CN103600045A - 电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺及金属连铸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，在合金熔体凝固时，利用电磁激振复合机械搅拌技术，产生微观和宏观尺度的强力剪切流动，打碎枝晶，从而实现细化凝固组织和全等轴晶化、降低溶质偏析程度的目标，进而提高合金性能。本发明还提供一种金属连铸装置，包括主要结晶器、转子搅拌桨、转轮、程控电机、磁场发生器、线圈、调压调频交流电源组成的装置来实现。本发明利用电磁激振产生的微观流动和机械搅拌产生的宏观流动形成非常复杂的混沌流动，形成强烈的剪切流，打碎枝晶、促径晶核增殖、降低温度梯度，获得超细的全等轴晶组织，同时显著降低甚至完全抑制合金元素的偏析，本发明的能耗较常规的电磁搅拌显著降低，节能效果显著。

Description

电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺及金属连铸装置

技术领域

本发明涉及一种金属连铸工艺及金属连铸装置，特别是涉及一种对金属熔体增强搅拌的金属连铸工艺及金属连铸装置，应用于凝固技术领域。

背景技术

由于具有良好的抗粘咬性、耐磨减摩性、耐腐蚀性、顺应性和嵌入性等综合性能，同时又具有密度小、导热性好、承载能力大、疲劳强度高等优越性，铝锡轴瓦合金获得愈来愈多的应用以代替传统的锡青铜和巴氏合金，成为汽车柴油发动机中轴瓦的首选材料，以满足高速重载、节能减排的要求。但是，传统水冷铁模浇注法制备的铝锡轴瓦合金晶粒粗大且夹杂物含量较高。同时，由于冷却速度慢和固液共存区宽的凝固特点，常在铝锡合金铸锭中产生严重的偏析，导致在贫Sn处造成Al基体的迅速磨损，使轴瓦合金性能和寿命大打折扣。

为细化铝锡合金材料中的凝固组织、降低夹杂物含量、增加Sn元素的分布均匀性，从而提高合金的承载强度和耐磨减摩等性能，目前主要采用了粉末冶金、喷射成型、快速凝固、脉冲磁场、电磁搅拌等方法。采用粉末冶金技术，可以制备出成分较均匀的铝锡合金，但其工艺复杂，粉末表面易氧化，合金的力学性能和致密度也较差；采用喷射成型技术，可以制备出结构较致密、无宏观偏析、含氧量少的坯件，但其成本非常高，而且生产效率比较低；采用快速凝固技术，可以制备出晶粒十分细小的铝锡合金凝固组织，但对于大尺寸、形状复杂的铸件而言，该技术的实际效果不佳，且工业应用成本较高；采用脉冲磁场技术和电磁搅拌技术，对铝锡合金熔体进行无接触式地搅拌，均匀温度场，在一定程度上可以细化凝固组织并减小偏析程度，但是，这两种技术均是通过交变磁场产生作用的，而交变磁场在透过铜质结晶器时，巨大的屏蔽效应会造成巨大的能量损耗，即使交变磁场透过结晶器，在铝锡合金熔体中仍然存在集肤效应，将进一步弱化电磁力的作用，因此，铸坯的晶粒细化效果很不明显，且电磁力作用区域有限。由此可见，在铝锡合金凝固组织的晶粒尺寸和溶质偏析的控制方面，目前仍然缺少有效的手段。

发明内容

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不足，提供一种电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺及金属连铸装置，在金属凝固过程中利用机械搅拌以及交变电流与静磁场复合产生的电磁激振效应，达到细化金属组织，获得全等轴晶组织并均匀元素分布的目的，使电磁搅拌的能耗显著降低，节能特征显著。

为达到上述发明创造目的，本发明构思如下：

本发明通过电磁激振效应复合机械搅拌技术来完成对金属凝固过程的控制。

首先，在金属连铸过程中施加一个轴向静磁场。静磁场由水冷线圈通入直流电流产生，其可以直接穿透结晶器和处于顺磁状态的金属熔体，不但降低了电能消耗，而且磁场作用区域可以覆盖整个金属熔体。

