[实用新型]利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电渣熔铸工艺装置，特别是一种通过电磁复合作用于金属熔池和铸锭液固界面，而得到优化金属凝固组织的工艺装置。

背景技术

传统电渣连铸工艺是利用电流通过熔渣产生的电阻热把自耗电极逐步熔化滴落在水冷结晶器下方汇聚成金属熔池，并保持金属液不断地通过结晶器冷却作用下，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出的连续铸造工艺过程。电渣连铸金属及合金的过程中，特别是大尺寸合金连铸过程中，由于尺寸原因及冷却条件限制了连铸传热过程，铸坯往往形成粗大的柱状晶或者枝晶，一般来说，铸锭直径越大，液穴越深，局部凝固时间越长，导致的枝晶间距越大；此外，在铸坯中心，由于枝晶的搭桥阻隔，枝晶间的合金液凝固收缩，形成大量的缩孔和缩松，严重中心偏析这将进一步恶化电渣连铸坯的性能，甚至导致大型电渣锭坯的报废。

为解决这一问题，目前电渣连铸工业中常采用两种方法：第一，分体式导电结晶器法，通过重新加热来保证金属熔池中的温度分布均匀，达到减少枝晶间距和中心偏聚的问题。这种方法生产效率低，经济性差，控制误差大。第二，采用外加交变电磁场的电渣熔铸方法，已有的旋转磁场搅拌技术、高频磁场、中频磁场、低频磁场技术等，这些技术均采用交变磁场透过结晶器，感生出交变电流再与交变磁场作用，形成搅拌的洛伦兹力。这些方法的最大问题在于，交变磁场必须透过导热导电性良好的结晶器材料如铜、不锈钢、石墨、铝及其合金等，这将耗费大量的电能，同时要透入到已经凝固的钢坯内部的钢液区域，同样需要耗费大量的电能。这显著增加了生产成本，同时使电磁细化铸坯组织的效率大为降低。

综上，采用目前的电渣连铸工艺无法避免大型电渣连铸锭枝晶粗大，偏析严重等问题，这些缺陷使电渣连铸在大型重熔锭的生产中有很大的局限性。因此，开发更为高效和低能耗的新型电磁激振装置已经成为亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，在电渣连铸金属的过程中通过施加与电流方向垂直的多对互成等角磁极产生的静磁场，通过电磁复合作用于金属熔池和铸锭液固界面，而得到优化凝固组织，实现对电渣锭中凝固组织和成分偏析的高效控制。在顺利电渣连铸的情况下，利用新型电磁激振技术，利用调制磁场与电渣重熔中本身的交变电流相互作用，在连铸坯中产生交变洛伦兹力，搅拌凝固界面前沿的液固混溶区，打碎枝晶，形成晶核增殖效应，获得体积分数更大的等轴晶组织或者细化的枝晶组织；同时降低凝固界面前沿的温度梯度，使液穴界面趋于平缓，从而获得轴向生长的电渣重熔连铸坯组织，降低甚至消除成分偏析和中心疏松。

为达到上述目的，本实用新型的构思是：

采用多对互成等角的磁极复合电渣重熔工艺中本身的工频或低频电产生的电磁激振技术来达到顺利生产组织细小，成分均质化的电渣重熔连铸坯。在普通铜模结晶器的外圈设置多对（n≥2）互成等角的永磁铁块环组，保证朝向中心轴线的磁极是N极对S极（或N极对N极交替排布，固定好磁极在不锈钢水冷套中的位置。这样布置的稳恒调制磁场，对于结晶器材料、连铸坯壳而言没有其它电磁技术所涉及的磁屏蔽问题和涡流损耗问题，且稳恒磁场由永久磁铁产生，因此无需消耗任何能耗。将自耗电极端头和出结晶器下部的重熔连铸坯连接至电渣重熔用交变电源，则交变电流可以通过自耗电极、熔融渣液和金属熔池以及凝固的重熔连铸坯构成回路，交变电流流经金属熔池时与永磁铁组块产生的稳恒调制磁场相互作用，使电渣重熔连铸合金熔体受到时而顺时针，时而逆时针变化旋转方向的洛伦兹力，从而打碎金属熔池中凝固界面的树枝晶组织，形成形核质点，扩大等轴晶体积分数；同时进一步降低温度梯度，使液穴趋于平缓，形成内生生长或轴向生长条件，从而可以细化凝固组织，也就可以显著降低合金元素的径向和轴向偏析。

根据以上发明构思，本实用新型采用下述技术方案：