一种不等宽缝隙的电磁铸型和利用该铸型进行铸造的方法技术

铸造领域的一种用不等宽缝隙电磁铸型的连续铸造方法，铸型特征：距铸型上端面１０－３０ｍｍ处开设多个不等宽缝隙电磁铸型（４）的缝隙结构，其下半部为等宽缝隙（７），上半部是长为５０－８０ｍｍ的不等宽缝隙（１１）；铸造方法特征：铸型外侧设有其上端面与液面（１０）处于同一水平面的高频线圈（６）；对应直浇道（９）出口处设有电磁铁（５）；铸型出口处设有低频搅拌线圈（３）；铸造中保持液面与高频线圈上端面高度误差±１０ｍｍ。优点：（１）节电１７％，（２）降低粗糙度４３％，（３）提高等轴晶比率２６％。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到金属电磁连续铸造的铸型和铸造方法，属于金属铸造领域。液体金属的电磁连续铸造是近十年发展起来的一种先进铸造方法，由于它能极大地提高连铸坯的质量，所以被认为是21世纪金属成形的新方法。电磁连铸是于电磁铸型外侧设置通有交流电的电磁线圈，电磁线圈中的交变电流在电磁铸型内形成交变磁场，并在金属液中诱导出感应电流，带有感应电流的金属液在交变磁场中受到从电磁铸型壁指向中心的电磁力的作用，使其在铸造过程中保持离开型壁，即使金属液面不随电磁铸型上下振动而变形，消除因铸型振动引起的种种缺陷，改善连铸铸坯表面质量的铸造方法。依据这一原理，人们首先是采用在连铸铸型外设置通有工频交流电的电磁线圈方法，取得了一定的效果；但是，工频交流电易使液体金属内会产生搅拌流，形成铸造缺陷。因此，铸型结构和施加磁场的方式成为实现电磁连铸至关重要的问题。1994年日本住友金属公司在JP06277803专利中提出了施加复合电磁场的电磁连铸方法。为了使3.4kHz的中频磁场能穿透金属铸型作用于液体金属，提出了铸型壁上均匀地开设等宽缝隙的电磁铸型，并在中频线圈的外侧设置磁石，以便减轻液面流动，保持液面安定的技术方案，已成为现有技术中的典型。该技术改善了铸坯的表面质量。但是，仍然存在着以下不足①由于现有技术使用等宽缝隙电磁铸型，所以进入铸型内的磁场较少，浪费电能，②由于采用螺旋式电磁线圈会使电磁铸型内的磁场分布不均匀，而引起金属液面不安定，影响铸坯表面质量，③铸坯内部组织等轴晶比率低，并有疏松和夹杂等铸造缺陷。本专利技术的目的就是要克服现有技术存在的(1)电磁铸型内磁场强度低，磁场分布不均匀，(2)铸坯中心部等轴晶比率少、缩松等铸造缺陷的不足，并在保证铸坯表面质量的基础上，提出一种能增加电磁铸型内磁场强度，使磁场分布均匀，增加等轴晶比率，获得高质量连铸坯的的技术解决方案。上述现有电磁连铸存在的不足主要原因是，由于电磁铸型设计不合理和晶粒细化措施不当所致。具体分析如下在电磁连续铸造过程中，电磁线圈产生的电磁场必须透过电磁铸型才能对液态金属起作用。但是，一般来说，电磁场通过导体时会引起强度衰减，可用下式表示H＝H0exp(-z/δ)exp(j(ωt-z/δ)) (1)H0是导体表面磁场强度的振幅，H是铸型内部的磁场强度，j是电流密度，z是从导体表面到导体内的距离，δ是磁场的渗透深度。所以，高频电磁场不能穿透铜制电磁铸型进入铸型内，只能通过型壁的缝隙对液体金属起作用。因此，电磁铸型的缝隙越宽，铸型内磁场强度越大，电源的效率越高。由于螺旋式高频线圈磁场分布的不均匀性，若型壁上开设等宽缝隙，则电磁铸型内沿铸造方向形成不均匀的磁场分布，这种不均匀的磁场分布将产生不均匀的电磁力，容易引起金属液流动，形成铸造缺陷。用直浇道浇注时，流出直浇道液体金属的流动是形成铸坯内部夹杂的主要原因，若抑制了流出直浇道液体金属的流动，可减轻杂质的卷入量，提高铸坯内部质量；液体金属在铸型中凝固时，若温度梯度大，则形成粗大的树枝晶；若在铸坯凝固过程中的某个阶段，适当增加液体金属流动，可减少铸坯金属液池内的温度梯度，并打碎了部分树枝晶，有利于形成等轴晶，减轻了疏松。本专利技术的基本构思是在电磁铸型型壁上，开设沿铸造方向或型壁厚度方向不等宽的缝隙，增加铸型内的磁场强度，并使磁场分布均匀；在电磁铸型的上半部施加高频磁场，使液体金属在缓慢冷却条件下凝固，并保持液面稳定，可改善铸坯的表面质量；若在直浇道出口处施加直流电磁场，则恒定磁场与液体金属流作用产生与流动方向相反的电磁力，可抑制流出直浇道液体金属的流动；在铸坯凝固过程中施加低频交流电磁场，则在铸坯金属液池内诱发电动势，产生感应电流，电流和磁场作用形成电磁搅拌力，可提高铸坯内部质量；铸造过程中，先将底座置入电磁铸型内，再分别接通高频线圈、直流电磁铁和低频搅拌线圈的电源，然后将感应炉中熔化的液体金属通过直浇道浇注到电磁铸型内，始终保持液面与高频线圈上端在同一水平面，最后，凝固后的铸坯在拉坯系统的作用下，随底座连续向下运动。