一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量的方法和装置属于金属材料制备技术领域。本发明专利技术是在开缝式外结晶器外侧设置中、高频电磁线圈，铸造过程中始终保持液面与线圈的中心面平齐，误差不超过±５ｍｍ；同时在内结晶器内侧冷却水套内放置低、工频外凸式磁场发生器，使其位于初始凝固坯壳附近。其优点是：（１）解决了因结晶器振动而引起的表面振动痕，消除了空心管坯内外表面的偏析瘤以及裂纹等缺陷，表观质量好；（２）凝固组织均匀性好，晶粒细小，铸态下可直接进行轧制；（３）内结晶器中放置外凸式磁场发生器可以简化磁场发生器的设计，节省工业化操作空间，此方法尤其有利于大口径空心管坯的生产。本方法适用于各种合金空心管坯的生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料制备
，特别涉及到空心金属管坯的制备。
技术介绍
无缝金属管材的产量和质量主要取决于空心管坯的生产。目前生产空 心金属管坯的方法主要有两种 一种是穿孔法，主要工艺为金属液经连铸 获得铸坯，铸坯冷却、加工，然后再经加热穿孔而得到空心金属管坯，空 心金属管坯经轧制或冷拔后得到无缝金属管材。虽然穿孔法工艺比较成熟 并广泛用于空心金属管坯的制备，但其效率低、能耗大的缺点也是显而易 见的，特别是对于某些高合金钢及异形空心金属管坯的制备较为困难，穿 孔过程中易产生内折、裂纹、分层等缺陷，且有时不得不钻孔。另一种方 法是水平离心铸造法，该工艺是将金属液直接浇注入离心铸型，在旋转的 铸型内凝固，可以直接得到空心金属管坯。但是该法生产的管坯内部质量 差，晶粒粗大，导致管坯的强度低、塑性差，更主要的是因为由于在离心 铸造时涂料镶嵌在铸管内导致无法直接进行轧制。空心管坯连铸技术被认 为是管材生产更深层次的近终形技术，其生产效率要远高于上述两种方法， 金属的利用率更好，近年来在铜加工领域逐步开始应用，例如，空调冷凝 管大多使用水平连续铸造空心管坯经行星轧制(或盘拉)工艺制成，受到 广泛的关注。连续铸造空心管坯的质量决定了管材的质量，为了获得高质量的空心 管材，2002年公开的专利02109370.9提出了一种空心金属管坯电磁连续铸 造的方法，其特征在于在空心金属管坯连续铸造过程中，在外结晶器的外 侧设置低(工)频搅拌磁场发生器和中(高)频电磁线圈，或者在外结晶 器外侧同时施加由低(工)频搅拌磁场发生器和中(高)频电磁线圈产生 的复合电磁场，其特点是工艺简单，显著降低了空心管坯的生产成本，而 且所制备的空心管坯壁厚均匀，表观质量好，凝固组织周向均匀性好，晶 粒细小，在铸态下可直接进行轧制。但是，采用该种方法进行大口径空心 管坯生产时，所需电磁场的设备庞大，制备成本高。2006年《中国有色金属学报》刊登的文章空心管坯的异相位电磁连 铸提出了在铝合金空心管坯连续铸造过程中在内外结晶器中各放置一个 工频约束电磁线圈，内外电磁线圈的相位相差90。。该方法能够有效的改 善管坯的表面质量，但是对凝固组织的改善不明显。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种施加复合交变电磁场的垂直半连铸高质 量大口径空心管坯的改善连铸空心管坯质量的方法和装置。本专利技术的技术解决方案为，通过将金属熔体6浇注在一个由外结晶器 3和内结晶器5所构成的型腔内，并同时在外结晶器3外侧设置中、高频 电磁线圈4，在内结晶器5内放置低、工频外凸式磁场发生器7，从而制备 的大口径空心管坯9不仅具有良好的表观质量，而且内部凝固组织晶粒细 小，周向均匀性好，其性能可保证在铸态下直接进行轧制形成空心金属管 材。在外结晶器3外侧设置的中、高频电磁线圈4，使金属熔体6液面与 线圈4中心面平齐，误差不超过mm，主要实现软接触连续铸造； 在内结晶器5内放置低频、工频外凸式磁场发生器7，使其位于初始凝固 坯壳附近，目的是产生电磁驱动力，促使金属熔体产生强制流动。电磁线 圈4的频率范围为中频1000-9000Hz或高频10000-200000Hz，功率范围为 20-80kW。由于施加线圈的频率较高，考虑到导体表面存在集肤效应，对 于传统结晶器来说，磁场不能够有效的作用于金属熔体上，因此本专利技术采 用水冷开缝式外结晶器3。内置外凸式磁场发生器7的频率范围为3-60Hz， 功率范围为l-6kW。在操作过程中，首先将底模11置入水冷开缝式外结晶 器3内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态，将金属熔体6 浇入由水冷开缝式外结晶器3和内结晶器5形成的空腔内，同时启动中、 高频电磁线圈4和内置外凸式磁场发生器7的电源，以一定的拉坯速度拉 动底模ll，从而获得优质的连铸空心管坯9。本专利技术具有以下优点和效果1、在外结晶器外侧设置中、高频电磁 线圈，线圈产生的电磁压力能够减轻了金属液与外结晶器壁之间的接触压 力，从而减轻了铸坯表面的振动痕，并同时改善了管坯内外表面的偏析瘤等缺陷，提高了铸坯的表面质量。2、在内结晶器内放置低、工频外凸式磁 场发生器，能够强制金属熔体流动，有利于促进柱状晶向等轴晶的转变以 及晶粒的细化，从而获得晶粒细小的空心管坯，提高了管坯的凝固组织。