[发明专利]一种镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器及其应用

说明书

所属技术领域

本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器及其应用。

背景技术

竖直半连续DC铸造是目前工业制备金属材料大规格锭坯的主要方式。炉体内的金属液体通过流槽进入结晶器内，液态金属熔体在底部引锭头和结晶器内壁接触，在引锭头和结晶器内冷却水的一次冷却作用下，形成凝壳，由于凝固收缩，金属逐渐与结晶器内壁脱离，形成空隙，随着引锭头以一定的速度向下移动，并接触到结晶器内的冷却水，在冷却水的二次冷却作用下，整个铸锭逐渐凝固。

镁合金半连续DC铸造技术是在现有的铝合金半连续铸造技术基础上发展起来的，该方法生产效率高，铸造成本低，操作简单，且镁合金铸锭中铸造缺陷少，组织致密，但一直以来铸锭内部尤其是铸锭中心区域晶粒尺寸比较粗大，且组织不均匀，严重影响铸锭的力学性能和变形性能。

为了解决铸锭晶粒尺寸比较粗大和凝固组织不均匀的问题，国内外开发出了新型半连续DC铸造方法，其中又以电磁铸造技术效果最为明显，该技术是在交变电磁场作用下进行半连续DC铸造，不仅很好地解决了半连续铸锭表面质量的问题，而且能够细化铸锭边缘组织，但对铸锭心部组织的细化效果不明显。

发明内容

本发明的目的是为满足大型铸锭对铸锭质量的要求，提供一种低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器及其应用，不仅能够改善铸锭内部质量，减少偏析，而且能够细化铸锭内部组织，尤其细化铸锭中心部位的凝固组织。

本发明的技术方案如下：

一种镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，该结晶器设有：结晶器外壳、结晶器上盖、结晶器内套、励磁线圈、进水口、二次冷却水喷孔，具体结构如下：

结晶器外壳的顶部设置结晶器上盖，结晶器外壳和结晶器上盖的中心孔位置设有结晶器内套，结晶器外壳和结晶器上盖之间形成冷却水槽，冷却水槽中设置励磁线圈，结晶器外壳的外侧设置与冷却水槽相通的进水口，结晶器内套上开有与冷却水槽相通的二次冷却水喷孔。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，二次冷却水喷孔为倾斜设置，与半连续铸造时的铸锭移动方向相对应。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，结晶器外壳和结晶器上盖均为不锈钢材质，且厚度均为5-10mm。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，外壳和上盖的材质均采用顺磁性不锈钢。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，结晶器内套采用4XXX系锻造铝合金材质，厚度为10-15mm，形状为喇叭状，且上口小，下口大，倾斜角度为1-6°。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，结晶器内套的上口高出结晶器上盖表面5-10mm。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，冷却水槽内用不锈钢密封盒封装磁感应线圈，励磁线圈位于冷却水槽中，通过不锈钢密封盒与水隔开；励磁线圈由横截面尺寸为(1-3)×(5-7)mm扁铜线绕制而成，高50-85mm，总匝数为50-300。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，结晶器内套上的二次冷却水喷孔与冷却水槽相通。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器，结晶器外壳与结晶器内套，结晶器外壳与结晶器上盖，结晶器上盖与励磁线圈密封盒之间都以环形密封圈密封。

所述的镁合金低频脉冲磁场辅助半连续铸造结晶器的应用，首先将结晶器安装到半连续铸造平台，利用引锭和石棉绳密封结晶器内套底部，并接通冷却水和励磁线圈的电源，位于冷却水槽中的励磁线圈，通过不锈钢密封盒与水隔开，励磁线圈的密封盒不仅防止冷却水直接接触扁铜线，还起到挡水板的作用，使冷却水进入冷却水槽后，经由不锈钢密封盒上方，再由上往下流，最后冷却水从结晶器内套上的二次冷却水喷孔中喷出，并将冷却水的流量调节到300-800ml/s，励磁线圈的脉冲电源电压调节到100-300V；镁合金熔体由熔体流槽导入结晶器内套中，待结晶器内套中的金属熔体液面达到高度为20-50mm时，开启半连续铸机，并将铸造速度调整到50-200mm/min，引锭上方依次形成铸锭、金属液固两相区、金属熔体和金属熔体液面，直到铸造结束，整个过程需在氮气或惰性气体的保护气氛下进行。

本发明中，顺磁性不锈钢可以采用304不锈钢、308不锈钢、309不锈钢或316不锈钢等。

本发明中，4XXX系铝合金成分请参见文献：“铝合金及其加工手册”(第三版)，王祝堂，田荣璋，第30-31页，中南大学出版社，2005年2月。