[发明专利]一种用于电磁搅拌的气滑结晶器装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，特别涉及一种用于电磁搅拌的气滑结晶器装置及其应用方法。

背景技术

连铸机是现代冶金工业连铸工艺主要设备，其核心是结晶器，结晶器的发展代表了连铸技术的发展。这一点在铝合金连铸过程中表现特别显著。直接水冷铸造可称之为最早定型的连铸技术，冷隔、波纹、熔析、折叠或坑凹表面缺陷等是直接水冷铸造的问题。后来发展的热顶铸造技术，包含加润滑剂的工艺在一定程度上减轻了冷隔和熔析缺陷，但伴随冷隔的反偏析、偏析以及内外组织差异仍然比较明显。

US3467166提出电磁无模铸造，使用电磁力约束铝熔体成型，起到减小一冷强度和减少摩擦的作用。基本解决了表面冷隔和反偏析问题，但该装置昂贵，控制难度大，未获得持续的商业应用。US4157728提出了气体加压热顶铸造法，该方法的目的是用气膜起到减小一冷强度和润滑的作用。目前工业界较流行，衍生工艺包括US7204295和US5318098，统称为气滑铸造工艺。气滑铸造制备的铸坯表面质量获得了市场的认可，但对铸坯半径方向内外成分和组织差异无能为力。目前US4157728和US5318098均已过保护期，US4157728结晶器为一体化结构，加工难度大，没有安装电磁搅拌器的空间。US5318098结晶器也是一体化结构，加工难度大，可以外置电磁搅拌器，但尚未解决电磁搅拌对气膜影响的问题。US7204295结晶器为分体结构，加工精度和装配要求高，没有安装电磁搅拌器的空间。

随着社会的发展和科技的进步，对铸坯内部质量，特别是铸坯凝固组织等轴晶率及初生相形貌提出了更高的要求。电磁搅拌技术是对金属凝固过程进行控制的一种有效手段，有着广泛的应用和深厚的工业基础。设计一种适用于电磁搅拌的气垫结晶器，把气体润滑和电磁搅拌两者的优势同时发挥出来，能同时解决连续铸坯表面质量和内部质量问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种用于电磁搅拌的气滑结晶器装置及其应用方法。

一种用于电磁搅拌的气滑结晶器装置，该装置由热顶、压环、节流器、定径环、进气管、结晶器壳体、上密封圈、下密封圈、气体密封圈和电磁搅拌器构成；其中定径环与结晶器径向之间为过盈配合，定径环上方由下至上依次设置节流器、热顶和压环，定径环、结晶器、节流器、热顶和压环为同心配合；压环带外螺纹，通过螺纹与结晶器连接；压环在定位热顶的同时，在纵向固定热顶和节流器；进气管中心穿孔，带外螺纹，并通过螺纹与结晶器连接；进气管与设置在结晶器上的气孔导通；节流器起到周向分配气体的作用，与结晶器之间通过气体密封圈密封；进气管、气孔与节流器形成一个完整的气体通路，把气体从外部气源输入定径环；结晶器外部设置电磁搅拌器，起到搅拌熔体的作用；结晶器上设置出水口，结晶器通过上密封圈和下密封圈与水箱连接，外部水源提供的冷却水进入水箱后从出水口排出。

所述一体化热顶的材质为硅酸铝、氧化铝、氧化镁或氧化硅。

所述可拆卸进气管通过两段螺纹与结晶器壳体固定相连，一方面起到加强筋的作用，另一方面把气体送入组合式节流器。

所述节流器为组合式节流器，其由上节流器和下节流器相连构成，二者相连构成储气室，组合式节流器使外部加压气体进入结晶器定径环与坯料间隙，产生节流效果，并形成具有一定承载力及刚度的稳定润滑气垫。

所述上节流器上设置有折流反射结构，使气垫沿拉坯方向运动。

所述下节流器上刻有截面为圆形、椭圆形、三角形、长方形、正方形或梯形等形状的槽，与上节流器配合形成封闭槽。

所述定径环的材质为石墨、铝合金或铜合金。

所述定径环与结晶器径向之间过盈配合的过盈量为0.1mm～0.4mm。

所述定径环内表面润湿角不小于90°，定径环内表面润湿角减去一体化热顶下沿润湿角大于等于10°。

所述电磁搅拌器为旋转型搅拌或行波搅拌器，用以促进温度场的均匀化，加快散热，改善铸锭成分和组织均匀性。

一种用于电磁搅拌的气滑结晶器装置的应用方法，包括如下步骤：

连铸方式采用立式和卧式中的一种或两种，可拆卸进气管通过结晶器壳体上的气孔把气体送入组合式节流器，气体经组合式节流器后在结晶器与熔体之间形成气垫；由一体化热顶、气垫、定径环以及铸坯底部凝固壳或引锭座形成的封闭容器起到约束铝熔体成型的作用，在结晶器内凝固潜热经由气垫、定径环和冷却水带走；通过外加电磁搅拌促进温度场和成分场的均匀化，加快散热，改善铸锭成分和组织均匀性。