[发明专利]一种有色金属及其合金电磁半连铸方法

说明书

一种有色金属及其合金电磁半连铸方法，采用有色金属及其合金电磁半连铸装置，该装置的铜制内套的外侧壁上设有或不设有加强筋，当设有加强筋时，加强筋与铜制内套为一体结构，加强筋由多个圆环体组成，或者由多排弧形体组成，或者由多个圆环体和多个柱状体构成网格状；方法为：(1)通入冷却水，将金属熔体导入结晶器；(2)通过电源对两组励磁线圈分别通入交变电流或脉冲电流，各自形成磁场，相位差为90°，形成的差相磁场作用于金属熔体；(3)进行铸造。本发明的方法对不同合金均有很强的适用性，对于金属熔体中磁场的均匀分布具有积极效果；不引入其他杂质且不污染金属熔体；装配简单且易于维护。

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种有色金属及其合金电磁半连铸方法。

背景技术

半连续铸造是目前工业生产中制备金属铸锭的主要方法；传统直接水冷半连续铸造(传统DC法)是将熔化的金属熔体均匀地导入结晶器中，在通水冷却结晶器的作用下形成一层坚固的凝固壳，然后引锭头带动已经凝固的部分一起以一定的速度向下移动，当已凝固的部分脱离结晶器时会受到二次冷却水的作用，铸锭的凝固层也就缓慢的向中心移动，并完全凝固结晶，随着金属熔体不断地流入结晶器，铸锭也不断的在结晶器中凝固成型；这种方法提高了劳动生产率，改善了劳动条件，且增大了锭坯长度，减小了切头与切尾的几何损失；但传统的半连续铸造生产出的铸锭存在晶粒粗大、偏析严重、铸锭表面质量差等缺点，使材料的耗损率大大增加。

为了解决传统DC法存在的各种问题，国内外开发出了新型半连续铸造技术，其中主要有矮槽铸造、热顶铸造、气滑和气幕铸造、低液位半连续铸造与外场辅助铸造等，其中以在金属凝固过程中施加外场效果最为显著；目前施加的外场主要有电磁场与超声场，但是施加超声场这一方法由于超声在熔体中的衰减较大致使作用范围有限且超声杆直接作用于熔体导致污染等一系列问题导致无法大规模应用于工业生产；而电磁铸造技术具有非接触、无污染与细化凝固组织显著等一系列优点获得了业界的广泛认可。

电磁铸造技术的基本原理是向励磁线圈内通入交流电流产生交变磁场，交变磁场透过结晶器内套作用于金属熔体，在金属熔体中产生感应电流，感应电流与交变磁场作用产生电磁力起到搅拌熔体的作用，均匀熔体的流场、温度场与溶质场，从而使铸锭的晶粒细化、表面质量提高。但是该技术对结晶器有一定的要求：(1)结晶器的透磁率要好以保证铸锭表面软接触所需要的电磁压力；(2)结晶器要具有良好的冷却效果以保证熔体在结晶器内形成一定厚度的凝固坯壳，避免发生拉漏等事故；(3)结晶器要具有一定的强度，尤其是屈服强度，因为在巨大的温度梯度下会产生极大的热应力，极易产生变形和热应力裂纹，造成结晶器的损坏。

目前对于铜制内套，可以基本满足冷却效果好与强度的要求，但由于铜对磁场的屏蔽性高，励磁线圈产生的交变磁场在穿过结晶器铜制内套时会有较大的损耗，使得电磁利用率大大降低，致使电磁场对熔体的搅拌效果较差；为了提高结晶器的透磁性，有学者陆续开发出了切缝式电磁连铸结晶器。这种结晶器是通过在结晶器壁上部沿一定方向均匀切割出数条缝隙，使电磁场能通过缝隙直接作用于熔体从而减小结晶器壁对磁场的屏蔽作用。切缝的形式多种多样，有均等切缝、非均等切缝、通体切缝、非通体切缝和倾斜切缝等。

中国专利CN200710190961、CN200920266196.3、CN02265157.8等表明，在结晶器内套上开设一定数目的切缝可使结晶器内的磁场强度增加，使结晶器的透磁性得到了极大的增加。但是由于切缝的存在，切缝式结晶器有着极大的缺陷：(1)熔体内的磁场分布变得更加复杂，切缝处与非切缝处的熔体所受的电磁力差异较大，这种差异容易使铸锭表面质量变差，影响铸锭的冶金质量；(2)切缝的存在破坏了结晶器的整体性，使结晶器的强度大大降低，为实际生产带来不稳定因素；(3)切缝使结晶器壁的每个金属片层相互独立，且在连铸过程中，结晶器会在高温的作用下产生热胀冷缩效应，切缝有被压缩或胀大的趋势，导致冷却水回路设计困难。