CN100566889C - 一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，电磁感应器铜板呈铜板结构，由两块竖立铜板、上下两端用铜条密封焊接形成中空结构的单匝铜板线圈，线圈的两端头部位分别连接有中空的铜块，铜块上分别接有接线块，线圈的两端头间设置有绝缘片、线圈弯曲形成环形闭合状；另外，在铜块的附近连接有通水铜管，通水铜管与线圈内腔连通。采用铜板结构保证了电磁场在轴向上的均匀分布，线圈中空结构确保感应器工作时冷却水能够形成回路，且不会渗漏。应用时，电磁感应器置于石墨内衬和结晶器内壁之间，线圈通入中频交变电流，激发中频交变电磁场，线圈和铝熔体距离较近，保证了中频磁场的渗透深度，明显提高了电磁场的作用效果。

Description

一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器

技术领域

本发明涉及一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

为了改善铝合金铸锭表面冷隔较多、偏析较严重的铸造缺陷，前苏联学者Getselev创造了电磁铸造技术，该技术完全是靠电磁力约束金属液成型，取代了传统铸造靠结晶器内壁约束成型的方式。因此，采用电磁铸造制备的铝合金锭表面非常光亮，可以不用车削而直接进行挤压、轧制。但是，电磁铸造要求铸造参数和电磁参数的匹配非常精确，否则很容易拉漏、甚至难以铸造成形。为提高电磁铸造的可操作性，出现了电磁场辅助半连续铸造技术，该技术是在传统结晶器铸造的基础上施加电磁场，使结晶器内的金属熔体受到电磁径向推力的作用，熔体和结晶器壁接触静压力大大减小，铸锭的表面质量获得了显著改善。

电磁感应线圈的设计以及它和结晶器的整合方式是实现电磁场辅助铝合金半连续铸造的关键，电磁感应器可采用铜线圈或铜板缠绕而成。采用多匝线圈结构感应器虽然具有安匝数高的优点，但磁场在轴向分布不均匀，并且装置稳定性差。此外，由于电磁场的“集肤效应”，电磁场在不同介质中会强烈衰减，经计算，电磁场在铝中的集肤深度为4mm左右，在石墨中的集肤深度为40mm左右。常规结晶器内壁一般包括铝和石墨内衬，而铝内壁厚一般为20～40mm。因此如何设计和布置线圈保证磁场能够均匀渗透到结晶器内的铝熔体是电磁场辅助铸造技术的关键和难点。

采用多匝线圈结构的感应器，磁场在轴向分布不均匀，并且线圈匝数多，稳定性较差；为了减小线圈到铝熔体的距离，常将感应线圈布置于石墨内衬和结晶器内壁之间的空腔内，由于冷却水不经过此空腔，给线圈的冷却带来困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种电磁场辅助铝合金半连续铸造用电磁感应器。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，其特征在于：所述电磁感应器铜板呈铜板结构，由两块竖立铜板、上下两端用铜条密封焊接形成中空结构的单匝铜板线圈，线圈的两端头部位分别连接有中空的铜块，铜块上分别接有接线块，线圈的两端头间设置有绝缘片、线圈弯曲形成环形闭合状；另外，在铜块的附近连接有通水铜管，通水铜管与线圈内腔连通。

进一步地，上述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，在两块竖立铜板的中间部位由铆钉将两铜板彼此联接。

更进一步地，上述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，在线圈的两端头部位分别焊接有中空的铜块，在铜块的附近焊接有通水铜管。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明电磁感应器采用铜板结构保证了电磁场在轴向上的均匀分布，线圈中空结构确保感应器工作时冷却水能够形成回路，且不会渗漏，在冷却线圈本身的同时避免了冷却水和液态铝熔体直接接触的可能，铸造非常安全。应用时，电磁感应器置于石墨内衬和结晶器内壁之间，线圈通入中频交变电流，激发中频交变电磁场，线圈和铝熔体距离较近，保证了中频磁场的渗透深度，大大提高了电磁场的作用效果，显著改善了铸锭的表面质量。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：电磁感应器的主视图；

