一种施加复合场改善水平连铸坯质量的方法和装置属于金属材料制备技术领域，特别涉及到金属铸坯水平连铸过程中施加复合电磁场和超声场的工艺技术。本发明专利技术的技术特征是在保温炉底部中心设置惰性气体发生装置，同时在保温炉侧部设置行波磁场发生装置，在保温炉靠近水口处设置功率超声设备，在结晶器外侧设置约束电磁线圈。其优点是：１．生产工艺简单，操作简便，生产效率高；２．解决了由夹杂物和气孔较多而引起的铸坯轧制、拉拔过程中易于断裂的缺陷；３．铸坯凝固组织均匀性好，晶粒细小，铸态下可直接进行轧制。主要适用于金属连续铸造领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料制备
，特别涉及到金属连续铸造。技术背景目前我国已跃居世界金属材料生产第一位，但是同发达国家相比，仍存在 优质材料生产能力低，能耗大、环境污染严重，基础研究和新技术开发跟不上 等问题，直接制约了我国经济和相关技术的发展。提高我国的金属材料质量，减少能耗，是对我国冶金业提出的新要求和挑战。我国的连铸比已超过90%。 但是，现有连铸坯的表面振动痕、裂纹、偏析、内部夹杂等缺陷使其不能满足 现代工业对优质铸坯的需求；也妨碍连铸连轧生产工艺的应用。水平连铸技术 逐渐被视为制备高质量铸坯的连铸方式，尤其适于近终形连铸，其设备结构简 单、重量轻、投资少、但水平连铸也存在着铸坯周向组织不均匀、夹杂不易去 除、内部存在縮孔疏松、表面质量有待改善、溶质元素偏析等缺点。近年来有很 多研究致力于改善水平连铸坯质量，希望得到的铸坯能直接用于后续的轧制和 拉拔等工艺。.例如，为了获得高质量的水平连续铸造坯料，2007年公开的专利 200510032537.7提出了一种铸坯水平连铸电磁搅拌方法，在该工艺中，不考 虑结晶器电磁搅拌，而是在结晶器后回温区布置二冷区电磁搅拌器，达到 扩大铸坯等轴晶区的目的，再加凝固末端电磁搅拌，以改善铸坯的成分偏 析、中心裂纹、分层等组织缺陷，提高铸坯中心等轴晶率。但是，该种方 法对铸坯凝固组织的改善，对铸坯中夹杂物去除效果有限，所需电磁场的 设备庞大，制备成本高。2006年申请人所在的课题组在《Ultrasonics Sonochemistry》刊登的文 章Study of ultrasonic melt treatment on the quality of horizontal continuously castAl-l%Si alloy中提出了在水平连铸装置保温炉内施加功率超声的方 法。该方法可以提高保温炉内熔体均匀性，改善铸坯表面质量，抑制熔体 偏析，但是单独施加超声场作用范围和效果有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同时施加电磁场和超声场的施加复合场改善 水平连铸坯质量的方法和装置。 .本专利技术的原理是，1. 在水平连铸装置保温炉底部中心设置惰性气体气泡发生装置，同时 在保温炉外侧设置行波磁场发生装置，可以有效的去除保温炉内金属熔体中 的气体和夹杂物，去除效率高。金属熔体中气体分子在惰性气体气泡中的分 压为零，因此在惰性气体气泡上浮的过程中，气体分子从熔体中向气泡扩散， 同时，金属熔体中的夹杂物颗粒也可以吸附在气泡上，随其一起上浮，从而达 到了去除熔体中的气体和夹杂物的目的，但是由于此种方法惰性气体气泡较大， 上浮速度快，使得气体扩散时间短，夹杂物与气泡碰撞几率小，气体和夹杂物 去除效率较低。行波磁场可以在金属熔体中产生强制对流，将惰性气体气泡打 碎，使其更加均匀细小，以螺旋方式上浮，增大了其行程和上浮时间，从 而有利于金属熔体中气体充分向惰性气体气泡扩散。夹杂物与惰性气体气 泡碰撞的几率大大增加，夹杂物去除效果好。2. 在水平连铸装置保温炉靠近水口处设置功率超声装置，功率超声与 金属熔体相互作用可产生空化效应和声流效应。空化效应可在金属熔体中 产生许多空化泡，气体从金属熔体向空化泡扩散，空化泡逐渐长大，当气 泡足够大时其上浮至金属液表面，达到去气目的，同时金属熔体中夹杂物 颗粒一方面吸附在气泡表面，随气泡上浮，另一方面，空化和声流效应增 大了夹杂物之间的碰撞几率，使其聚集长大而上浮。空化和声流效应可以 在熔体内产生搅动，使熔体温度均匀化，提高液态金属的形核率，从而改 善铸坯表面质量，细化了铸坯晶粒组织，抑制铸坯溶质偏析。3. 水平连铸装置结晶器外侧放置一个约束电磁线圈，线圈产生的电磁 压力能够减轻金属液与结晶器壁之间的接触压力，从而减轻了铸坯表面的 振动痕，改善铸坯表面质量，同时金属液在电磁场的作用下进行强迫对流， 增大了晶粒形核率，并可将已生长枝晶打碎，使得凝固组织细化，铸坯溶质 偏析得到抑制。本专利技术的技术解决方案是，在保温炉4底部中心位置设置惰性气体气泡 发生装置12，同时在保温炉4侧部设置行波磁场发生器5，在保温炉4靠近铸造口处设置功率超声工具头3，在结晶器7外侧设置约束电磁线圈18。