其次，在施加轴向静磁场的同时，施加一个周期反向的交变电流。将两电极分别连接在转子搅拌桨和引锭杆上，可以非常方便地将交变电流引入金属熔体中，这种直接施加的电流与脉冲磁场等产生的感生电流相比，其效率更高。同时，由于金属熔体电阻率很低，基本属于短路连接，进一步降低了电能消耗，且可以通过改变电流频率更好地控制电流的分布。交变电流与静磁场复合作用能产生显著的电磁激振效应，从而打碎枝晶，细化晶粒。

再次，采用机械转动方式，驱动转子搅拌桨旋转。转子搅拌桨不仅可以作为电极向金属熔体中传输电流，还可作为搅拌棒搅拌金属熔体。与传统的电磁搅拌相比，这种转子搅拌桨的机械搅拌所需能耗大大降低。采用正反转方式搅拌，可以在金属熔体中产生周期反向的流场，其效果如下：第一，金属熔体流动降低了固液界面前沿的温度梯度，易形成内生形核的环境，有利于提高金属凝固组织的等轴晶率，增强凝固组织的细化效果；第二，机械搅拌与电磁激振结合，可以从宏观流动和微观流动双重层次来影响金属凝固过程，电磁激振产生的微观流动和机械搅拌产生的宏观流动可以呈同向、对向或者正交、或者成特定角度等耦合形态，从而可以形成非常复杂的混沌流动，形成强烈的剪切流，这可以显著细化晶粒；第三，流动的金属熔体不断冲刷结晶器壁和固液界面，使部分枝晶臂断裂，这些断裂的枝晶臂随着金属熔体流动而分散开来，形成了许多新的形核质点，产生晶粒增殖效应，有利于形成晶粒细小的全等轴晶凝固组织；第四，金属熔体的强烈流动以及晶粒的细化和等轴晶化促进了元素的均匀分布，有利于提高金属材料的耐磨减摩性能。

    因此，通过电磁激振复合机械搅拌，可以显著细化金属凝固组织中的晶粒，并显著降低成分偏析，进而显著提升金属材料的力学性能和耐磨减摩性能等。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，在金属熔体凝固时，同时设置如下三个互相复合作用的工艺过程：

a. 向金属熔体施加沿着连铸流向的轴向静磁场，使磁力线直接穿透结晶器和金属熔体，使磁场作用区域覆盖结晶器内整个金属熔体；施加静磁场的磁感应强度优选在0.01-12T之间变化，该磁场优选由线圈通入直流电流产生，或者优选用永磁聚磁方式产生，或者优选用超导磁介质产生，产生的磁场最好是匀强磁场或梯度磁场；

b．在上述a工艺过程中施加静磁场的同时，再向结晶器内金属熔体施加周期反向的交变电流，交变电流与在上述a工艺过程中施加的静磁场复合作用，产生电磁激振作用，在金属熔体中产生微观流动的流场；向结晶器内金属熔体施加的交变电流强度优选在0.1-10000A之间变化，电流频率优选在0.01-5000Hz之间变化；

c. 在上述a工艺过程中施加静磁场和上述b工艺过程中施加交变电流的同时，再对结晶器内金属熔体进行机械搅拌，通过机械搅拌在金属熔体中产生宏观流动的流场，电磁激振产生的微观流动和机械搅拌产生的宏观流动呈同向、对向、正交或者成特定角度等耦合形态，进而驱动金属熔体内部形成混沌流动，包括形成微观和宏观尺度的剪切流，从而打碎结晶器内的金属熔体初始凝固枝晶，使晶核增殖，降低金属熔体凝固界面前沿的温度梯度，细化连铸凝固组织晶粒，使金属凝固组织向全等轴晶化方向发展，并调控溶质元素的均匀分布；对结晶器内金属熔体进行的机械搅拌最好采用正反转方式搅拌，使金属熔体中产生周期反向的宏观流场，机械搅拌驱动金属熔体转动的转速范围优选为0-10000r/min，并使金属熔体进行转动的正反旋转频率优选为0.01-500Hz。

