[发明专利]镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器

说明书

技术领域

本发明属于轻合金铸造技术领域，特别涉及一种在低频电磁半连续立式铸造工艺中采用带油滑的全金属内套结晶器系统实现高表面质量镁合金锭坯生产的立式半连续铸造方法及设备。

背景技术

传统半连续铸造工艺中，由于高温下金属液和金属初始凝壳与金属内套之间有较大的径向正压力，因此有较大的界面摩擦阻力，并且由于金属液与内套壁面之间易于发生接触式粘连，对于镁合金来说，粘连程度更为严重，甚至容易发生反应性粘连，这些都加重了锭坯表面的划痕，而且这些划痕一般都是径向深入锭坯内部，显著增加锭坯的车削量，降低成材率。对于热顶铸造来说，由于镁液与保温帽之间的高反应性，这种反应性粘连更易发生，不仅降低了表面质量，而且由于反应所造成的保温帽粉化产物漂离界面，很容易嵌入锭坯表层甚至进入金属液也加大了锭坯所需的车削量。目前镁合金锭坯生产企业的锭坯表面车削量一般高达到半径8mm～15mm，甚至更多，车削率达到10％～20％，加上切除头尾(切除量250mm～300mm)，成材率只有70％～80％，相当低。因此，提高镁合金锭坯的表面质量对于提高锭坯成材率，降低生产成本，提高企业经济效益至关重要。

众多研究均已表明，凝固时施加磁场(包括永磁场、电磁场、脉冲电磁场、组合电磁场等)对DC铸造过程中合金液的温度场、流场、浓度场以及形核和长大等凝固行为均产生影响，达到组织均匀化、晶粒细化、宏观偏析得到抑制等效果，从而显著改善半连续铸造锭坯的冶金质量。同时，在电磁力径向分量作用下，结晶器中的金属液被推向中心，形成显著的弯液面，降低了金属液与结晶器内套的接触压力，因此施加电磁场也可以对锭坯表面质量的提高起到良好的作用。但是，由于高温下金属液与金属内套之间仍然有较大的径向正压力，从而仍有较大的摩擦阻力，所以难以完全避免金属液与内套壁面之间的粘连。对于镁合金来说，粘连程度更为严重，这些都加重了锭坯表面的划痕，而且这些划痕一般都是径向深入锭坯内部，显著增加锭坯的车削量。另外，镁合金的低频电磁半连续立式铸造一般采用热顶加石墨环结构的结晶器系统(见CN1216707)，由于保温帽和石墨环耐久性差，增加了成本消耗；同时，尽管由于施加了低频电磁场所致的低铸造液穴可以大幅度提高铸造速度，但总体上来说，热顶式结晶器铸造系统的铸造速度不高。而金属内套结晶器系统由于有很强的一次冷却，客观上要求采用较高的铸造速度，否则会由于“抱芯”作用而使铸造过程难以持续，但此时一般均具有很深的液穴，锭坯中心组织粗大，宏观偏析严重，冶金质量差。

发明内容

针对目前镁合金锭坯表面质量不尽如人意，造成表面车削量大，成材率低等问题，本发明提供一种镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器。

本发明的结晶器包括金属内套、冷却系统、励磁线圈、润滑油环和保护气环，金属内套处于结晶器的中心，在金属内套外为冷却水箱和挡板构成的腔体冷却系统，在冷却水腔内下部设有励磁线圈，在结晶器内套的上沿设有油环，在油环的上方置有保护气环。金属内套为竖直的圆筒型或其下半部分有3～10°的开口度。冷却系统设有进水口，设在冷却水腔体内的励磁线圈浸末在冷却水中，励磁线圈与设在结晶器外部的低频电源相接。油环由下腔和上盖构成，油环下腔设有3个凹槽与上盖一起构成3个储油室，储油室之间由若干缺口连通，在油环下腔的上沿有一梢度，油环下腔与上盖之间留有油缝，油环与设在结晶器外的供油系统相通；保护气环上设有保护气出口。

本发明的方法采用前述镁合金锭坯油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，按以下步骤进行：

(1)首先在金属内套内壁涂上薄层润滑油，对中引锭头，开启结晶器冷却系统，控制冷却水流量先冷却励磁线圈；

(2)开启低频发生电源，向励磁线圈通低频交流电，如两组励磁线圈时一组通低频交流电，另一组同时通直流电，为结晶器提供低频电磁场或低频电磁振荡场；使电磁场达到设定值2000AT～4000AT；施加的电磁场为低频电磁场，频率范围为1Hz～90Hz，结晶器空载时结晶器中心的电磁场强度为10mT～200mT，直流电磁感应强度为5～100mT；

(3)将镁合金液引入置于结晶器内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金属内套与引锭头组成的空间中，同时开启保护气环为镁合金液提供气体保护；

(4)待镁合金液充满引锭头顶部，液面上升至接近正常铸造高度后，按设定铸造速度开动铸造机并调控结晶器液面至稳定。设定铸造速度依合金牌号和锭坯规格而异，一般为50～300mm/min；

(5)加大冷却水流量，开启与调节控制油环的控制阀门为金属内套内壁提供连续润滑。