[发明专利]组合外场作用下大尺寸镁合金板坯连铸装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种大尺寸板坯铸锭的连铸装置及其方法。

背景技术

DC(直接水冷)铸造具有铸锭质量较好，生产率高等一系列优点，是现代镁合金加工材锭坯的主要制备方法。DC铸造的主要装置是结晶器，结晶器由内壁水箱和喷水孔组成。熔体与结晶器壁接触实现一次冷却，出结晶器后二冷水以一定的角度喷到铸锭表面，实现激冷。随着工程上对铸锭的质量要求不断提高，在原有DC铸造的基础上，人们开发了一系列新的DC铸造方法，例如为提高表面质量的热顶铸造，还有气膜铸造、汽滑铸造、低液位铸造等等，但是围绕改善铸锭内部冶金质量而开发的新技术并不多。

现代加工工业，为提高生产率和被加工钢材的质量，要求铸锭的尺寸不断增大，在我国，镁合金铸锭的厚度已接近400mm，宽度达到了800mm，形成了本项发明所说的大尺寸镁合金板坯。随着铸锭尺寸的增大，铸锭的组织粗大、合金元素的宏观偏析和裂纹的趋势增加。这些铸坯缺陷，不但降低加工材的最终性能，而且铸锭的可加工性也损伤，大大影响了成材率，从而增加了生产成本。

为了改善铸锭的冶金质量，近年来发明者开发了一种施加低频电磁场的低频电磁连铸技术以及施加超声场的超声连铸技术，这些技术在镁合金、铝合金铸锭中得到应用，显著细化了合金组织、改善了合金元素的宏观偏析和铸锭的表面质量。随着铸锭截面尺寸的增大，已超出单一场的作用极限。例如，电磁场在熔体中产生的洛伦兹力在结晶器壁处(熔体的边部)最强，然后逐渐衰减，在中部最弱，随着频率的降低，其贯穿能力增强，但是当频率降到15Hz以下时，容易产生熔体液面的波动，液面不平稳，同时在熔体中部的流动减弱，组织改善能力减低；超声场起作用的有效范围在超声杆的周围，即在结晶器内熔体的中部，向外迅速减弱，对熔体的边部作用很小，由于目前还没有大功率的产生源，所以超声场的作用范围也有限。本发明是将低频电磁场与超声场组合施加，充分利用电磁场在熔体边部作用强和超声场在熔体中部作用强的特点，开发可以显著改善镁合金大尺寸板坯铸锭的高效、经济的新技术。

发明内容

本发明提供了一种利用组合外场作用的板坯连铸装置，该装置包括结晶器和引锭块，其特征在于该装置还包括结晶器水箱内的电磁线圈、保护气体喷管、2个超声波头、导流钢管、分流盘，其中2个超声波头对称布置于结晶器内宽度中心线的两侧，距离为铸锭宽度的40-70％，超声波头的直径为30-80mm，在分流盘的四个顶角部即分流盘对角线方向的顶端各设有1个分流孔，每个分流孔的截面积为1000-3000mm²，分流盘的底盘中心位置设有导流锥，且导流锥与导流钢管上下相对，各自的中轴线在同一条垂线上。

根据本发明的一方面，板坯连铸装置中结晶器水箱内的电磁线圈的匝数为100-500匝。

根据本发明的一方面，保护气体喷管的内径为6-15mm，在保护气体喷管的下部钻直径0.5-2mm的小孔，孔的中心线与水平面成20-35°夹角，孔间距为5-30mm。

根据本发明的一方面，结晶器壳体采用低碳钢或不锈钢制造，结晶器内壁采用6061铝合金或TC4钛合金制作，超声杆用碳钢如45#钢制作，线圈由包覆绝缘膜的铜导线制作，分流盘和保护气体钢管用304不锈钢制作。

本发明还提供了一种利用组合外场作用的板坯连铸方法，其特征是该方法采用了如权利要求1所述的装置，铸锭时按如下工艺过程进行操作：

(1)设备启动：开通结晶器的冷却水和润滑油，开通保护气体，开通低频电源向电磁线圈通入电流并且启动超声波；

(2)连续铸坯：将经净化、静置后的合金液经导流钢管和分流盘分流到结晶器中，当液面达到与分流盘的上沿平齐时，启动铸造机，同时将已经启动的超声波头插入合金液面下50-100mm，铸造中控制分流盘上分流锥与导流钢管的间距以便保证铸造过程中金属液面的稳定；

(3)铸造结束：铸坯达到预定高度时，停止供给合金液，在液面低于分流盘底面时，铸造机停车，提起超声波头，取出分流盘。

(4)提取铸锭：铸锭上表面凝固后，停止电源供电、冷却水供水和保护气体供气，吊出铸锭。

根据本发明的一方面，采用的超声是连续超声，超声的频率为10-30KHz，超声的功率为3-5KW。

根据本发明的一方面，向电磁线圈通入电流的电流频率为20-35Hz，电流强度为100-500A。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

附图1和2为根据本发明的连铸装置主视图和俯视图；