在上述金属熔体凝固时，连铸坯的拉速优选在0.01-2m/min之间变化。

上述金属熔体凝固方法优选适用于钢、铝、镁、铜、锌金属及其合金、铝锡合金以及其他容易形成高偏析凝固组织的合金的组织和成分控制过程。

在上述金属熔体凝固时，连铸坯是厚度优选为0.01-1m且宽度为0.01-5m的方坯或板坯，或者优选为直径为0.01-2m的圆坯。

本发明还提供一种实施本发明电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺的金属连铸装置，包括中间包、水口、结晶器水冷套、水冷模结晶器和引锭杆，中间包内的金属熔体经过水口，以设定速度浇入水冷模结晶器中，然后通过连续铸造，由引锭杆拉出铸坯，紧贴水冷模结晶器外部设有结晶器水冷套，冷却水由进水口经过结晶器水冷套后，从出水口流出，将水冷模结晶器置于线圈中，磁场发生器的电流输出端与线圈连接，打开磁场发生器，调节通入线圈中的直流电流的强度，产生静磁场，使线圈内腔中心的磁力线沿水冷模结晶器轴向分布，向水冷模结晶器内的金属熔体中插入转子搅拌桨，程控电机通过驱动转轮带动转子搅拌桨旋转，来搅拌金属熔体，转子搅拌桨由导电材料制成，转子搅拌桨同时作为电极向金属熔体中传输电流，转子搅拌桨和引锭杆分别通过不同的水冷电缆连接到调压调频交流电源的两电极端，使第一根水冷电缆、转子搅拌桨、金属熔体、铸坯、引锭杆和第二根水冷电缆依次连通形成电流通路，打开磁场发生器和调压调频交流电源，同时向金属熔体施加沿着连铸流向的轴向静磁场和周期反向的交变电流，使通过线圈产生的静磁场的磁力线直接穿透水冷模结晶器壁和金属熔体，且使静磁场作用区域覆盖水冷模结晶器内的整个金属熔体，交变电流通过水冷电缆导入金属熔体，通过交变电流与静磁场的复合作用，产生电磁激振，在金属熔体中产生微观流动的流场，与此同时，开启程控电机电源，驱动转子搅拌桨产生周期反向旋转运动，对金属熔体进行机械搅拌，在金属熔体中产生宏观流动的流场，通过电磁激振复合机械搅拌作用，使金属熔体内部的微观流动和宏观流动交相作用，从而驱动金属熔体内部形成混沌流动，最终通过连铸工艺制得金属凝固组织细化、等轴晶化和成分均匀的铸坯。

上述转子搅拌桨的外形优选为转子形状，其直径为5-250mm，转子搅拌桨的材质为石墨、不与金属熔体反应的高熔点金属或用惰性气体冷却的与金属熔体同种的金属，转子搅拌桨的数量至少为1个。

上述水冷模结晶器优选由铜、无磁性不锈钢或石墨制成。

两根水冷电缆皆有一端与调压调频交流电源的两电极端分别连接，两根水冷电缆还皆有另一端最好分别通过导电导轮与转子搅拌桨和引锭杆导电连接，导电导轮最好分别与转子搅拌桨的金属传动轴表面和引锭杆的表面滚动接触导电连接。

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：

1. 本发明将两电极分别连接在转子搅拌桨和引锭杆处，可以方便地将交变电流引入铸坯中，这种直接施加的电流与脉冲磁场等产生的感生电流相比，其效率更高；

2. 由于金属熔体电阻率很低，基本属于短路连接，本发明进一步降低了电能消耗，且可以通过改变电流频率更好地控制电流的分布，甚至可以在金属熔体心部产生显著电磁力作用；

3. 本发明产生的静磁场由水冷线圈通入直流电流产生，可以直接穿透结晶器和处于顺磁状态的金属熔体，不但电能消耗大大降低，而且磁场作用区域覆盖了整个金属熔体；

4. 本发明通入金属熔体中的交变电流与静磁场复合作用能产生电磁激振效应，不断剪切金属熔体，有助于获得晶粒细小的凝固组织；

5. 本发明的转子搅拌桨不仅可以作为电极传输电流，还可作为搅拌棒搅拌金属熔体，产生周期反向流场；

6. 本发明采用电磁激振和机械搅拌复合，能产生微观与宏观尺度的混沌流动，强力剪切流不断冲刷结晶器壁和固液界面，使部分枝晶臂断裂，产生晶粒增殖效应和细化晶粒；强力剪切流还降低了固液界面前沿的温度梯度，形成内生形核的环境，有利于提高合金的等轴晶率；铸坯晶粒的等轴晶化和细化促进了元素的均匀分布，有利于提高金属材料耐磨减摩性能；

