CN102990027B - 连铸用低能耗电磁搅拌方法及金属连铸装置 - Google Patents

连铸用低能耗电磁搅拌方法及金属连铸装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连铸用低能耗电磁搅拌方法,利用热顶复合新型低能耗电磁搅拌技术,通过在结晶器内部设置热顶,同时在外围施加无能耗或低能耗的稳恒磁场,通过在中间包中插入电极棒、在连铸坯凝固末端设置辊轮电极,从而可以对结晶器至凝固末端中的所有未凝固金属熔体施加交变电流,该交变电流与外加稳恒磁场相互作用,使得连铸过程中在整个连铸坯内所有未凝固区产生使连铸合金熔体时而顺时针,时而逆时针旋转的电磁搅拌力,从而搅拌未凝固组织,打碎熔体中凝固前沿的树枝晶,细化凝固组织,减少偏析及裂纹。本发明还提供一种专用的金属连铸装置,适用于各种易偏析金属液的连铸工艺过程,拉出凝固组织细化、偏析小、无裂纹的合金连铸坯。

Description

连铸用低能耗电磁搅拌方法及金属连铸装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种连铸工艺和装置,特别是一种用于细化连铸坯的凝固组织、降低或抑制成分偏析、防止连铸坯热裂、制备高性能连铸坯和降低能耗的外场作用下的连铸工艺和装置。
背景技术
[0002] 金属及合金的连铸过程中,特别是大尺寸合金铸坯的连铸过程中,由于连铸传热过程的限制,铸坯往往形成粗大的柱状晶或者枝晶,将低熔点合金元素偏聚于枝晶间,由于凝固收缩,形成严重的正偏析或者反偏析,严重时导致连铸坯热裂而报废,而发达的枝晶组织也不利于连铸坯后续的压力加工处理;此外,在铸坯中心,由于枝晶的搭桥阻隔,枝晶间的合金液凝固收缩,形成大量的缩孔和缩松,这将进一步恶化连铸坯的性能,为解决这一问题,连铸工业中普遍采用电磁搅拌技术,利用交变磁场在连铸坯中产生的感生洛伦兹力,搅拌凝固界面前沿的液态合金,打碎枝晶,形成晶核增殖效应,同时降低凝固界面前沿的温度梯度,促进等轴晶的形成,从而获得高体积分数的等轴晶连铸坯组织,降低成分偏析,抑制连铸坯热裂的发生概率。
[0003]目前已有的电磁搅拌技术包括旋转磁场搅拌技术、行波磁场搅拌技术、高频磁场、中频磁场、低频磁场和脉冲磁场搅拌技术等,这些技术均采用交变磁场透过结晶器,在浇入到结晶器中的合金液中,感生出交变电流再与交变磁场作用,形成搅拌的洛伦兹力。这些方法的最大问题在于,交变磁场必须透过导热导电性良好的结晶器材料如铜、不锈钢、石墨、铝及其合金等,这将耗费大量的电能,即使对于钢铁连铸工艺中的二冷电磁搅拌和末端电磁搅拌,虽然交变磁场不需要透过结晶器材料,但要透入到已经凝固的钢坯内部的钢液区域,同样需要耗费大量的电能,目前用于连铸电磁搅拌的电源功率少则几十千瓦,高则数百千瓦,而真正用于金属及合金液中的电磁搅拌功率不足其消耗总功率的百分之二十甚至更低,这既增加了生产成本,同时使电磁搅拌的效率大为降低,因此,亟需开发更为高效和低能耗的新型电磁搅拌方法和装置。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术问题,本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷,提供一种连铸用低能耗电磁搅拌方法及专用金属连铸装置,在顺利连铸的情况下,利用热顶防止结晶器电流短路和增大结晶器内温度梯度并施加新型低能耗电磁搅拌技术,搅拌凝固组织,打碎金属液中凝固前沿的树枝晶,从而使连铸坯组织细化,降低连铸坯中的成分偏析,并显著降低制备成本,以连铸出凝固组织细小均勻、偏析小、无裂纹的合金连铸坯。
[0005] 为达到上述发明创造目的,本发明的构思如下:
