[发明专利]一种用于铜及其合金电磁半连铸用的高透磁高导热结晶器内套

说明书

一种用于铜及其合金电磁半连铸用的高透磁高导热结晶器内套，所述结晶器内套由内套基体和导磁芯组成，且内套基体呈上下两端开口的圆筒状，内套基体一端设置有向外水平延伸的边沿，边沿沿周向均匀开设有通孔，内套基体外圆套设有与边沿紧密贴合的上封板，内套基体另一端外圆设置有倒角，内套基体另一端外圆套设有下封板，且下封板与倒角面之间形成若干出水孔，所述内套基体沿轴向均匀开设有导磁孔，所述导磁孔内安装有导磁芯，内套基体外圆套设有电磁线圈。本发明利用导热系数高的纯铜作为内套基体，相比于传统的铝合金结晶器内套导热系数提高至原来的1.56‑1.98倍。

技术领域

本发明属于冶金行业铜及其合金半连铸技术领域，具体涉及一种用于铜及其合金电磁半连铸用的高透磁高导热结晶器内套。

背景技术

电磁连续及半连续技术是利用交变磁场穿透结晶器内套作用到结晶器内部的金属熔体上，利用熔体中产生的电磁力来实现强制对流并降低熔体与内套的接触压力，改善了熔体的凝固行为，从而大大改善了铸锭的微观组织，特别是对细化粗大的柱状晶粒效果显著。目前，该技术在铝和镁合金等低密度、低熔点金属铸造领域得到较成熟的应用，但在铜及其合金铸造方面并未得到广泛应用。其根本原因是难以找到合适的针对铜这种大密度、高熔点金属的结晶器内套材质，这也是该技术目前难以实现大量工业应用的瓶颈所在。

这是由于在铜电磁铸造结晶器设计阶段，一直存在两方面的矛盾。一方面是结晶器内套要有良好的传热效果，以保证锭坯凝壳的厚度，这就要求内套材质要选用导热系数高的材料。另一方面，电磁铸造要求结晶器内套要有良好的透磁性能，以保证电磁场的作用强度和范围，这就要求内套材质要选用透磁性能优良的材料。研究表明，针对铜及其合金的电磁铸造，透过结晶器内套，即结晶器内部靠近内套处的磁感强度应大于20mT，导热系数大于200W/m·K的材料才能作为结晶器内套使用。然而，绝大多数情况下一种金属材料的导热系数和透磁性能是相互排斥的，即要么导热系数高，但透磁性能差(如纯铜)，要么导热系数低，但透磁性能良好(如铝合金)。

以目前工业常规半连续结晶器使用的纯铜内套为例，其导热能力良好，导热系数可达350W/m·K以上，但透磁过内套的磁感强度不足10mT。如果能通过技术发明，大幅提高其透磁性能，即使降低一些过剩的导热系数，也是铜及其合金电磁铸造领域的重要突破。

为了解决这一问题，一种方案是改变结晶器内套的结构，即内套通常设计为切缝式，以利于电磁场透过所切的缝隙作用于熔体。如中国发明专利ZL200410021566.9《水缝-分瓣体内水冷式软接触电磁连铸结晶器》、实用新型CN01254021.8《非均等缝隙软接触电磁连铸结晶器》、实用新型ZL200920266196.3《磁场集聚型切缝式铝合金电磁结晶器》、实用新型ZL96222452.9《金属软接触电磁连铸结晶器》和实用新型ZL99252132.7《金属软接触电磁连铸复合结晶器》所公布的电磁铸造结晶器都使用了带有切缝式结构的内套。但对内套切缝这一方案带来了内套整体结构复杂、切缝密封难度大、内套强度降低、维护维修难度大、磁场不均匀和生产安全风险高等一系列问题，应用情况并不理想；另一方案是改变内套单一材质，这种方案有两种设计：一种是分段式结晶器，如中国发明专利ZL02132867.6《软接触电磁连铸用无切缝结晶器》公布了一种由上下两种金属连接而成的内套，利用上半部分金属透磁，下半部分金属导热。但这种方案的最大缺陷是在高温热应力反复作用下，两种金属交接处极容易开裂，并且交界处极难做到平滑衔接；另一种设计为整体式，是采用铜片之间填充低电导率的合金粉末经烧结而成，这种设计可看作是切缝式方案的演化，解决了内套强度低和结构复杂的问题，但透磁性能和导热性能均不理想。

总之，从产品质量和生产安全的角度来看，整体式结晶器具有较大优势，是未来电磁铸造结晶器的主要发展趋势，但目前仍需攻克其内套透磁和导热不能兼顾的瓶颈。

发明内容

本发明设计一种用于铜及其合金电磁半连铸用的兼具有高透磁和高导热性能的整体式结晶器内套，以解决背景技术中存在的问题，并使内套的强度不降低，以保证生产安全。