[发明专利]强剪切与电磁场协同制备大规格均质铸锭的装置及方法

权利要求书

1.一种强剪切与电磁场协同制备大规格均质铸锭的方法，其特征在于采用强剪切与电磁场协同制备大规格均质铸锭的装置，该装置包括结晶器、热顶、感应线圈、熔体强剪切单元和引锭；感应线圈位于结晶器冷却水套内部；结晶器外套内壁镶嵌有石墨环；熔体强剪切单元的上部为驱动电机，驱动电机下方为定子套筒，定子套筒顶部设有顶板与驱动电机的外壳固定连接，驱动电机与连接轴装配在一起，连接轴底端固定连接剪切叶片，连接轴和剪切叶片位于定子套筒内部；所述的熔体强剪切单元与升降装置装配在一起，所述的连接轴的轴线与结晶器的轴线重合；所述的定子套筒内部设有隔板，隔板上方的部分为绝热段，下方为开孔段；绝热段的外壁上镶嵌耐高温绝热材料；开孔段的侧壁上开设有通孔；剪切叶片位于开孔段内，连接轴与隔板滑动密封连接；所述的耐高温绝热材料选用石棉、硅酸铝毡或石墨管；所述的定子套筒的材质为低碳钢、钛、高温镍基合金或石墨；所述的隔板的材质与定子套筒相同；所述的剪切叶片的数量为2~10个，宽度2~100mm，叶片厚度0.5~8mm，与连接轴夹角0~80°；所述的剪切叶片的材质为低碳钢、钼、钛、高温镍基合金、耐热陶瓷或石墨；

方法包括以下步骤：

（1）在熔炼炉中进行合金熔炼，经精炼和静置后获得铝合金熔体；

（2）抬升引锭到结晶器内石墨环下沿位置，使热顶、结晶器及引锭形成上端开口且下端封闭的空间；

（3）向结晶器冷却水套内通入冷却水；对感应线圈通入交流电；控制熔体温度高于液相线50~100℃，将铝合金熔体浇入结晶器内，通过浇嘴或分流盘控制铝合金熔体流量；所述的感应线圈由耐热铜管或扁铜线制成，线圈匝数20~200匝，工作时的电流频率为5~150Hz，电流强度为1~600A；

（4）先对熔体强剪切单元的开孔段进行预热处理，将其加热至铝合金熔体的浇铸温度；结晶器内铝合金熔体的液面高度达到设定值后，通过升降装置将熔体强剪切单元位置下调，插入结晶器内的熔池中并位于工作预设位置，启动驱动电机使剪切叶片旋转，同时开启铸造机开始铸造，铸造速度20~200mm/min，铸造温度690~730℃，冷却水流量30~300L/min；当定子套筒在工作预设位置时，开孔段的底端与石墨环上沿之间的垂直高度差≤150mm；铸造过程中，通过剪切叶片对铝合金熔体进行剪切作用，与感应线圈产生的电磁场形成复合作用，直至完成铸造获得铝合金铸锭；铝合金铸锭为直径≥100mm的铝合金圆锭。