[发明专利]外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法及电渣熔铸装置

权利要求书

1.一种外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：对应电渣重熔母电极熔化末端、液态渣池和金属熔池位置施加瞬变磁场，使瞬变磁场作用于电极末端初始熔化产生的正在汇聚长大的大颗金属熔滴，在瞬变磁场产生的交变洛伦兹力和压力波的复合作用下，使金属熔滴呈爆裂式分散，分解成细小的金属熔滴群，细小金属熔滴随机散入渣池中，然后穿过渣池经与渣液充分接触、洗涤后，使细小金属熔滴中的夹杂物和杂质快速进入液渣中，再缓慢沉降汇聚融入渣池下方的金属熔池，最后在结晶器外侧和底部的强制水冷下自下而上结晶凝固，形成凝固铸锭。

2.根据权利要求1所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：瞬变磁场的磁感应强度在0.1~10T；瞬变磁场由磁场感应线圈产生，向磁场感应线圈输出的瞬变电流频率为0.1~15000Hz，瞬变电压为50~2000V，占空比为0~100%；瞬变电流的波形是正弦波、方形波、锯齿波、三角波、尖峰波或阶梯波。

3.根据权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：电渣熔铸的熔炼电流由直流电源或交流电源提供，电渣熔铸的熔炼电压为10~200V，熔炼电流在100~20000A，频率0.01~2000Hz。

4.根据权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：电渣重熔过程由固态渣引弧启动或由液态渣直接启动。

5.根据权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：渣重熔母电极为单电极或多电极，或为小截面，或为大截面电极；所制备的凝固铸锭为圆形铸锭、方形铸锭、板型铸锭或异型铸锭。

6.根据权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：电渣重熔母电极的材料为黑色金属及合金、有色金属及合金、高温合金或精密合金。

7.根据权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法，其特征在于：所制备的凝固铸锭的凝固组织为全等轴晶组织、生长方向为轴向的细化枝晶组织或生长方向为轴向的细化柱状晶组织。

8.一种实现权利要求1或2所述的外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法的电渣熔铸装置，由电渣重熔装置和模铸装置结合而成，包括金属自耗电极（1）、电缆（2）、熔炼电源（9）、结晶器（13）、底电极板（6）、结晶器水冷套（8）、底电极冷却装置，熔融渣液位于所述结晶器（13）的内层铜管内腔中，形成熔融渣池（3），在熔融渣池（3）下方的金属熔体（4）的下部凝固形成铸锭（5），所述底电极板（6）的上表面直接托举铸锭（5）底部，所述金属自耗电极（1）和所述底电极板（6）皆通过所述电缆(2) 分别连接到所述熔炼电源（9）上，所述金属自耗电极（1）的底端与熔融渣池（3）相互接触，使金属自耗电极（1）、熔融渣池（3）、金属熔体（4）、铸锭（5）内的金属液芯、铸锭（5）和所述底电极板（6）依次连通形成交变电流的通路，所述结晶器水冷套（8）直接对结晶器（13）的侧壁进行冷却，所述底电极冷却装置对所述底电极板（6）进行冷却，其特征在于：在所述结晶器（13）的外围设置能施加瞬变磁场的磁场生成装置，所述磁场生成装置包括瞬变磁场线圈（10）、瞬变电流发生电源（11）和线圈升降平台（12），瞬变电流发生电源（11）向所述瞬变磁场线圈（10）输出瞬变电流（18），所述瞬变磁场线圈（10）非接触并环绕在所述结晶器（13）的外侧，对应金属自耗电极（1）熔化末端、熔融渣池（3）和金属熔体（4）位置施加瞬变磁场，使瞬变磁场作用于电极末端初始熔化产生的正在汇聚长大的大颗金属熔滴（7），在瞬变磁场产生的交变洛伦兹力（14）和压力波（15）的复合作用下，使金属熔滴（7）呈爆裂式分散，分解成细小的金属熔滴群，细小金属熔滴随机散入熔融渣池（3）中，然后穿过熔融渣池（3）经与渣液充分接触、洗涤后，使细小金属熔滴中的夹杂物和杂质快速进入熔融渣池（3）中，再缓慢沉降汇聚融入熔融渣池（3）下方的金属熔体（4），最后在所述结晶器（13）外侧的结晶器水冷套（8）和在底电极板（6）下部的底电极冷却装置的强制水冷下自下而上结晶凝固，形成凝固的铸锭（5）；

同时，由于瞬变磁场的作用，使熔融渣池（3）和金属熔体（4）内感生出感应电流（19），感应电流（19）和所述瞬变磁场线圈（10）产生的磁力线（17）相互作用，产生总体向心的洛伦兹力（14），洛伦兹力（14）对金属熔体（4）施加箍缩力，使熔融渣池（3）的渣液进入到所述结晶器（13）的内层铜管和凝固的铸锭（5）之间，形成液态润滑层；

同时，在瞬变磁场产生的交变洛伦兹力（14）和压力波（15）的复合作用下，打碎金属熔体（4）凝固界面前沿正在生长的枝晶，形成大量的晶核（16）；

所述瞬变磁场线圈（10）与所述线圈升降平台（12）的升降位移机构固定连接，在整个电渣熔铸过程中，驱动所述线圈升降平台（12），随着所述结晶器（13）的内层铜管内腔中的熔融渣池（3）和金属熔体（4）的熔池不断上升，使所述线圈升降平台（12）牵引所述瞬变磁场线圈（10）随之一起等速上升，以确保所述瞬变磁场线圈（10）产生的磁场区间与所述金属自耗电极（1）的熔化末端、熔融渣池（3）和金属熔体（4）的组成区间重合。

9.根据权利要求8所述的电渣熔铸装置，其特征在于：所述瞬变磁场线圈（10）设置在所述结晶器（13）外侧的所述结晶器水冷套（8）外侧，或设置在所述结晶器水冷套（8）的内部。