[0006] 采用热顶复合新型低能耗电磁搅拌技术来达到顺利生产组织细小,成分均质化的连铸坯。首先在普通铜模结晶器的内圈设置固定深度和厚度的隔热绝缘材料,形成结晶器热顶,防止电流经结晶器短路,电流将主要通过连铸坯及液穴中的液态金属,同时隔热材料还可以降低铜模结晶器内金属熔体的冷却速度,则连铸坯的冷却主要靠二冷水来传热,此措施可以显著增加凝固界面前沿的温度梯度,形成更为平缓的凝固界面,从而有助于降低连铸坯的元素偏析。在结晶器外侧设置数量n ^ 2组的钕铁硼永磁铁块环组,用于对连铸坯内部产生N极对N极或S极对S极的对向稳恒磁场。由于为稳恒磁场,因此对结晶器材料、连铸坯壳而言,本稳恒磁场的施加没有其它电磁搅拌技术所涉及的磁屏蔽问题和涡流损耗问题,且稳恒磁场由永久磁铁产生,因此无需消耗任何能耗。在中间包中插入与连铸金属同样材质的电极棒,在出结晶器下部的连铸坯位置设置辊轮接触电极,则可以通过中包中的电极棒、中间包金属液和连铸水口中的金属液以及结晶器末端下部的辊轮接触电极,往结晶器中金属熔体和连铸坯通入交变电流,交变电流流经熔融结晶器中合金熔体时与钕铁硼永磁铁组块产生的稳恒磁场相互作用,使连铸合金熔体受到时而顺时针,时而逆时针旋转方向的洛伦兹力,像滚筒洗衣机似的搅拌凝固组织,打碎金属液中的树枝晶,进一步降低温度梯度,形成内生生长的条件,从而可以显著细化凝固组织,也就可以显著降低合金元素的径向和轴向偏析。由于金属熔体具有良好的导电性,且连铸坯一般为平直结构,因此其电阻及感抗很小,即使通入强大的交变电流,其所需的电压也很小,相当于短路状态,因此所需的能耗也极低。因此,本发明可以在极低能耗的条件下实现连铸合金坯的组织细化、成分均匀化的目的。
[0007] 根据以上发明构思,本发明采用下述技术方案:
[0008] 一种连铸用低能耗电磁搅拌方法,将熔融的连铸金属熔体注入中间包,控制中间包内的金属熔体流入结晶器的流速,控制结晶器中的金属液位、结晶器冷却速度和连铸坯拉速,维持稳定的连铸过程,其特征在于:在结晶器内侧粘贴隔热绝缘材料,形成结晶器热顶;同时对结晶器外围向结晶器内区域、连铸二冷段区域和连铸坯凝固末端区域的连铸坯液芯的液态金属施加无能耗或低能耗的外加稳恒磁场,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆处于外部稳恒磁场的作用之下;同时通过外部电源对整个连铸坯的未凝固区域的金属熔体施加交变电流,使被通入的交变电流流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时,与外加稳恒磁场相互作用,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆受到时而顺时针、时而逆时针旋转方向的洛伦兹力,从而搅拌整个连铸坯的未凝固区域的液态金属,打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶,从而细化连铸坯凝固组织。
[0009] 上述隔热绝缘材料优选为不与连铸金属反应的保温毡、具有低导热性和低导电性的液态渣或涂覆在结晶器内壁的隔热绝缘涂层。
[0010] 上述外部电源最好为稳频稳流交流电源,其输出频率和电流可连续分立可调,其电流强度为10-12000Α,频率为0.001-3000ΗΖ,电压为0-3000V。
[0011] 上述外加稳恒磁场优选由钕铁硼永磁铁、钐钴磁铁、已磁化磁钢、电磁铁或超导磁体提供。
[0012] 上述钕铁硼永磁铁最好包括至少2组钕铁硼永磁铁块环组,每组钕铁硼永磁铁块环组产生N极对N极或S极对S极的稳恒磁力线,且N极对N极或S极对S极的磁体可以正对,也可以呈0-180度的角度,形成外加稳恒磁场,每组钕铁硼永磁铁块环组提供的磁感应强度为0.01-10Τ,各组钕铁硼永磁铁块环组的磁体轴向互相平行设置,各组钕铁硼永磁铁块环组的磁体轴向分别与连铸坯轴向平行设置或者与连铸坯轴向之间形成夹角。
[0013] 上述连铸的金属熔体为铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、锌及其合金、锡及其合金、碳钢、合金钢、高温合金或者其他易偏析合金液。