7. 本发明采用电磁激振和机械搅拌复合连铸技术，提高了生产效率，提高了产品质量，产品近终型，减少了加工次数，有效节约生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例一金属连铸装置的结构示意图。

图2是本发明实施例一电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺的机理图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1和图2，一种实施电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺的金属连铸装置，包括中间包2、水口3、结晶器水冷套4、水冷模结晶器11和引锭杆7，中间包2内的金属熔体15经过水口3，以设定速度浇入水冷模结晶器11中，然后通过连续铸造，由引锭杆7拉出铸坯6，紧贴水冷模结晶器11外部设有结晶器水冷套4，冷却水由进水口12经过结晶器水冷套4后，从出水口16流出，将水冷模结晶器11置于线圈14中，磁场发生器5的电流输出端与线圈14连接，打开磁场发生器5，调节通入线圈14中的直流电流的强度，产生静磁场，使线圈14内腔中心的磁力线沿水冷模结晶器11轴向分布，向水冷模结晶器11内的金属熔体15中插入转子搅拌桨1，程控电机9通过驱动转轮8带动转子搅拌桨1旋转，来搅拌金属熔体15，转子搅拌桨1是由石墨导电材料制成的1个石墨转子，转子搅拌桨1同时作为电极向金属熔体15中传输电流，转子搅拌桨1和引锭杆7分别通过不同的水冷电缆10连接到调压调频交流电源13的两电极端，即两根水冷电缆10皆有一端与调压调频交流电源13的两电极端分别连接，两根水冷电缆10还皆有另一端分别通过导电导轮与转子搅拌桨1和引锭杆7导电连接，导电导轮分别与转子搅拌桨1的金属传动轴表面和引锭杆7的表面滚动接触导电连接，使第一根水冷电缆10、转子搅拌桨1、金属熔体15、铸坯6、引锭杆7和第二根水冷电缆10依次连通形成电流通路，打开磁场发生器5和调压调频交流电源13，同时向金属熔体15施加沿着连铸流向的轴向静磁场和周期反向的交变电流，使通过线圈14产生的静磁场的磁力线直接穿透水冷模结晶器11壁和金属熔体15，且使静磁场作用区域覆盖水冷模结晶器11内的整个金属熔体15，交变电流通过水冷电缆10导入金属熔体15，通过交变电流与静磁场的复合作用，产生电磁激振，如图2所示，即当电流线J沿转子搅拌桨1向下时，其分量J1与静磁场相互作用产生洛伦兹力F1；当电流线J沿转子搅拌桨1向上时，其分量J2与静磁场相互作用产生洛伦兹力F2，在金属熔体15中产生微观流动的流场，与此同时，开启程控电机9电源，驱动转子搅拌桨1产生周期反向旋转运动，对金属熔体15进行机械搅拌，在金属熔体15中产生宏观流动的流场。通过电磁激振复合机械搅拌作用，使金属熔体15内部的微观流动和宏观流动交相作用，从而驱动金属熔体15内部形成混沌流动，最终通过连铸工艺制得金属凝固组织细化、等轴晶化和成分均匀的铸坯6。

在本实施例中，参见图1和图2，采用Al-20wt%Sn合金作为电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺及金属连铸装置的本实施例用合金，合金总容量为1000kg，Al-20wt%Sn合金采用工业纯铝和纯锡进行熔配。

