[发明专利]外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法及其熔铸装置

权利要求书

1.一种外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：在金属凝固过程中，首先向金属熔体凝固界面前沿的金属熔体区域施加旋转磁场，同时通过外部电源对整个连铸坯的固液界面区域附近的金属熔体施加电流，所述电流为直流电流或交流电流，在旋转磁场和电流的复合作用下，使连铸坯的固液界面区域附近的金属熔体产生周期性振荡，对金属熔体凝固界面附近的金属液进行电磁复合搅拌，对金属熔体的初始凝固枝晶端部产生剪切，使金属熔体中初生晶粒之间以及初生晶粒与金属熔体之间发生碰撞、摩擦和冲刷作用，造成大尺寸初生晶粒碎断，形成新的晶核或形成尺寸更加细化的晶粒，从而细化连铸坯凝固组织。

2.根据权利要求1所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：将压力铸造工艺、金属型重力铸造工艺、考斯沃斯法铸造工艺、消失模铸造工艺或精确砂型重力铸造工艺引入金属熔体凝固过程，提高连铸坯的物理和化学性能。

3.根据权利要求1或2所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：外加旋转磁场的磁场强度为0.01-10000 mT，频率为0.1-1000Hz。

4.根据权利要求1或2所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：对金属熔体施加电流为直流电流、低频交流电流、工频交流电流、中频交流电流或者高频交流电流，电流的强度在0.1-20000A范围连续可调，交流电流频率为0.01-10000Hz，交流电流的波形为方形、正弦、三角形或者特定性状的波形。

5.根据权利要求1或2所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：所制备的连铸坯料是厚板坯、薄板坯、小方坯或圆坯。

6.根据权利要求1或2所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法，其特征在于：适用于钢、铝或其合金、铜或其合金、镁或其合金、锌或其合金、镍或其合金、铬或其合金、或者锆或其合金，其中所述铝合金为易偏析、晶粒/枝晶粗大的铝合金，至少包括亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金、过共晶铝硅合金和7075铝合金。

7.利用权利要求1或2所述的外加旋转磁场和电流复合控制金属凝固相组织的方法的金属熔铸装置，主要包括保温炉（1）、水冷结晶器（4）、二次水冷喷嘴（7）、连铸坯切割机（11）、砧铁（13）和压断机（14），所述保温炉（1）内的金属熔体（2）通过水口流入连铸机的所述水冷结晶器（4）的入口，凝固的连铸坯（12）从所述水冷结晶器（4）的末端出口拉出，二次水冷喷嘴（7）对二冷段区域的连铸坯（12）进行喷水冷却，在随后的所述连铸坯切割机（11）的切割、所述砧铁（13）的支撑和所述压断机（14）的压断下，即可得到金属连铸坯料，其特征在于：将所述水冷结晶器（4）置于旋转磁场发生器（5）的旋转腔中，使连铸坯（12）的固液界面区域附近的金属熔体处于外部旋转磁场的作用之下，并在所述旋转磁场发生器（5）和所述水冷结晶器（4）之间设置磁场发生器水冷套（6），给所述磁场发生器水冷套（6）通入冷却水，同时还采用将电极（3）和辊轮电极（8）用电缆（10）分别与电源（9）连接，电源（9）能输出直流电流或交流电流，所述电极（3）的一端浸入所述保温炉（1）的金属熔体中，所述辊轮电极（8）设置在从所述水冷结晶器（4）末端拉出的连铸坯（12）的侧面，使所述辊轮电极（8）的电极端与所述连铸坯（12）表面之间通过接触实现电连接，从而使所述电极（3）、所述保温炉（1）内的金属熔体、所述水冷结晶器（4）内的金属熔体、所述二冷段区域的连铸坯（12）内的金属液芯、连铸坯（12）凝固末端区域的连铸坯金属液芯、初始凝固的连铸坯壳之间形成串联的电流通路，通过所述电源（9）对整个连铸坯（12）的凝固界面前沿的附近的金属熔体（2）施加电流和旋转磁场的复合搅拌作用，使整个连铸坯（12）的凝固界面前沿的附近的金属熔体（2）产生周期性振荡，对金属熔体（2）的初始凝固枝晶端部产生剪切，使金属熔体（2）中初生晶粒之间以及初生晶粒与金属熔体（2）之间发生碰撞、摩擦和冲刷作用，造成大尺寸初生晶粒（15）碎断，形成新的晶核或形成尺寸更加细化的晶粒（18），从而细化连铸坯凝固组织。

8.根据权利要求7所述的金属熔铸装置，其特征在于：所述连铸机是水平式、立式、立弯式、垂直-多点弯曲式、垂直-弧形、多半径弧形或旋转式连铸机。