[0014] 根据本发明的构思,还提供一种利用连铸用低能耗电磁搅拌方法的专用金属连铸装置,至少包括中间包、中间包水口、水冷结晶器和二次水冷喷嘴,连铸金属熔体通过中间包的中间包水口从水冷结晶器的上口浇注,凝固的连铸坯从水冷结晶器的末端出口拉出;在水冷结晶器内侧粘贴隔热绝缘材料层,形成水冷结晶器的热顶;并在水冷结晶器的内管的外围、连铸二冷段的连铸坯外围及连铸坯凝固末端的连铸坯外围不同区域皆分别设置能施加无能耗或低能耗的外加稳恒磁场的磁体,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆处于外部稳恒磁场的作用之下;同时还采用将中间包电极棒和辊轮电极用电缆分别连接在稳频稳流交流电源的电流输出端,中间包电极棒的电极端浸入中间包的金属熔体中,辊轮电极设置在从水冷结晶器末端拉出的连铸坯的铸坯凝固末端区域的侧面,使辊轮电极的电极端与连铸坯表面之间通过接触实现电连接,使中间包电极棒、中间包内的金属熔体、中间包水口中的金属熔体、水冷结晶器内的金属熔体、二冷段区域的连铸坯内的金属液芯、连铸坯凝固末端区域的连铸坯金属液芯、连铸坯凝固末端区域的凝固的连铸坯壳之间形成串联的交变电流的通路,通过稳频稳流交流电源对整个连铸坯的未凝固区域的金属熔体施加交变电流,使被通入的交变电流流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时,与外加稳恒磁场相互作用,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆受到时而顺时针、时而逆时针旋转方向的洛伦兹力,从而搅拌整个连铸坯的未凝固区域的液态金属,打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶,从而细化连铸坯凝固组织。
[0015] 作为本发明金属连铸装置优选的技术方案,在连铸不同区域设置外加稳恒磁场的磁体皆分别由至少2组钕铁硼永磁铁块环组构成,每组钕铁硼永磁铁块环组产生N极对N极或S极对S极的稳恒磁场磁力线,形成外加稳恒磁场,稳恒磁场磁力线的方向与连铸还轴向之间形成夹角。
[0016] 上述中间包电极棒为不与连铸金属熔体反应的惰性电极,中间包电极棒为石墨电极、涂TiB2导电耐侵蚀涂层的耐热电极、与连铸金属同等材质的带水冷却的电极或与连铸金属同等材质的带气体冷却的电极。
[0017] 上述连铸坯的截面为圆形、方形、板型、非圆且非方的异型截面。铸坯的尺寸可以适合于4-2000mm直径的圆铸坯或者等截面积的方形、板型或异型铸坯。
[0018] 本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
[0019] 1.采用钕铁硼或者电磁铁、超导磁体产生的稳恒磁场,可以无障碍穿越结晶器内壁管或铸坯坯壳,不存在附加的能量消耗,如果采用永久磁铁,则可以实现零能耗;这相对于传统的交变磁场形成的电磁搅拌,可以显著降低电能消耗;
[0020] 2.采用直接往连铸金属中通入交变电流的方法,能通过改变交变电流的频率和电流强度,来获得合适的周向搅拌洛伦兹力和流场,且电流可以通过铸坯内部未凝的金属液,从而可以解决交变磁场的磁场渗透深度问题,能针对各种凝固特性的合金熔体和各种界面的连铸坯,获得最佳的晶粒细化效果,最大限度降低成分偏析,缓解甚至消除连铸坯应力,提高连铸坯质量,降低连铸缺陷的产生概率,提高成材率;而由于连铸坯及合金液具有良好的电导率,电流的施加相当于短路施加,因此其能耗也极低;
[0021] 3.采用往连铸结晶器中黏贴隔热绝缘材料,可以防止交变电流被结晶器壁短路,从而保证交变电流完全通过结晶器中的金属液,提高电流利用效率和确保最佳的电磁搅拌效果;同时隔热绝缘材料降低了结晶器壁的热流,形成沿轴向的热流,这可以降低液穴深度,从而降低偏析和缺陷的发生概率;
[0022] 4.交变电流的施加,由于其本身产生的磁场与其自身作用,能产生向心的洛伦兹力,该洛伦兹力能降低金属液的静压力,实现与结晶器的软接触,因此能有效提高连铸坯特别是圆型连铸坯的表面质量;
[0023] 5.稳恒磁场磁极在结晶器、二冷段及凝固末端的施加,N极对N极或S极对S极的稳恒磁场与交变电流相互作用可以存在于连铸过程中整个连铸坯未凝固区,产生使连铸合金熔体形成时而顺时针,时而逆时针方向旋转的流动或振动,可以周向搅拌合金熔液,打碎金属液中凝固前沿的树枝晶,从而使合金组织细化与均匀化,甚至实现全等轴晶的连铸坯。
附图说明
[0024] 图1为本发明实施例一金属连铸装置结构示意图。
[0025] 图2为本发明实施例一磁力线与连铸坯的轴向成正交角度的电磁搅拌机理示意图。
[0026] 图3为与图2的通入电流反向的电磁搅拌机理示意图。
具体实施方式
[0027] 本发明的优选实施例详述如下:
[0028] 实施例一:
