[发明专利]低频脉冲电磁铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属铸造工艺，尤其是指一种低频脉冲电磁铸造方法。

背景技术

无缺陷铸坯对内部质量和外部质量都有极高的要求，利用电磁力控制铸坯的凝固行为是一项有效的提高铸坯质量的手段，比如：利用高频磁场（>10³Hz）的软接触技术，可以很好的消除铸坯表面的振痕；利用低频磁场（<10¹Hz）的电磁搅拌技术，可以去除夹杂，减少偏析和内裂等缺陷。

上世纪90年代，法国Vives提出CREM技术（Casting,Refinement,Electromagnetic field)，其主要是利用低频交变磁场（10¹～10³Hz），具有细化晶粒和改善铸坯表面质量的复合作用。但该技术的磁场强度峰值较低（磁场强度峰值大约为0.2T），对于密度较大的钢，其不能满足磁场强度要求，而增大磁场强度，由于该磁场是稳态的交变，这需要庞大的水冷设备，且对电源设备提出了更加严格的要求，要求低电压下实现大电流输出，这需要较为昂贵的可控硅整流设备。

脉冲技术具有鲜明的瞬时突变特性，将其引用于电磁场领域，具有以下优点：一、根据电磁感应定律，脉冲电磁场在短时间内产生很强的感生电流，这就为产生较强的力场提供了可能；二、脉冲电磁场平均消耗功率底，并且由于产生焦耳热的时间极短，可以省去庞大的冷却设备，这就为产生较强的磁场提供了可能。目前已有利用脉冲电流通入励磁线圈以产生脉冲磁场，对熔体产生电磁振荡作用。也有利用磁振振荡技术细化金属晶粒的方法。这两种产生脉冲磁场的方法主要是采用高电压，大电容式脉冲电源，其原理都是利用大电容储能瞬间释放，产生强磁场，这些技术只具有利用脉冲磁场引起的声波效应细化凝固组织的单一功能，并且由于趋肤效应的影响，该技术对于小尺寸试样效果明显，但对于工业生产大尺寸铸坯细化效果尚不明确。另外，这种类型的电源充电和放电时间过长，单位时间内放电次数过低（大约3次左右），不利于对金属凝固过程进行控制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种控制钢、铝金属凝固过程的低频脉冲电磁铸造方法，该方法具有复合作用效果，不仅能够获得良好的铸坯表面质量，而且能够获得细化的凝固组织。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低频脉冲电磁铸造方法，其包含：

S1，在中间浇注装置的铸机上安装结晶器；

S2，在所述结晶器上安装一个与低频脉冲电源连接的励磁线圈；

S3，当开浇时，金属熔体通过中间浇注装置注入结晶器内，铸机起步升速，引锭装置将铸坯拉出结晶器，同时开启低频脉冲电源，脉冲电流通过励磁线圈产生低频强磁场强度的低频脉冲磁场，该低频脉冲磁场作用于金属熔体上起搅拌和磁压作用；

S4，当终浇时，铸机升速降低，同时切闭低频脉冲电源。

所述结晶器是切缝水冷式结晶器，切缝处插入云母或者陶瓷，并采用密封胶密封。

所述励磁线圈安装在结晶器金属熔体的弯月面处。

所述励磁线圈连接低频脉冲电源组成了一个低频脉冲磁场发生电路，其中，低频脉冲电源是一个电容储能式低频脉冲电源，该电源的输出端与所述励磁线圈连接后产生所述低频强磁场强度的低频脉冲磁场。

所述低频范围是10¹-10³Hz。

所述强磁场强度是磁场强度>1T。

所述低频脉冲磁场的脉冲电流波形为正弦波，脉冲放电频率f_T为1～25Hz，脉冲波形频率f_w为10～50Hz，脉冲峰值电压U_m为100～500V。

本发明的有益效果：

1.本发明磁场强度大（>1T）。由于该类型脉冲磁场是先将能量存储，然后瞬时放电，可产生较高强度的磁场，从而获得大的电磁力。

2.本发明具有搅拌和磁压功能。由于该类型脉冲磁场频率处于10¹～10³Hz范围内，根据电磁学定律，其产生的电磁场具有搅拌和磁压双重功能，不仅能够改善铸坯的表面质量，比如钢连铸工艺产生的振痕，而且细化铸坯的凝固组织，提高等轴晶比率。