[發明專利]一種施加復合場改善水平連鑄坯質量的方法和裝置

無效

• 申請號: 200810010736.1
• 申請日: 2008-03-19
• 公開（公告）號: CN101244451A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 李廷舉;李喜孟;張忠濤;曹志強;溫斌;王同敏;譚家隆
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B22D11/11
• 分類號: B22D11/11
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司
• 代理人: 衛茂才

技術領域

本發明屬于金屬材料制備技術領域，特別涉及到金屬連續鑄造。

背景技術

目前我國已躍居世界金屬材料生產第一位，但是同發達國家相比，仍存在優質材料生產能力低，能耗大、環境污染嚴重，基礎研究和新技術開發跟不上等問題，直接制約了我國經濟和相關技術的發展。提高我國的金屬材料質量，減少能耗，是對我國冶金業提出的新要求和挑戰。我國的連鑄比已超過90％。但是，現有連鑄坯的表面振動痕、裂紋、偏析、內部夾雜等缺陷使其不能滿足現代工業對優質鑄坯的需求；也妨礙連鑄連軋生產工藝的應用。水平連鑄技術逐漸被視為制備高質量鑄坯的連鑄方式，尤其適于近終形連鑄，其設備結構簡單、重量輕、投資少、但水平連鑄也存在著鑄坯周向組織不均勻、夾雜不易去除、內部存在縮孔疏松、表面質量有待改善、溶質元素偏析等缺點。近年來有很多研究致力于改善水平連鑄坯質量，希望得到的鑄坯能直接用于后續的軋制和拉拔等工藝。

例如，為了獲得高質量的水平連續鑄造坯料，2007年公開的專利200510032537.7提出了一種鑄坯水平連鑄電磁攪拌方法，在該工藝中，不考慮結晶器電磁攪拌，而是在結晶器后回溫區布置二冷區電磁攪拌器，達到擴大鑄坯等軸晶區的目的，再加凝固末端電磁攪拌，以改善鑄坯的成分偏析、中心裂紋、分層等組織缺陷，提高鑄坯中心等軸晶率。但是，該種方法對鑄坯凝固組織的改善，對鑄坯中夾雜物去除效果有限，所需電磁場的設備龐大，制備成本高。

2006年申請人所在的課題組在《Ultrasonics?Sonochemistry》刊登的文章“Study?of?ultrasonic?melt?treatment?on?the?quality?of?horizontal?continuouslycast?Al-1％Si?alloy”中提出了在水平連鑄裝置保溫爐內施加功率超聲的方法。該方法可以提高保溫爐內熔體均勻性，改善鑄坯表面質量，抑制熔體偏析，但是單獨施加超聲場作用范圍和效果有限。

發明內容

本發明的目的是提供一種同時施加電磁場和超聲場的施加復合場改善水平連鑄坯質量的方法和裝置。

本發明的原理是，

1.在水平連鑄裝置保溫爐底部中心設置惰性氣體氣泡發生裝置，同時在保溫爐外側設置行波磁場發生裝置，可以有效的去除保溫爐內金屬熔體中的氣體和夾雜物，去除效率高。金屬熔體中氣體分子在惰性氣體氣泡中的分壓為零，因此在惰性氣體氣泡上浮的過程中，氣體分子從熔體中向氣泡擴散，同時，金屬熔體中的夾雜物顆粒也可以吸附在氣泡上，隨其一起上浮，從而達到了去除熔體中的氣體和夾雜物的目的，但是由于此種方法惰性氣體氣泡較大，上浮速度快，使得氣體擴散時間短，夾雜物與氣泡碰撞幾率小，氣體和夾雜物去除效率較低。行波磁場可以在金屬熔體中產生強制對流，將惰性氣體氣泡打碎，使其更加均勻細小，以螺旋方式上浮，增大了其行程和上浮時間，從而有利于金屬熔體中氣體充分向惰性氣體氣泡擴散。夾雜物與惰性氣體氣泡碰撞的幾率大大增加，夾雜物去除效果好。

2.在水平連鑄裝置保溫爐靠近水口處設置功率超聲裝置，功率超聲與金屬熔體相互作用可產生空化效應和聲流效應。空化效應可在金屬熔體中產生許多空化泡，氣體從金屬熔體向空化泡擴散，空化泡逐漸長大，當氣泡足夠大時其上浮至金屬液表面，達到去氣目的，同時金屬熔體中夾雜物顆粒一方面吸附在氣泡表面，隨氣泡上浮，另一方面，空化和聲流效應增大了夾雜物之間的碰撞幾率，使其聚集長大而上浮。空化和聲流效應可以在熔體內產生攪動，使熔體溫度均勻化，提高液態金屬的形核率，從而改善鑄坯表面質量，細化了鑄坯晶粒組織，抑制鑄坯溶質偏析。

3.水平連鑄裝置結晶器外側放置一個約束電磁線圈，線圈產生的電磁壓力能夠減輕金屬液與結晶器壁之間的接觸壓力，從而減輕了鑄坯表面的振動痕，改善鑄坯表面質量，同時金屬液在電磁場的作用下進行強迫對流，增大了晶粒形核率，并可將已生長枝晶打碎，使得凝固組織細化，鑄坯溶質偏析得到抑制。