[发明专利]一种实现半凝固浇注的装置

说明书

本发明属于金属连续铸造领域，特别适用于特殊钢连铸，用于消除钢的中心偏析。

中心偏析是连铸坯中存在的主要缺陷之一，尤其是在特殊钢连铸，这个问题尤为突出。为了减少缺陷，人们开发出各种各样的方法，如：低温浇注、电磁搅拌、凝固末端的压力变形技术等等。但目前还没有获得满意的结果。分析其原因，我们认为现有的工艺都是在全液态下浇涛的，其凝固过程是以树枝晶方式进行。

近年来，比利时冶金研究中心(CRM)开发成功了热交换水口(HJN)，从降低钢液的过热度，试图改变传统的全液态下浇涛方式。这种方法是将从中间包流出的钢液，经过水冷的耐火材料水口，来降低钢液的过热度。目前，已实现了接近液相线温度的浇铸，并且经大方坯的浇涛试验表明，钢的中心偏析明显减少。(P.Naveall，″Development of a heat exchanger forcasting with low superheat″Rev.Met.-CIT，Mars 1993 P.395-401)但是，这种方法有以下的问题：

(1)、这种方法虽实现了接近液相线温度的浇铸，但是仍然是全液态下方式浇铸。由于钢的凝固过程的仍树枝晶方式进行，因此，铸坯内仍存在着中心偏析。

(2)、热交换水口结构复杂，制造较困难。

(3)、这种方法不适用于大流量钢水的浇注。

本发明的目的是在于提供一种能消除中心偏析且结构简单半凝固浇注装置。

基于上述发明目的，本发明所采用的方法是半凝固浇注方法，它是基于流变铸造中非枝晶凝固方式可有效地减少或消除宏观偏析的原理，该方法是将中间包流出的钢液流入电磁冷凝器冷却、凝固，在钢液的冷却凝固过程中对钢液施以水平电磁力的搅拌，以破碎钢液中的树枝晶，获得含有一定数量固相粒子的半凝固金属，实现钢的半凝固浇注。

为了实现上述方法，本发明提供了一种电磁冷凝器，其特点是它由使钢液冷却、凝固的冷凝器及能在冷凝器内产生旋转磁场的电磁感应线圈组成，所述冷凝器由水口和水口外围的冷却水套组成，所述电磁感应线圈是由分布于冷凝器周围上、下两组不同线圈组成，两组线圈所产生的电磁力呈相反方向分布。

上述装置中，所述冷凝器中水口的水平截面为园形，其材料为耐火材料。

上述方法中，半凝固浇注的温度或半凝固金属中所含的固相粒子百分数可根据冷凝器中的水量来调节，控制温度在金属的液相线以下。

由于液体金属在水平搅拌力的作用下，会引起液体金属沿冷凝器壁面上升，为此，本发明采用上下布置的两组不同线圈，以施加相反方向的电磁力，其中位于冷凝器外围上部线圈的作用是抑制冷凝器内钢液的升高，同时也可对冷凝器内上部钢液进行搅拌；而位于冷凝器外围下部线圈的主要功能是对冷凝器内钢液进行强力搅拌，以破碎树枝晶，形成含有一定固相率的半凝固金属。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)、可以改变传统的全液态浇铸。合金从半固态金属浆料进入结晶器，可彻底改变通常的凝固过程，消除因树枝晶凝固带来的偏析、裂纹等缺陷，提高质量。

(2)、半凝固浇铸因有一部分固相晶出，减少了凝固潜热，所以对结晶器热冲击小，可提高结晶器的寿命，也可以大大缩短凝固时间，增加拉速、提高生产率。

(3)、本装置中水口内部结构简单，制造容易。

(4)、该方法可适用于不同流量条件的浇注。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1为本发明半凝固浇注装置剖面结构示意图。

图2为本发明在连铸过程中所处位置的示意图。

图1、图2中，1为冷凝器，2为水口，3为冷却水套，4为冷却水套进口，5为冷却水套出口，6为冷却器外围上部电磁感应线圈，7为冷凝器外围下部电磁感应线圈，8为中间包，9为本发明电磁冷凝器，10为水口2的延伸部分，11为结晶器。

图2中，可以看出本发明电磁冷凝器在连铸过程中所处的位置，金属液体从中间包8流出，进入本发明半凝固浇注装置-电磁冷凝器9，受到电磁冷凝器9的强力搅拌和冷却，获得含有一定数量固相粒子的半凝固金属，然后通过水口2的延伸部分10进入结晶器11，进而实现半凝固浇铸。

实现本发明方法的装置，即电磁冷凝器9，它由冷凝器1和冷凝器外围的上、下二组电磁感应线圈6、7组成，冷凝器1由水口2和水口2外围的冷却水套3组成，水口2的材质是耐火材料，冷却水由进口4进入冷却水套3，并以较快的速度从水口外表面流过，将水口内液体金属冷却，然后从出口5排出，调节水量控制液体金属的温度，电磁感应线圈6位于冷凝器外围上部，靠近液体金属入口处，电磁感应线圈7位于冷凝器外围下部，它们提供旋转磁场，可对冷凝器内液体金属施加强力的水平搅拌，但是二者线圈的作用不同，线圈6的作用除了对液体金属搅拌外，主要功能是抑制冷凝器1内液体金属上升，线圈7的作用是对冷凝器1内液体金属实行强力搅拌，使正在凝固的树枝晶破碎，形成球状晶，获得含有一定数量固相粒子的半凝固金属，从而实现半凝固浇注。