[發(fā)明專利]一種內(nèi)置式電磁攪拌裝置及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110368037.6
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN102398005A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳剛;趙玉濤;張松利;張振亞
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D11/115
• 分類號(hào): B22D11/115
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁攪拌方法及裝置，具體而言為涉及一種置于結(jié)晶器內(nèi)熔體中的內(nèi)置式電磁攪拌裝置及其方法。

技術(shù)背景

由于電磁攪拌能顯著改善鑄坯質(zhì)量，世界各國對其最佳工藝、設(shè)計(jì)以及作用機(jī)理和潛力進(jìn)行了廣泛研究，并開發(fā)了一系列電磁攪拌新技術(shù)、新裝備。連鑄電磁攪拌技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了高效優(yōu)質(zhì)連鑄技術(shù)的進(jìn)步，是20世紀(jì)60年代以來連鑄技術(shù)和電磁冶金技術(shù)最重要的進(jìn)展之一。連鑄電磁攪拌的實(shí)質(zhì)是借助在鑄坯液相穴內(nèi)感生的電磁力強(qiáng)化液相穴內(nèi)鋼液的運(yùn)動(dòng)，由此強(qiáng)化鋼液的對流、傳熱和傳質(zhì)過程，產(chǎn)生抑制柱狀晶發(fā)展，促進(jìn)成分均勻、夾雜物上浮、顆粒細(xì)化及均勻分布的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，進(jìn)而控制鑄坯凝固組織，改善鑄坯質(zhì)量。

電磁攪拌按線圈產(chǎn)生磁場的形式可分為旋轉(zhuǎn)磁場型、行波磁場型、螺旋磁場型。根據(jù)電磁場迭加原理可知，螺旋磁場實(shí)質(zhì)性就是旋轉(zhuǎn)磁場與行波磁場的迭加。電磁攪拌器按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：連鑄過程中的電磁攪拌器，熔煉爐、鋼包中的電磁攪拌器。電磁攪拌器的工作原理是：運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)電鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流鋼水與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力。電磁力作用在鋼水每個(gè)體積元上，從而驅(qū)動(dòng)鋼水流動(dòng)，進(jìn)而改善鋼水凝固過程中的流動(dòng)、傳熱和遷移過程，達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。結(jié)晶器電磁攪拌器是目前各種連鑄機(jī)都使用的裝置，由于它對改善鑄坯的表面質(zhì)量、細(xì)化晶粒和減少鑄坯內(nèi)部夾雜和中心疏松有著顯著的作用，所以被特別推崇選用。它一般安裝在結(jié)晶器內(nèi)的下部，以便不影響液面測量裝置的使用。結(jié)晶器內(nèi)鋼液攪拌主要形式有水平旋轉(zhuǎn)磁場攪拌和垂直的由下而上的行波磁場攪拌。水平旋轉(zhuǎn)磁場攪拌多用于方坯和圓坯，行波磁場攪拌多用于板坯和寬厚比較大的矩形坯。結(jié)晶器電磁攪拌可以減少表面夾雜、皮下氣孔和針孔等缺陷，還能促進(jìn)大量等軸晶的生成。但是，由于結(jié)晶器壁有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，使攪拌器產(chǎn)生的磁場衰減嚴(yán)重，從而使得電能利用率較低。為了解決這一問題，通常采用彌散硬化的銅合金做結(jié)晶器壁并且采用低頻供電。

電磁攪拌對連鑄坯宏觀組織有重要影響，主要包括：1）改變柱狀晶的生長方向，在柱狀晶生長過程中對液相施加電磁攪拌，則柱狀晶會(huì)改變生長方向，轉(zhuǎn)向迎流一側(cè)傾斜；2）促進(jìn)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變。3）細(xì)化宏觀組織，電磁攪拌具有明顯的細(xì)化晶粒的作用，不論晶體的生長方式是柱狀晶還是等軸晶，電磁攪拌都可以使其細(xì)化，并且在整個(gè)界面上晶粒細(xì)小、均勻。電磁攪拌從以下幾個(gè)方面改善鑄坯質(zhì)量：1）使結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)裝提案有利于非金屬夾雜物及氣泡的上浮，降低鑄坯內(nèi)氣泡及夾雜物的含量；2）抑制彎月面處鋼水的波動(dòng)，防止保護(hù)渣等外界雜志質(zhì)卷入結(jié)晶器鋼液內(nèi)和鋼液的裸露造成的鋼液吸氣和二次氧化；3）降低鋼水的過熱度，均勻液相穴內(nèi)溫度場，防止液面溫度過高或過低帶來的卷渣、結(jié)殼等現(xiàn)象的發(fā)生，有利于減少裂紋，提高鑄坯的純凈度；4）加強(qiáng)液相穴內(nèi)鋼水的對流運(yùn)動(dòng)，有利于打碎柱狀晶，形成等軸晶，提高鑄坯的等軸晶率，減少中心偏析、中心疏松和縮孔、改善鑄坯的凝固組織；5）減輕鋼液對初生凝固殼的沖刷，降低產(chǎn)生裂紋和拉漏的可能性，從而有利于實(shí)現(xiàn)快速連鑄。

當(dāng)前，連鑄電磁攪拌尚存在以下問題：1）能量利用率低。在電磁攪拌技術(shù)的應(yīng)用中，除了攪拌器的結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)備都比較復(fù)雜、價(jià)格高、投資較大以外，最大的問題是能量利用率低。因?yàn)樵谶B鑄電磁攪拌的情況下，氣隙較大，再加上鋼液在高溫下電阻較大，保護(hù)繞組的結(jié)晶器不銹鋼箱體和坯殼對電磁能的衰減也有一定的影響，尤其在采用結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌的情況下，雖然銅壁有較高的導(dǎo)電性，但它是抗磁物質(zhì)，對磁力線有很大的屏蔽作用，使得能量的利用率很低，而提高能量的利用率則涉及到攪拌器箱體和結(jié)晶器等的選材、設(shè)計(jì)等問題。因此，如何尋找導(dǎo)磁能力強(qiáng)而導(dǎo)熱性又好的材料取代銅，以及如何設(shè)計(jì)能量可以得到有效利用的攪拌器，都是值得深入研究和探討的問題。2）難以適應(yīng)多流鑄造條件。鋁及鋁合金連鑄過程中，當(dāng)需要鑄造大截面鋁錠時(shí)，往往遇到徑向截面組織不均勻的情況。但是，鋁合金鑄造往往采用半連續(xù)鑄造，為了提高生產(chǎn)效率通常采用多流形式，沒有足夠的空間安裝目前鋼材連鑄采用的電磁攪拌結(jié)晶器。因此，如何在多流鑄造條件提供有效的電磁攪拌成為大截面鋁錠生產(chǎn)需要解決的重要問題。

從前述的分析可以看出，鋁錠多流鑄造對電磁攪拌裝置的主要要求有：1）攪拌器所占空間小；2）電磁能量利用率高；3）使用和維護(hù)方便。

發(fā)明內(nèi)容