CN101185958A - 一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，包括结晶器本体和上盖，结晶器本体和上盖采用锻铝材质，结晶器内壁镶嵌有石墨内衬，电磁感应器设置在石墨内衬与结晶器内壁之间，四周填充耐热绝缘材料。电磁感应器设在结晶器内壁和石墨内衬之间，感应器和铝合金熔体之间的距离减小，通过在铸造过程中施加中频电磁场有效地减小了铸锭的一次冷却强度，提高了电磁场对熔体的作用效果，明显改善了铸锭的表面质量，结晶器结构简洁、紧凑，应用前景看好。

Description

一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器

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结晶器，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

铝合金铸造通常采用直冷式半连续铸造工艺来生产铝合金圆锭和扁锭，由于直冷式半连续铸造工艺多采用铜制结晶器，结晶器的高度较高，一次冷却区间较长，因此，铸锭的表面质量通常较差，往往形成冷隔、表面裂纹等铸造缺陷，对于合金含量较高的铝合金往往在铸锭的表面形成“偏析瘤”，严重影响表面质量。

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，国内外相继开发了很多种先进的铝合金铸造技术，如热顶铸造、气滑铸造、气幕铸造、低液位铸造、电磁铸造等。其中电磁铸造技术于上世纪60年代由前苏联学者Getselev发明，由电磁约束力使液态金属凝固成形，取代了传统铸造靠结晶器壁约束成形的方式，制备的铝合金锭表面非常光亮，可以不用车削而直接进行后续的挤压和轧制变形。但是，电磁铸造对控制系统的精度要求较高，铸造参数和电磁参数的匹配必须非常精确，否则很容易出现拉漏、甚至难以铸造成形的现象。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，由电磁感应器产生辅助电磁场，利用电磁约束力和结晶器壁共同约束液态金属凝固成形，大大降低电磁铸造对铸造设备的要求，提高铸锭的表面质量。

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结晶器，包括结晶器本体和上盖，其特点是：所述结晶器本体和上盖采用锻铝材质，结晶器内壁镶嵌有石墨内衬，电磁感应器设置在石墨内衬与结晶器内壁之间，四周填充耐热绝缘材料；能减小感应器和熔体之间的距离，提高电磁场对熔体的作用效果，明显改善铸锭的表面质量。

进一步地，上述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，所述电磁感应器采用紫铜材质。

更进一步地，上述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，所述电磁感应器为中频电磁感应器。

再进一步地，上述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，在结晶器本体的内腔中设冷却水分配器，结晶器本体上还开有斜向冷却水孔。

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：

本发明在结晶器内壁和石墨内衬之间设置电磁感应器，感应器和铝合金熔体之间的距离减小，通过在铸造过程中施加中频电磁场有效地减小了铸锭的一次冷却强度，提高了电磁场对熔体的作用效果，明显改善了铸锭的表面质量。结晶器结构合理、紧凑，利用中频电磁场实现了铝合金电磁场辅助铸造，实用性强、应用价值高。

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：本发明结晶器的剖视示意图；

图2：本发明结晶器应用时的示意图。

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	上盖	2	结晶器本体	3	冷却水分配器
4	电磁感应器	5	石墨内衬	6	冷却水孔
						7	铝液	8	液固两相区	9	铸锭

具体实施方式

本发明在结晶器中增设电磁感应线圈用于产生辅助电磁场，利用电磁约束力和结晶器壁共同约束液态金属凝固成形，可以大大降低电磁铸造对铸造设备的苛刻要求，提高铸锭的表面质量。

如图1所示，一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，包括结晶器本体2和上盖1，结晶器内壁镶嵌有石墨内衬5，电磁感应器4设置在石墨内衬5与结晶器内壁之间，四周填充耐热绝缘材料；在结晶器本体2的内腔中设冷却水分配器3，结晶器本体2上还开有斜向冷却水孔6。结晶器本体2和上盖1采用锻铝材质，电磁感应器4采用紫铜材质，电磁感应器4为中频电磁感应器。

结晶器内壁镶嵌的石墨内衬5，提供液态铝合金熔体凝固时的固体支撑。结晶器铝内壁与石墨内衬之间安装中频电磁感应器4，通过电磁感应器在熔体内部产生电磁场使结晶器内的铝合金熔体受到指向轴线的“电磁挤压力”作用，有液固两相区8，熔体形成向上拱起的“弯月面”，减小了熔体和结晶器内壁的接触压力，铸锭15的表面质量得到了提高。电磁感应器4置于结晶器本体和石墨内衬之间，电磁感应器四周用耐热绝缘材料填充。铸造时电磁感应器4通入频率为500～3000Hz，强度为1000～10000A的中频交变电流，在结晶器内激发中频电磁场。

本发明装置适合于铝合金圆锭和扁锭的半连续铸造，如图2，在铸造的开始阶段，铝液7进入结晶器，同时电磁感应器4通入中频交变电流激发电磁场，由于电磁感应器4设置于石墨内衬5和结晶器内壁之间，石墨内衬5电阻率高，对高频电磁场的屏蔽作用小，使电磁场能够通过石墨渗透到铝合金熔体内。由于导电金属的“集肤”效应使熔体内产生的感生电流主要集中在熔体的表面，感生电流和外加高频电磁场相互作用，使熔体受到指向铸锭中心径向的电磁力，形成向上拱起的“弯月面”。由于受到电磁力的径向推力作用，熔体和结晶器壁的接触静压力减小，接触摩擦力降低；同时，熔体和结晶器内壁的接触面积减小，铸锭的一次冷却强度降低，基于上述双重因素，采用本结晶器铸造的铝合金铸锭表面质量获得了明显提高。此外，本发明由于采用特殊结构设计和布置方式的电磁感应器，不仅提高了中频电磁场对铝合金熔体的作用效果，还明显改善了铸锭的表面质量。与无模电磁铸造相比，本发明结晶器内壁对液态金属的部分支撑大大提高了铸造工艺的稳定性和可操作性。

本发明结构设计合理、简洁，利用中频电磁场实现了铝合金电磁场辅助铸造，实用性强，使用方便，经济效益和社会效应显著。

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 (4)

1.一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，包括结晶器本体(2)和上盖(1)，其特征在于：所述结晶器本体(2)和上盖(1)采用锻铝材质，结晶器内壁镶嵌有石墨内衬(5)，电磁感应器(4)设置在石墨内衬(5)与结晶器内壁之间，四周填充耐热绝缘材料。

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结晶器，其特征在于：所述电磁感应器(4)采用紫铜材质。

3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金电磁场辅助半连续铸造用结晶器，其特征在于：所述电磁感应器(4)为中频电磁感应器。

4.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结晶器，其特征在于：在结晶器本体(2)的内腔中设冷却水分配器(3)，结晶器本体(2)上还开有斜向冷却水孔(6)。

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