本实施例通过电磁激振复合机械搅拌制备高性能铝锡合金。以连续制备方坯为例，参见图1，本实施例金属连铸装置由转子搅拌桨1、中间包2、水口3、水冷套4、磁场发生器5、铸坯6、引锭杆7、转轮8、程控电机9、带导轮的水冷电缆10、水冷模结晶器11、进水口12、调压调频交流电源13、线圈14、铝锡合金的金属熔体15、出水口16组成。水冷模结晶器11的内尺寸为400mm×400mm。将水冷模结晶器11置于线圈14中；将引锭杆7升入水冷模结晶器11内部40mm，并封住引锭杆7与水冷模结晶器11之间的间隙；将总容量1000kg的工业纯铝和纯锡按质量比为4:1进行熔配，温度为730℃，待完全熔化后，将铝锡合金的金属熔体15浇入中间包2，静置10min使夹杂物充分上浮；将两根带导轮的水冷电缆10与调压调频交流电源13连接，并分别安置在引锭杆7和转子搅拌桨1上；使铝锡合金的金属熔体15经过水口3以设定速度浇入水冷模结晶器11中，浇入水冷模结晶器11中的铝锡合金的金属熔体15被引锭杆7托住，当水冷模结晶器11中的铝锡合金的金属熔体15液面达到设定高度，插入事先预热过的直径为100mm的转子搅拌桨1，并使引锭杆7以0.3m/min的速度下降，随即打开冷却水开关，冷却水由进水口12经过水冷套4，最后从出水口16流出；将液面稳定在一定高度，使转子搅拌桨1浸入铝锡合金的金属熔体15；打开磁场发生器5，调节通入线圈14的直流电流的强度，产生磁感应强度B为1T的静磁场，磁力线沿水冷模结晶器11轴向向下；控制调压调频交流电源13使交变电流强度稳定在1000A；开启程控电机9电源，通过转轮8使转子搅拌桨1以600r/min的顺时针转速ω或逆时针转速ω^’启动并设定正反旋转频率为10Hz产生周期反向旋转运动，即可制得凝固组织显著细化，晶粒尺度为10-100μm，铸坯6为全等轴晶且成分较均匀的方形铝锡合金铸坯6。

本实施例是在金属熔体凝固时，利用电磁激振复合机械搅拌技术，产生微观和宏观尺度的强力剪切流动，打碎枝晶，从而实现细化凝固组织和全等轴晶化、降低溶质偏析程度的目标，进而提高合金性能。由于采用机械搅拌和采用静磁场、接近短路的交变电流，因此，本实施例的能耗较常规的电磁搅拌技术显著降低，因此还具备显著的节能特征。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，转子搅拌桨1的材质为惰性气体冷却的与金属熔体15同种的金属，采用与金属熔体15同种的金属制作的转子搅拌桨1不会给金属熔体15带来任何二次污染，尤其适合连铸制造高纯净金属材料铸坯6，应用于纯净钢连铸优势明显。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，转子搅拌桨1的数量为2个，比1个转子搅拌桨1的搅拌效果更佳，可以提高金属熔体15内部形成混沌流动的湍流激荡效果，进一步改善凝固组织的晶粒细化和均匀程度。

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，只要不背离本发明电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺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 (11)

1.一种电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于，在金属熔体凝固时，同时设置如下三个互相复合作用的工艺过程：

a. 向金属熔体施加沿着连铸流向的轴向静磁场，使磁力线直接穿透结晶器和金属熔体，使磁场作用区域覆盖结晶器内整个金属熔体；

b．在上述a工艺过程中施加静磁场的同时，再向结晶器内金属熔体施加周期反向的交变电流，交变电流与在上述a工艺过程中施加的静磁场复合作用，产生电磁激振作用，在金属熔体中产生微观流动的流场；

c. 在上述a工艺过程中施加静磁场和上述b工艺过程中施加交变电流的同时，再对结晶器内金属熔体进行机械搅拌，通过机械搅拌在金属熔体中产生宏观流动的流场，电磁激振产生的微观流动和机械搅拌产生的宏观流动呈同向、对向、正交或者成特定角度等耦合形态，进而驱动金属熔体内部形成混沌流动，包括形成微观和宏观尺度的剪切流，从而打碎结晶器内的金属熔体初始凝固枝晶，使晶核增殖，降低金属熔体凝固界面前沿的温度梯度，细化连铸凝固组织晶粒，使金属凝固组织向全等轴晶化方向发展，并调控溶质元素的均匀分布。

2.根据权利要求1所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，在上述a工艺过程中施加静磁场的磁感应强度在0.01-12T之间变化，该磁场由线圈通入直流电流产生，或者用永磁聚磁方式产生，或者用超导磁介质产生，产生的磁场是匀强磁场或梯度磁场。

3.根据权利要求1或2所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，在上述b工艺过程中，向结晶器内金属熔体施加的交变电流的电流强度在0.1-10000A之间变化，电流频率在0.01-5000Hz之间变化。

4.根据权利要求3所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，在上述c工艺过程中，对结晶器内金属熔体进行的机械搅拌采用正反转方式搅拌，使金属熔体中产生周期反向的宏观流场，机械搅拌驱动金属熔体转动的转速范围为0-10000r/min，并使金属熔体进行转动的正反旋转频率为0.01-500Hz。

