层冷却水通道与结 晶器壁之间夹角为60。，下层冷却水通道与结晶器壁之间的夹角为30。。本专利技术的油气环如图2所示，进油孔和进气孔是在油气环的两个端面均匀分布的切口， 其中上方的切口为进气孔，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，包括结晶器、热顶、感应线圈、双层冷却水通道、油气环和石墨环；特征在于：热顶外面环绕有感应线圈，在热顶出口处与石墨环之间设置油气环，油气环上开有进油孔和进气孔，进油孔和进气孔可以通过结晶器上的油通道和气通道从结晶器外向结晶器里通入油和气体；油气环和石墨环的外面连接结晶器，结晶器在与石墨环连接处的下部设有双层冷却水通道。

【技术特征摘要】
1、一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，包括结晶器、热顶、感应线圈、双层冷却水通道、油气环和石墨环；特征在于热顶外面环绕有感应线圈，在热顶出口处与石墨环之间设置油气环，油气环上开有进油孔和进气孔，进油孔和进气孔可以通过结晶器上的油通道和气通道从结晶器外向结晶器里通入油和气体；油气环和石墨环的外面连接结晶器，结晶器在与石墨环连接处的下部设有双层冷却水通道。2、 根据权利要求1所述的一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，其特征在于所述的 双层冷却水通道的上层冷却水通道与结晶器壁的夹角为45° ~60° ，下层冷却水通道与结晶 器壁之间的夹角为25。 35° 。3、 根据权利要求1所述的一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，其特征在于所述油 气环的材质为奥氏体不锈钢，其进油孔和进气孔是在油气环的两个端面均匀分布的切口，其 中上方的切口为进气孔，下方的切口为进油孔。4、 根据权利要求1所述的一种静磁场作用下的气膜快速连铸装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔建忠，屈福，赵志浩，左玉波，张海涛，朱庆丰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]