[发明专利]复合磁场制备大规格细晶均质铝合金铸锭的装置及方法

说明书

一种复合磁场制备大规格细晶均质铝合金铸锭的装置及方法，装置包括结晶器、外感应线圈和内感应线圈单元；内感应线圈单元由内感应线圈、导磁套筒和绝热套组成，导磁套筒内部设有隔板；内感应线圈位于隔板下方的空腔内。方法为：(1)熔炼获得铝合金熔体；(2)向结晶器冷却水套通入冷却水；对外感应线圈通电；将铝合金熔体浇入结晶器；(3)通入冷却介质对内感应线圈进行冷却；(4)内感应线圈单元插入熔池，对内感应线圈通电，开始铸造，铝合金熔体在复合磁场作用下完成铸造。本发明的装置及方法有利于获得组织细小均匀，成分均匀的，热裂倾向小的高质量铸锭；进而提高大尺寸铝合金铸造速度，改善冶金质量。

技术领域

本发明属于轻合金铸造技术领域，特别涉及一种复合磁场制备大规格细晶均质铝合金铸锭的装置及方法。

背景技术

随着铝合金在交通运输、航空航天领域的发展，对材料性能的稳定性和均匀性提出了更高的要求。半连续铸造是生产铝合金最重要的方法，具有冷却强度大，结晶速度快，组织细小，成品率高等优点。但是，在铝合金DC半连续铸造过程中，液穴深度大，温度梯度大，造成组织粗大不均，宏观偏析严重，尤其是在铸造大规格铝合金铸锭时。

在半连续铸造过程中施加电场、磁场、超声波、机械搅拌等外场促进或抑制对流可以均匀组织，抑制宏观偏析。其中，施加电磁场可以获得优良的微观组织、降低偏析、避免裂纹和改善铸锭表面质量的优质铝合金铸锭。目前，电磁场在半连续铸造过程中的应用方式有无模电磁铸造、细晶电磁铸造、低频电磁铸造等。其中，低频电磁铸造工艺是在传统热顶铸造和细晶电磁铸造工艺基础上在结晶器周围设置感应线圈，采用更低的频率，使得线圈产生的交变磁场渗透能力更强，铸造过程中的电磁场利用率更高，利用洛伦兹力在熔体中产生强迫对流，均匀了温度场，结晶在熔体中比较均匀的进行，液穴深度减少，铸锭组织得到了细化，有效的减少了宏观偏析，提高了铸锭质量。

低频电磁铸造工艺是东北大学崔建忠等在电磁细晶铸造工艺基础上，采用更低的频率(低于50Hz)，在结晶器周围布置感应线圈，连续低频电磁铸造铝合金铸坯的方法；利用低频电磁场在熔体中渗透率强的特点，制备了不同规格的铝合金铸锭。不仅实现了电磁细晶铸造工艺细化组织，提高表面质量的目的，而且可以大大提高晶内合金元素含量，减弱宏观偏析，提高铸锭抗裂纹能力。但由于电磁场的集肤效应特性，即使是低频电磁场，在金属熔体中的作用深度也受到限制，特别是在铸造大尺寸铸锭时，铸锭中心位置电磁场强度很弱，边部的电磁场强度很强，导致其对温度场和成分场的调控能力受到限制，对铸锭组织的均匀性控制能力下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合磁场制备大规格细晶均质铝合金铸锭的装置及方法，在常规铝合金半连续铸造装置基础上，增加了两组感应线圈单元，两组感应线圈产生的电磁场相互补充，使结晶器内整个熔体均在电磁场的作用下，解决铸锭组织粗大不均，宏观偏析等技术难题。

本发明的复合磁场制备大规格细晶均质铝合金铸锭的装置包括结晶器、热顶13、外感应线圈11、内感应线圈单元和引锭8；外感应线圈11位于结晶器冷却水套10内部；结晶器外套内壁镶嵌有石墨环12；内感应线圈单元由内感应线圈9、导磁套筒2和绝热套1组成，导磁套筒2内部设有隔板，隔板上的冷却介质进口管14和冷却介质出口管15穿过隔板并与内感应线圈单元的外部连通，用于流通冷却介质；隔板下方为封闭的空腔，内感应线圈9位于该空腔内；绝热套1镶嵌在导磁套筒2外壁，内感应线圈9通过导线与电源的两极连接。

上述装置中，内感应线圈9位于工作预设位置时，其底端位于石墨环12上沿上方200mm以下，石墨环12上沿下方150mm以上的范围内。

上述装置中，内感应线圈9材质为耐热铜管或扁铜线，匝数为3～50匝；其中当内感应线圈9材质为耐热铜管时，冷却介质进口管14和冷却介质出口管15与内感应线圈为一体结构。

上述的导磁套筒2的材质为铁、硅钢、铁铝系合金、铁钴系合金、铁氧体或超导材料。