[0029] 参见图1〜图3,实现本发明方法所采用的专用金属连铸装置至少包括中间包1、中间包水口 7、水冷结晶器2和二次水冷喷嘴9,连铸金属熔体6通过中间包I的中间包水口 7从水冷结晶器2的上口浇注,凝固的连铸坯12从水冷结晶器2的末端出口拉出,本实施例涉及的金属熔体为铝锌为主要组元的7075铝合金。
[0030] 在本实施例中,在水冷结晶器2内侧粘贴隔热绝缘材料层8,形成水冷结晶器2的热顶;并在水冷结晶器2的内管的外围、连铸二冷段的连铸坯外围及连铸坯凝固末端的连铸坯外围不同区域皆分别设置能施加无能耗或低能耗的外加稳恒磁场的磁体,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆处于外部稳恒磁场的作用之下;同时还采用将中间包电极棒5和辊轮电极11用电缆10分别连接在稳频稳流交流电源4的电流输出端,中间包电极棒5的电极端浸入中间包I的金属熔体中,辊轮电极11设置在从水冷结晶器2末端拉出的连铸坯12的铸坯凝固末端区域的侧面,使辊轮电极11的电极端与连铸坯12表面之间通过接触实现电连接,使中间包电极棒5、中间包I内的金属熔体、中间包水口 7中的金属熔体、水冷结晶器2内的金属熔体、二冷段区域的连铸坯12内的金属液芯、连铸坯凝固末端区域的连铸坯金属液芯、连铸坯凝固末端区域的凝固的连铸坯壳之间形成串联的交变电流13的通路,通过稳频稳流交流电源4对整个连铸坯的未凝固区域的金属熔体施加交变电流13,使被通入的交变电流13流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时,与外加稳恒磁场相互作用,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆受到时而顺时针、时而逆时针旋转方向的洛伦兹力14,从而搅拌整个连铸坯的未凝固区域的液态金属,打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶,从而细化连铸坯凝固组织。
[0031] 应用本实施例金属连铸装置,利用热顶复合新型低能耗电磁搅拌技术,细化凝固组织,可以减少7075铝合金连铸坯的偏析及裂纹。具体操作过程如下:
[0032] 参见图1〜图3,将隔热绝缘材料层8贴于水冷结晶器2中,水冷结晶器2的通钢口径为200mmX 200mm,用于连铸方形截面铸坯,隔热绝缘材料8为硅酸铝质保温毡。将2组对向的钕铁硼永磁铁块组成的钕铁硼永磁铁块环组3,设置于水冷结晶器2的外围,用于对结晶器内部产生N极对N极的稳恒磁场12,此磁场与连铸还的轴向成正交角度,磁感应强度大小为IT ;然后在中间包I中的7075铝合金熔体内插入中间包电极棒5,材质为石墨,在出水冷结晶器2末端的连铸坯12侧面设置辊轮电极11,将中间包电极棒5和辊轮电极11用电缆分别连接频率和电流强度连续分立可调的稳频稳流交流电源4的电流输出端。连铸过程中控制铸坯未凝固区都处于3组的钕铁硼永磁铁块环组3产生的N极对N极,磁感应强度大小为IT的稳恒磁场11中。在本实施例中,采用永久磁铁,则可实现零能耗,这相对于传统的交变磁场形成的电磁搅拌,可以显著降低电能消耗。本实施例中的永久磁铁或稳恒磁场发生器的位置,对应在水冷结晶器2内管的外围,还可以在二冷段、凝固末端的位置设置多组,如果设置在从水冷结晶器2到凝固末端的多个区域,则辊轮电极11设置在凝固末端下面的连铸坯,这样可以保证整个连铸未凝固区域均可以受到电磁搅拌力的作用,得到全等轴晶的连铸坯。当水冷结晶器2内7075铝合金液面稳定后,开启稳频稳流交流电源4,调整交变电源4的频率和电流开关,使水冷结晶器2的7075铝合金液中通入交变电流,稳频稳流交流电源4施加频率50Hz,电流强度大小为500A的交变电流13,由于交变电流13流经熔融连铸合金熔体6时在与钕铁硼永磁铁块环组3产生的N极对N极的稳恒磁力线15相互作用,产生使熔融7075铝合金熔体时而顺时针,时而逆时针旋转的周向洛伦兹力14,搅拌7075铝合金熔体,打碎7075铝合金熔体中凝固前沿的树枝晶,从而使7075铝合金这种偏析严重的合金连铸坯组织细化和均匀化,使成分均匀,连铸坯内部的应力显著降低甚至消除。
[0033] 实施例二:
[0034] 本实施例与实施例一基本相同,特别之处在于:
[0035] 在本实施例中,应用本实施例金属连铸装置,利用热顶复合新型低能耗电磁搅拌技术,细化凝固组织,可以极大的改善304不锈钢的连铸工艺,相对于传统的电磁搅拌技术,本发明方法极大地节省了能耗,细化不锈钢连铸坯的凝固组织,降低偏析程度,以及裂纹的产生。具体操作过程如下:
[0036] 将合适的保护渣添加入水冷结晶器2内,水冷结晶器2的通钢口径为800mm,用于连铸圆形截面铸坯,此保护渣层将起到与实施例一的隔热绝缘材料层8—样的效果;将8组由2对钕铁硼永磁铁块组合成的钕铁硼永磁铁块环组3,分别等间距设置于结晶器内管的外围、二冷段及凝固末端之间的连铸坯12的外围,用于对从水冷结晶器2内到不锈钢合金凝固末端所有未凝固区域产生N极对N极的稳恒磁力线15,稳恒磁力线15与连铸坯的轴向成正交角度,磁感应强度大小为1.2T ;然后在中间包I中的不锈钢合金熔体内插入中间包电极5,材质为涂TiB2导电耐侵蚀涂层的耐热电极,在凝固末端下面的连铸坯12侧面设置辊轮电极11,将中间包电极5和辊轮电极11用电缆分别连接频率和电流强度连续分立可调的稳频稳流交流电源4的电流输出端。连铸过程中控制水冷结晶器2内不锈钢合金液面保持稳定,开启稳频稳流交流电源4,施加频率25Hz,电流强度大小为6000A的电流,由于交变电流13流经熔融不锈钢合金熔体6时在与N极对N极的稳恒磁力线15相互作用,产生使整个连铸坯内未凝固的304不锈钢合金熔体时而顺时针,时而逆时针旋转的周向洛伦兹力14,搅拌304不锈钢合金熔体,打碎不锈钢金属液中凝固前沿的树枝晶,均匀温度场,改善连铸坯的散热条件,降低甚至消除连铸坯内部的应力,从而使304不锈钢合金连铸坯组织更加细化,并减少裂纹的产生。同时施加交变电流由于其本身产生的磁场与其自身作用,能产生向心的洛伦兹力,该洛伦兹力能降低不锈钢金属液的静压力,实现与结晶器的软接触,因此能有效提高304不锈钢连铸坯的表面质量。
[0037] 上面结合附图对本发明实施例进行了说明,但本发明不限于上述实施例,还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化,凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,只要不背离本发明连铸用低能耗电磁搅拌方法及金属连铸装置的技术原理和发明构思,都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种连铸用低能耗电磁搅拌方法,将熔融的连铸金属熔体注入中间包,控制中间包内的金属熔体流入结晶器的流速,控制结晶器中的金属液位、结晶器冷却速度和连铸坯拉速,维持稳定的连铸过程,然后向整个连铸坯的未凝固区域施加周期反向电磁搅拌,其特征在于:在结晶器内侧粘贴隔热绝缘材料,形成结晶器热顶;同时对结晶器外围向结晶器内区域、连铸二冷段区域和连铸坯凝固末端区域的连铸坯液芯的液态金属施加无能耗或低能耗的外加同极相对的稳恒磁场,使整个连铸还的未凝固区域的液态金属皆处于外部同极相对的稳恒磁场的作用之下;同时通过外部电源对整个连铸坯的未凝固区域的金属熔体施加交变电流,使被通入的交变电流流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时,与外加同极相对的稳恒磁场相互作用,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆受到时而顺时针、时而逆时针旋转方向的洛伦兹力,从而搅拌整个连铸坯的未凝固区域的液态金属,打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶,从而细化连铸坯凝固组织。
2.根据权利要求1所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法,其特征在于:所述隔热绝缘材料为不与连铸金属反应的保温毡、具有低导热性和低导电性的液态渣或涂覆在结晶器内壁的隔热绝缘涂层。
3.根据权利要求1所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法,其特征在于:所述外部电源为稳频稳流交流电源,其输出频率和电流可连续分立可调,其电流强度为10-12000A,频率为0.001-3000HZ,电压为 0-3000V。