图2：电磁感应器的俯视图；

图3：电磁感应器的右视图；

图4：电磁感应器应用时的示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	铜板	2	铜条	3	铜板
4	铆钉	61	通水铜管	62	通水铜管
						71	接线块	72	接线块	8	绝缘片
91	铜块	92	铜块	10	结晶器上盖
						11	结晶器本体	12	挡水板	13	电磁感应器
14	石墨内衬	15	冷却水孔	16	铝合金熔体
						17	液固两相区	18	铸锭

具体实施方式

如图1～3所示，铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，呈铜板空腔结构，铜板1和铜板3竖立、上下两端用铜条2密封焊接形成中空结构的单匝铜板线圈，在铜板1和铜板3中间用铆钉4将两铜板彼此联接，加强了线圈侧壁双层铜板的强度；在线圈的两端头部位分别焊接有中空的铜块91和铜块92，铜块91上接一接线块71，铜块92上接一接线块72，接线块71和接线块72分别接变压器的正负极，线圈的两端头间设置有绝缘片8，绝缘片8将铜块91和铜块92电性隔离，同时绝缘片8也将接线块71和接线块72电性隔离；根据结晶器的尺寸和形状将铜板1与铜板3复合成的铜板线圈弯曲成需要的结构，形成环形闭合状；另外，在铜块91的开口附近焊接有通水铜管61，在铜块92的开口附近焊接有通水铜管62，通水铜管61和通水铜管62与线圈内腔连通，工作时冷却水可从通水铜管61流进线圈内腔，冷却后从通水铜管62流出，循环冷却线圈。

采用铜板结构的感应器保证了电磁场在轴向上的均匀分布。线圈特殊的中空结构确保感应器工作时冷却水能够形成回路，且不会渗漏，在冷却线圈本身的同时避免了冷却水和液态铝熔体直接接触的可能，保证了铸造安全。将电磁感应器设置于石墨内衬和结晶器内壁之间，铸造时线圈通入频率范围为500～3000Hz、强度范围为1000～10000A的中频交变电流，激发中频交变电磁场，线圈和铝熔体距离较近，保证了中频磁场的渗透深度，提高了电磁场的作用效果。

本发明电磁感应器适用于铝合金圆锭和扁锭的半连续铸造，如图4，结晶器包括结晶器本体11和结晶器上盖10，结晶器内壁镶嵌有石墨内衬14，石墨内衬14装配于结晶器本体11相应的卡槽中，本发明电磁感应器13设置在石墨内衬14与结晶器内壁之间，电磁感应器13四周靠绝缘板与结晶器本体绝缘；在结晶器本体的内腔中设挡水板12，结晶器本体上还开有斜向冷却水孔15。铸造前均匀地向石墨内衬14抹润滑油，使石墨表面形成一薄层均匀地油膜，冷却水腔和电磁感应器分别接通冷却水。铸造开始时铝合金熔体16首先充满底座，随着熔体的不断流入，结晶器内熔体的液面不断升高。此刻，电磁感应线圈通入频率范围为500～3000Hz，强度为1000～10000A的中频交变电流，激发交变电磁场。在电磁场的作用下，结晶器的铝合金熔体受到径向的电磁力形成向上拱起的“弯月面”，在铸锭18上有液固两相区17，并且在铸造开始及进行过程中，只要铸造参数、电磁参数和金属流量不变，弯月面的状态就不变。采用此结构设计的线圈不仅保证了电磁场的均匀分布，而且由于恰当的布置方式减小了结晶器对电磁场的消耗，提高了电磁场的作用效果。

使用表明，采用此结构和此布置方式的线圈，通入较小的电流即可实现较佳的电磁场辅助铸造效果，铸锭的表面质量得到了明显提高。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，其特征在于：所述电磁感应器呈铜板结构，由两块竖立铜板、上下两端用铜条密封焊接形成中空结构的单匝铜板线圈，线圈的两端头部位分别连接有中空的铜块，铜块上分别接有接线块，线圈的两端头间设置有绝缘片、线圈弯曲形成环形闭合状；另外，在铜块的附近连接有通水铜管，通水铜管与线圈内腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，其特征在于：在两块竖立铜板的中间部位由铆钉将两铜板彼此联接。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用电磁感应器，其特征在于：在线圈的两端头部位分别焊接有中空的铜块，在铜块的附近焊接有通水铜管。

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