[发明专利]一种感应线圈与永磁搅拌协同DC制备铝合金铸锭的装置

说明书

一种感应线圈与永磁搅拌协同DC制备铝合金铸锭的装置，包括结晶器、感应线圈和永磁体搅拌单元；感应线圈位于结晶器冷却水套内；永磁体搅拌单元的上部为驱动电机，驱动电机下方为导磁套筒，导磁套筒外部套有隔热套，驱动电机与连接轴装配在一起，连接轴底端固定连接永磁体；连接轴和永磁体位于导磁套筒内。本发明的装置能够在半连续铸造过程中同时利用感应线圈产生电磁场和永磁体产生磁场，通过感应线圈和永磁体参数的调整实现复合场铸造，保证熔体温度场和成分场的均匀性，得到均匀细小的铸锭组织，减小中心负偏析和铸锭开裂现象。

技术领域

本发明属于轻合金半连续铸造技术领域，特别涉及一种感应线圈与永磁搅拌协同DC制备铝合金铸锭的装置。

背景技术

半连续铸造(DC)是生产铝合金最重要的方法，具有冷却强度大，结晶速度快，组织细小，成品率高等优点；然而，在传统半连铸铸造过程中由于冷却方式单一，冷却强度大，温度梯度大，铸锭由外向内凝固，液穴较深，铸锭心部冷却速率慢易产生组织不均，成分偏析甚至开裂等缺陷。尤其是制备大尺寸高强铝合金时，造成组织、成分、性能不均，严重制约了交通运输、航空航天等领域对铝合金大尺寸产品与日俱增的需求。

目前，国内外研究者通过各种方法均改变铸锭的凝固条件方面做了大量的研究并取得了较大的进展，如在半连续铸造过程中施加电场、磁场、超声波、机械搅拌等外场可以显著改善铸锭质量，提高铸锭性能；施加电磁场是一种高效、环保、经济、简单、非接触式的熔体处理方式，不仅可以均匀温度场和成分场，减少铸造缺陷，改善铸锭的凝固行为，并且施加电磁场处理熔体无污染，经济环保；因此，施加电磁场在半连续铸造领域广泛应用；施加电磁场进行熔体处理的方式主要有传统线圈或超导线圈所产生的直流磁场，频率从几赫兹到数十兆赫兹的交流磁场及移动磁场、变幅磁场、脉冲磁场等特殊磁场。

低频电磁铸造工艺是东北大学崔建忠等在电磁细晶铸造工艺基础上，采用更低的频率(低于50Hz)，在结晶器周围布置感应线圈，连续低频电磁铸造铝合金铸坯的方法；利用低频电磁场在熔体中渗透率强的特点，制备了不同规格的铝合金铸锭；不仅实现了电磁细晶铸造工艺细化组织，提高表面质量的目的，而且可以大大提高晶内合金元素含量，减弱宏观偏析，提高铸锭抗裂纹能力；但由于电磁场的集肤效应特性，即使是低频电磁场，在金属熔体中的作用深度也受到限制；特别是在铸造大尺寸铸锭时，铸锭中心位置电磁场强度很弱，边部的电磁场强度很强，导致其对温度场和成分场的调控能力受到限制，对铸锭组织的均匀性控制能力下降。

单一的外场难以满足金属凝固过程中对磁场分布和强度的要求，组合场开始应用于材料的制备过程中，利用两个及两个以上的外场同时进行熔体处理。在专利CN104117645A提出了一种剪切、磁场复合作用下的轻合金半连铸装置及方法，利用电磁场和熔体剪切的互补性，充分均匀了结晶器内熔体的温度场和成分场，在一定程度上解决了现有技术制备大尺寸高强铝合金时组织粗大不均匀、偏析严重、易开裂等缺陷的技术难题。在该技术的基础上，新开发了利用外部感性线圈和心部旋转的永磁搅拌单元同时在铸锭心部和周边同时获得较强磁场，实现对DC铸造整个熔池的较强作用，进而提高大尺寸铝合金DC铸造速度，改善大尺寸铝合金DC铸锭的冶金质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种感应线圈与永磁搅拌协同DC制备铝合金铸锭的装置以及方法，针对现有技术铸造大尺寸铝合金铸锭存在的上述不足，利用感应线圈所产生的电磁场和永磁体所产生的磁场相互补充，使得结晶器内整个熔体均在外场的作用下，充分均匀温度场和成分场，解决铸锭组织中组织粗大不均匀、偏析严重、易开裂等缺陷的技术难题。

本发明的感应线圈与永磁搅拌协同DC制备铝合金铸锭的装置包括结晶器、热顶15、感应线圈13、永磁体搅拌单元和引锭9；感应线圈13位于结晶器冷却水套12内；结晶器外套的内壁上镶嵌有石墨环14；永磁体搅拌单元的上部为驱动电机1，驱动电机1下方为导磁套筒3，导磁套筒3顶部设有顶板与驱动电机1的外壳固定连接，导磁套筒3外部套有隔热套2，驱动电机1与连接轴4装配在一起，连接轴4底端固定连接永磁体10；连接轴4和永磁体10位于导磁套筒内。