4.根据权利要求1所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法,其特征在于:所述外加稳恒磁场由钕铁硼永磁铁、钐钴磁铁、已磁化磁钢、电磁铁或超导磁体提供。
5.根据权利要求4所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法,其特征在于:所述钕铁硼永磁铁包括至少2组钕铁硼永磁铁块环组,每组钕铁硼永磁铁块环组产生N极对N极或S极对S极的稳恒磁力线,形成外加稳恒磁场,每组钕铁硼永磁铁块环组提供的磁感应强度为0.01-10T,各组钕铁硼永磁铁块环组的磁体轴向互相平行设置,各组钕铁硼永磁铁块环组的磁体轴向分别与连铸坯轴向平行设置或者与连铸坯轴向之间形成夹角。
6.根据权利要求1所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法,其特征在于:连铸的金属熔体为铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金、锌及其合金、锡及其合金、碳钢、合金钢、高温合金或者其他易偏析合金液。
7.一种利用权利要求1所述的连铸用低能耗电磁搅拌方法的专用金属连铸装置,至少包括中间包(I)、中间包水口( 7 )、水冷结晶器(2 )和二次水冷喷嘴(9 ),连铸金属熔体(6 )通过中间包(I)的中间包水口(7)从所述水冷结晶器(2)的上口浇注,凝固的连铸坯(12)从所述水冷结晶器(2)的末端出口拉出,其特征在于:在所述水冷结晶器(2)内侧粘贴隔热绝缘材料层(8),形成所述水冷结晶器(2)的热顶;并在所述水冷结晶器(2)的内管的外围、连铸二冷段的连铸坯外围及连铸坯凝固末端的连铸坯外围不同区域皆分别设置能施加无能耗或低能耗的外加稳恒磁场的磁体,使整个连铸还的未凝固区域的液态金属皆处于外部稳恒磁场的作用之下;同时还采用将中间包电极棒(5)和辊轮电极(11)用电缆(10)分别连接在稳频稳流交流电源(4)的电流输出端,所述中间包电极棒(5)的电极端浸入所述中间包(I)的金属熔体中,所述辊轮电极(11)设置在从所述水冷结晶器(2 )末端拉出的连铸坯(12)的铸坯凝固末端区域的侧面,使所述辊轮电极(11)的电极端与所述连铸坯(12)表面之间通过接触实现电连接,使所述中间包电极棒(5)、所述中间包(I)内的金属熔体、所述中间包水口(7)中的金属熔体、所述水冷结晶器(2)内的金属熔体、所述二冷段区域的连铸坯(12)内的金属液芯、连铸坯凝固末端区域的连铸坯金属液芯、连铸坯凝固末端区域的凝固的连铸坯壳之间形成串联的交变电流(13)的通路,通过所述稳频稳流交流电源(4)对整个连铸坯的未凝固区域的金属熔体施加交变电流(13),使被通入的交变电流(13)流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时,与外加稳恒磁场相互作用,使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属皆受到时而顺时针、时而逆时针旋转方向的洛伦兹力(14),从而搅拌整个连铸坯的未凝固区域的液态金属,打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶,从而细化连铸还凝固组织。
8.根据权利要求7所述的金属连铸装置,其特征在于:在连铸不同区域设置外加稳恒磁场的磁体皆分别由至少2组钕铁硼永磁铁块环组(3)构成,每组钕铁硼永磁铁块环组(3)产生N极对N极或S极对S极的稳恒磁场磁力线(15),形成外加稳恒磁场,稳恒磁场磁力线(15)的方向与连铸还轴向之间形成夹角。
9.根据权利要求7或8所述的金属连铸装置,其特征在于:所述中间包电极棒(5)为不与连铸金属熔体(6)反应的惰性电极,所述中间包电极棒(5)为石墨电极、涂TiB2导电耐侵蚀涂层的耐热电极、与连铸金属同等材质的带水冷却的电极或与连铸金属同等材质的带气体冷却的电极。
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