[发明专利]利用电磁力致熔体振荡的低频脉冲磁场凝固细晶方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种金属材料制备技术，尤其涉及一种利用电磁力致熔体振荡的低频脉冲磁场凝固细晶方法。

背景技术

金属铸坯的等轴晶比率提高有利于提高铸坯的轧制性能，减少铸坯的内裂、中心偏析的组织缺陷。目前，冶金工艺生产中通用的方法是，降低浇注过热度，电磁搅拌技术的投入使用。实践证明：15℃以下的浇注过热度，才能显著提高金属的等轴晶比率，而低过热度使钢水流动性变差，造成水口容易堵塞，夹杂物难以上浮等诸多问题。电磁搅拌技术的使用可以适当提高浇注过热度范围，但实际应用又面临以下问题：1、电磁力大小的局限，使等轴晶比率不高以及不稳定；2、趋肤效应的存在使得电能利用率不高；3、二冷段电磁搅拌技术使用，铸坯存在负偏析和V型偏析等问题；4、设备花费大，且后期维修复杂。

电磁振荡技术是利用电磁场对熔体产生振荡的作用，可以显著的细化金属的凝固组织。学者们提出了各种形式的电磁振荡技术，20世纪90年代，Radjai 利用静磁场和交变电流起到了诱使熔体发生振荡的作用。Iwai提出利用直流电流与静磁场产生振荡作用也可以显著扩大等轴晶区。Nakada在熔体中插入电极，通入单一的脉冲电流，以产生振荡。上述三类方法都需要在熔体中插入电极，因此存在着污染金属，影响金属纯净度的问题。Vives等发明了利用静磁场和交变磁场相互作用在熔体内部产生一个交变电磁力，迫使熔体发生振荡，从而细化金属晶粒、去除气体以及提高充型能力，这种方法虽然可以避免金属污染问题，但是磁场强度大小有限，无法达到1T以上。

近年来，訾炳涛首先利用脉冲电流通入励磁线圈以产生脉冲磁场，对熔体产生电磁振荡作用。而后，中国专利0510030736.4公布了一种利用磁振振荡技术细化金属晶粒的方法。这两种产生脉冲磁场的方法主要是采用高电压、大电容式脉冲电源，其原理都是利用大电容储能瞬间释放，产生强磁场。该类型电源采用的油浸式电容体积庞大，价格昂贵，而且需要在专门的实验室才能保证安全正常工作，不利于应用于实际工业生产。而且这种类型的电源充电和放电时间过长，单位时间内放电次数过低（大约3次左右），不利于对金属凝固过程进行控制。并且，由于电源与负载的匹配，脉冲磁场波形频率大，趋肤效应的影响使得小尺寸试样效果明显，但对于工业生产大尺寸铸坯细化效果尚不明确。

中国专利200810228547.1公布了一种低压脉冲磁场作用下细晶金属材料的制备方法，该方法采用低压脉冲磁场作用于金属的凝固过程以获得细化的组织，避免了上述两种方法中的高电压问题。其原理是凝固初期，当凝固壳尚未形成，利用低压脉冲磁场促使游离晶核从型壁上脱落，但当凝固壳存在时，型壁上由于过冷生成的游离晶消失，此时利用低压脉冲磁场不能获得良好的细化效果。这种原理对于许多连铸类型工序应用存在一定问题，比如钢的连铸过程，按照该种方法的原理，励磁线圈应该安装于结晶器上端，此时钢水由浸入式水口进入，结晶壁产生的游离晶核将被融化，而安装于结晶器下段，此时铸坯凝固壳生成，无法提供游离晶核。另外，该种方法对于大尺寸铸坯的细化效果尚不明确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用电磁力致熔体振荡的低频脉冲磁场凝固细晶方法，该方法的低频脉冲磁场技术的瞬时磁场强度大，在熔体内部产生方向往复变化的电磁振荡力更易令枝晶破碎，而且与金属熔体非接触、无污染，可应用于金属大尺寸铸坯凝固过程。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用电磁力致熔体振荡的低频脉冲磁场凝固细晶方法，将低频脉冲磁场励磁线圈安装在铸型外，当金属熔体通过浇注设备进入铸型内，开启低频脉冲电源，低频脉冲电源产生的脉冲电流，经过励磁线圈产生低频脉冲磁场，作用于铸型内的金属熔体；脉冲放电频率f_T为1～25Hz，脉冲波形频率f_w为1～50Hz，脉冲电压U_m为0～500V。

所述脉冲放电频率f_T为1～20Hz。

所述脉冲波形频率f_w为10～50Hz。

所述脉冲电压U_m为100～500V。