本专利技术所提出的，其铸型主要包括内部水冷和在型壁上沿铸造方向开设多个相互平行的等宽缝隙结构，其特征在于在该电磁铸型的型壁上，距上端面10-30mm处沿铸造方向开设多个长度为150-300mm，其下半部是宽为0.3-0.6mm的等宽缝隙结构部分，其上半部是沿型壁厚度方向或者铸造方向的不等宽缝隙结构部分，由不等宽缝隙结构部分与等宽缝隙结构部分共同构成不等宽缝隙电磁铸型的缝隙结构，其中，不等宽缝隙结构部分的长度为50-80mm；不等宽缝隙其结构是在型壁内侧宽为0.3-0.6mm的等宽缝隙上半部的面上，距其型壁内侧为0-1.0mm处，沿壁厚方向开设其型壁外侧缝隙宽度为2.0-5.0mm的不等宽缝隙结构，或者是将缝隙的上半部开设成其上端头宽为1.0-2.0mm，下端头为0.3-0.6mm，沿铸造方向逐渐变窄，而型壁内外缝隙宽度相等的不等宽缝隙结构。，其连续铸造方法主要是由带缝隙的电磁铸型、液体金属、电磁线圈、浇注系统、冷却系统、拉坯系统、供电系统所构成，其特征在于在不等宽缝隙电磁铸型的外侧，于液体金属弯月面处设置有其上端面与液面处于同一水平面、频率为10-100kHz、功率为40-100kW的高频线圈；在高频线圈下方，于对应直浇道出口位置处，设置有磁感应强度为1500-2000G的直流电磁铁；在不等宽缝隙电磁铸型的出口处，设置有频率为3-60Hz、电流为100-200A的低频搅拌线圈；铸造过程中，先将底座置入不等宽缝隙电磁铸型内，开动冷却系统，再将感应炉中熔化的液体金属通过直浇道浇注到电磁铸型内，并要保持液面与高频线圈的上端面处于同一水平面，其误差应在±10mm范围之内，然后，分别接通高频线圈、直流电磁铁和低频搅拌线圈的电源，最后，启动拉坯系统，使凝固后的铸坯在拉坯系统的作用下，随底座连续向下运动，此时，应使液面与高频线圈上端面始终处在同一水平面的位置，其要求的误差范围保持不变，停止浇注时，切断电源，关闭冷却系统，停机。本专利技术适用于圆坯、方坯和板坯的电磁连铸；一般铸坯断面尺寸较小时，铸型的缝隙宽度、不等宽缝隙的长度、缝隙距铸型上端面的距离、高频线圈上端面与电磁铸型上端的距离以及施加于高频线圈的功率均应取下限值，铸坯断面尺寸较大时，则应取上限值；通过高频线圈交流电的频率从10kHz到100kHz都可以使用，频率较高时，表面质量更好，但电源效率低；铸坯断面尺寸较小时，直流电磁铁的磁感应强度和低频搅拌线圈的电流强度取下限值，低频搅拌线圈交流电的频率取上限值，否则直流电磁铁的磁感应强度和低频搅拌线圈的电流强度取上限值，低频搅拌线圈交流电的频率取下限值；铸造过程中应保持液面和高频线圈上端的距离差为±10mm，最好二者处于同一水平面。与现有技术相比本专利技术具有以下优点(1)使用本专利技术的不等宽电磁铸型铸造，在高频线圈施加相同电源功率时，铸型内金属液面处的磁感应强度增大，可以节省电力17％，(2)液面处磁场分布均匀，铸坯的表面粗造度降低43％，(3)在对应直浇道出口位置处设置直流电磁铁，减轻了铸造过程产生的夹杂，夹杂物数量从1个/100cm2降低到0.2个/100cm2，低频磁场的电磁搅拌作用，使铸坯心部等轴晶的比率提高26％，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用不等宽缝隙电磁铸型的连续铸造方法，其铸型主要包括内部水冷和在型壁上沿铸造方向开设多个相互平行的等宽缝隙［７］结构，其特征在于： 在该电磁铸型的型壁上，距上端面１０－３０ｍｍ处沿铸造方向开设多个长度为１５０－３００ｍｍ，其下半部是宽为０．３－０．６ｍｍ的等宽缝隙［７］结构部分，其上半部是沿型壁厚度方向或者铸造方向的不等宽缝隙［１１］结构部分，由不等宽缝隙结构部分与等宽缝隙结构部分共同构成不等宽缝隙电磁铸型［４］的缝隙结构，其中，不等宽缝隙［１１］结构部分的长度为５０－８０ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李廷举，金俊泽，张兴国，曹志强，姚山，郑贤淑，
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]