5.根据权利要求3所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，连铸坯的拉速在0.01-2m/min之间变化。

6.根据权利要求1或2所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：金属熔体凝固方法适用于钢、铝、镁、铜、锌金属及其合金、铝锡合金以及其他容易形成高偏析凝固组织的合金的组织和成分控制过程。

7.根据权利要求1或2所述电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺，其特征在于：在金属熔体凝固时，连铸坯是厚度为0.01-1m且宽度为0.01-5m的方坯或板坯，或者是直径为0.01-2m的圆坯。

8.一种实施权利要求1电磁激振复合机械搅拌的金属连铸工艺的金属连铸装置，包括中间包（2）、水口（3）、结晶器水冷套（4）、水冷模结晶器（11）和引锭杆（7），所述中间包（2）内的金属熔体（15）经过所述水口（3），以设定速度浇入水冷模结晶器（11）中，然后通过连续铸造，由所述引锭杆（7）拉出铸坯（6），紧贴所述水冷模结晶器（11）外部设有结晶器水冷套（4），冷却水由进水口（12）经过所述结晶器水冷套（4）后，从出水口（16）流出，其特征在于：将所述水冷模结晶器（11）置于线圈（14）中，磁场发生器（5）的电流输出端与所述线圈（14）连接，打开所述磁场发生器（5），调节通入所述线圈（14）中的直流电流的强度，产生静磁场，使所述线圈（14）内腔中心的磁力线沿所述水冷模结晶器（11）轴向分布，向所述水冷模结晶器（11）内的金属熔体（15）中插入转子搅拌桨（1），程控电机（9）通过驱动转轮（8）带动所述转子搅拌桨（1）旋转，来搅拌金属熔体（15），所述转子搅拌桨（1）由导电材料制成，所述转子搅拌桨（1）同时作为电极向金属熔体（15）中传输电流，所述转子搅拌桨（1）和所述引锭杆（7）分别通过不同的水冷电缆（10）连接到调压调频交流电源（13）的两电极端，使第一根所述水冷电缆（10）、所述转子搅拌桨（1）、金属熔体（15）、铸坯（6）、引锭杆（7）和第二根所述水冷电缆（10）依次连通形成电流通路，打开所述磁场发生器（5）和所述调压调频交流电源（13），同时向金属熔体（15）施加沿着连铸流向的轴向静磁场和周期反向的交变电流，使通过所述线圈（14）产生的静磁场的磁力线直接穿透所述水冷模结晶器（11）壁和金属熔体（15），且使静磁场作用区域覆盖所述水冷模结晶器（11）内的整个金属熔体（15），交变电流通过水冷电缆（10）导入金属熔体（15），通过交变电流与静磁场的复合作用，产生电磁激振，在金属熔体（15）中产生微观流动的流场，与此同时，开启所述程控电机（9）电源，驱动所述转子搅拌桨（1）产生周期反向旋转运动，对金属熔体（15）进行机械搅拌，在金属熔体（15）中产生宏观流动的流场，通过电磁激振复合机械搅拌作用，使金属熔体（15）内部的微观流动和宏观流动交相作用，从而驱动金属熔体（15）内部形成混沌流动，最终通过连铸工艺制得金属凝固组织细化、等轴晶化和成分均匀的铸坯（6）。

9.根据权利要求8所述金属连铸装置，其特征在于：所述转子搅拌桨（1）的外形为转子形状，其直径为5-250mm，所述转子搅拌桨（1）的材质为石墨、不与金属熔体（15）反应的高熔点金属或用惰性气体冷却的与金属熔体（15）同种的金属，所述转子搅拌桨（1）的数量至少为1个。

10.根据权利要求8或9所述金属连铸装置，其特征在于：所述水冷模结晶器（11）由铜、无磁性不锈钢或石墨制成。

11.根据权利要求8或9所述金属连铸装置，其特征在于：两根所述水冷电缆（10）皆有一端与所述调压调频交流电源（13）的两电极端分别连接，两根所述水冷电缆（10）还皆有另一端分别通过导电导轮与所述转子搅拌桨（1）和所述引锭杆（7）导电连接，所述导电导轮分别与所述转子搅拌桨（1）的金属传动轴表面和所述引锭杆（7）的表面滚动接触导电连接。

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