将制备 好的金属液6浇注到水平连铸装置保温炉4中，打开保温炉4底部中心位置惰 性气体气泡发生装置12的开关，同时接通设置在保温炉4外侧的行波磁场发生 器5的电源，吹气一段时间，关闭惰性气体气泡发生装置12的开关，关闭行波 磁场发生器5的电源，启动功率超声装置电源2，当金属液6达到一定温度后， 打开设置在约束电磁线圈10外侧的一冷水套11的开关，接通设置在结晶器7 外侧的约束电磁线圈IO的电源，接通牵引装置9的电源，打开设置在结晶器7 前方的二冷水套8的开关，从而获得质量优异的金属铸坯。 步骤是1. 在电阻炉中，熔化金属液；2. 将金属液浇注到水平连铸保温炉4中，打开保温炉4底部中心位置惰性 气体气泡发生装置12的开关，吹气时间为5-20min，流量为l-3L/min，同时接 通设置在保温炉4外侧的行波磁场发生器5的电源，行波磁场频率为10-60Hz， 功率为l-3kw;3. 启动功率超声装置电源2，超声频率为10-30kHz，超声功率为100-1000W， 工具头3的材料为不锈钢或陶瓷，工具头3浸入金属液6深度为10-30mm，工 具头3材料为不锈钢时，表面涂镀2pm的TiN膜，当金属液6的温度为700-75(TC 时，打开设置在约束电磁线圈IO外侧的一冷水套11的开关，接通设置在结晶 器7外侧的约束电磁线圈IO的电源，电源频率为10-70Hz，约束电磁线圈通过 电流大小为40-120A;接通牵引装置9的电源,牵引速度为60-140mm/min，打开设置在结晶器7'前 方的二冷水套8的开关，冷却水流量为30-60L/h;本专利技术具有以下优点和效果1、在水平连铸装置保温炉底部中心设置惰性气体气泡发生装置，同时在保温炉外侧设置行波磁场发生装置可以在保 温炉内产生强制对流，将气泡打碎，增大了其行程和上浮时间，有效的去除保温炉内金属熔体中的气体和夹杂物。2、在水平连铸装置保温炉靠近水 口处设置功率超声装置，由于超声空化和声流作用，使水口处熔体温度均 匀化，金属形核率增大，抑制铸坯溶质偏析，改善铸坯表面质量，可以去除 铸坯中气体和夹杂物。3、水平连铸装置结晶器外侧设置一个约束电磁线圈，线圈产生的电磁压力能够减轻金属液与结晶器壁之间的接触压力，对 金属液产生搅拌作用，从而减轻了铸坯表面的振动痕，改善铸坯表面质量， 细化凝固组织，抑制铸坯溶质偏析。 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是本专利技术的复合场水平连铸金属坯料原理结构示意图。图中，l.功率超声换能器，2.功率超声电源，3.功率超声工具头，4:保 温炉，5.行波磁场发生器，6.金属液，7.结晶器，8.二冷水套，9.牵引杆， IO.约束电磁线圈，ll.一冷水套，12.惰性气体气泡发生装置。具体实施方式通过在结晶器7外侧设置工频约束电磁线圈10，同时在保温炉4底部中 心设置惰性气体气泡发生装置12，在保温炉4侧部设置行波磁场发生器5，在 保温炉4靠近铸造口处设置功率超声设备7，制备O)lOmm的Al-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种施加复合场改善水平连铸坯质量的装置，其特征在于，在保温炉（４）底部中心位置设置惰性气体气泡发生装置（１２），同时在保温炉（４）侧部设置行波磁场发生器（５），在保温炉（４）靠近铸造口处设置功率超声工具头（３），在结晶器（７）外侧设置约束电磁线圈（１８）。
【技术特征摘要】
1.一种施加复合场改善水平连铸坯质量的装置，其特征在于，在保温炉(4)底部中心位置设置惰性气体气泡发生装置(12)，同时在保温炉(4)侧部设置行波磁场发生器(5)，在保温炉(4)靠近铸造口处设置功率超声工具头(3)，在结晶器(7)外侧设置约束电磁线圈(18)。2. 使用根据权利要求1所述的一种施加复合场改善水平连铸坯质量的装置 进行的水平连铸方法，其特征在于，将制备好的金属液(6)浇注到水平连铸装 置保温炉(4)中，打开保温炉(4)底部中心位置惰性气体气泡发生装置(12) 的开关，同时接通设置在保温炉(4)外侧的行波磁场发生器(5)的电源，.吹 气一段时间，关闭惰性气体气泡发生装置(12)的开关，关闭行波磁场发生器(5)的电源，启动功率超声装置电源(2)，当金属液(6)达到一定温度后， 打开设置在约束电磁线圈(10)外侧的一冷水套(11)的开关，接通设置在结 晶器(7)外侧的约束电磁线圈(10)的电源，接通牵引装置(9)的电源，打 开设置在结晶器(7)前方的二冷水套(8)的开关，获得质量优异的金属铸坯。3. 根据权利要求2所述的一种施加复合场改善水平连铸坯质量的方法，其 特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李廷举，李喜孟，张忠涛，曹志强，温斌，王同敏，谭家隆，
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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