3、 在内结晶器内放置低、工频外凸式磁场发生器能够消除由于在外结晶器侧 设置中、高频线圈而引起的横向和纵向裂纹等缺陷。4、在内结晶器内侧放 置搅拌磁场发生器可以大大节省空心管坯连铸过程的操作空间，而且搅拌 磁场发生器的制造成本也大大减少了。此种施加复合交变磁场的方法尤其 适用于大口径空心管坯的生产。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。 图1是本专利技术的空心金属管坯电磁连续铸造原理结构示意图。 '图中，l.冷却水，2.固定架，3.水冷开缝式外结晶器，4.中、高频电 磁线圈，5.内结晶器，6.金属熔体，7.工频、低频外凸式磁场发生器，8. 冷却水套，9.凝固坯壳，10. 二冷水喷口， ll.底模。 具体实施例方式实施例1通过在内结晶器(5)内放置工频行波磁场发生器(7)，制备-180 x20mm 的铝合金管坯，具体步骤如下步骤l:外凸式行波磁场发生器的准备外凸式行波磁场发生器7采用三极对线圈，电流频率为50Hz，相位角 为120° ，电源功率为l一3kW。将外凸式行波磁场发生器7放置在内结晶 器5内，使每个线圈的外侧与内结晶器内侧的间距为20mm，位于空心管 坯的初始凝固坯壳9附近。步骤2:铝合金坯料熔化采用电阻炉将铝合金坯料熔化至720-730°C，精炼，除气、除渣后保 温待用。步骤3:空心管坯电磁连续铸造将底模11置入由外结晶器3和内结晶器5所构成的型腔内，检查冷 却系统并保证其处于正常工作状态后，将700-710'C的铝合金液6浇入型腔内，启动外凸式行波磁场发生器7电源，以0.8m/min的速度拉动底模11。 当铸造管坯9达到要求长度时，停止浇注铝合金液6，切断电源，关闭冷却系统，停机。步骤4:质量检査在空心管坯中部切取一段式样，将断面抛光、腐蚀后观察金相组织， 与不施加行波磁场的管坯相比，不但凝固组织周向均匀性显著提高，而且 凝固组织的晶粒明显细化。实施例2通过在内结晶器5内放置工频旋转磁场发生器7，制备一SOxSOwm的 铝合金管坯，具体步骤如下步骤l:外凸式旋转磁场发生器的准备外凸式旋转磁场发生器7采用三极对线圈，电流频率为50Hz，相位角 为120° ，电源功率为l一3kW。将外凸式旋转磁场发生器7放置在内结晶 器5内，使每个线圈的外侧与内结晶器内侧的间距为20mm，位于空心管 坯的初始凝固坯壳9附近。步骤2:铝合金坯料熔化采用电阻炉将铝合金坯料熔化至720-730°C，精炼，除气、除渣后保 温待用。步骤3:空心管坯电磁连续铸造将底模11置入由外结晶器3和内结晶器5所构成的型腔内，检查冷 却系统并保证其处于正常工作状态后，将700-71(TC的铝合金液6浇入型 腔内，启动外凸式旋转磁场发生器7电源，以0.8m/min的速度拉动底模11。 当铸造管坯9达到要求长度时，停止浇注铝合金液6，切断电源，关闭冷却系统，停机。步骤4:质量检查在空心管坯中部切取一段式样，将断面抛光、腐蚀后观察金本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量的装置，其特征在于，本专利技术是在开缝式外结晶器（３）外侧设置中、高频电磁线圈（４），铸造过程中始终保持金属熔体（６）液面与电磁线圈（４）的中心面平齐；同时在内结晶器（５）内侧冷却水套（８）内放置低频、工频外凸式磁场发生器（７），使其位于初始凝固坯壳附近。
【技术特征摘要】
1.一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量的装置，其特征在于，本发明是在开缝式外结晶器(3)外侧设置中、高频电磁线圈(4)，铸造过程中始终保持金属熔体(6)液面与电磁线圈(4)的中心面平齐；同时在内结晶器(5)内侧冷却水套(8)内放置低频、工频外凸式磁场发生器(7)，使其位于初始凝固坯壳附近。2. 使用权利要求1所述的一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量 的装置进行铸造的方法，其特征在于，首先将底模(11)置入水冷开缝式外 结晶器(3)内的空腔，检査冷却系统并保证其处于正常工作状态，将金属 熔体(6)浇入由水冷幵缝式外结晶器(3)和内结晶器(5)形成的空腔内， 同时启动中、高频电磁线圈(4)和内置外凸式磁场发生器(7)的电源， 以一定的拉坯速度拉动底模(11)，从而获得优质的连铸空心管坯(9)。3. 根据权利要求2所述的一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量 的方法，其特征在于，在内结晶器(5)内放置外凸式行波磁场发生器(7)，其 电流频率为3-60Hz，并将其放置在连铸坯(9)的初始凝固坯壳附近。4. 根据权利要求2所述的一种施加复合交变电磁场改善连铸空心管坯质量 的方法，其特征还在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李廷举，曹志强，张琦，王同敏，金俊泽，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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