CN107116194A - 一种镁合金变频超声半连续铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于轻合金加工领域，具体涉及一种镁合金变频超声半连续铸造设备。该设备由变频超声系统和半连续铸造系统组成，变频超声系统包括变频超声电源、变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆、超声冷却装置和精确定位装置，半连铸系统包括熔炼炉、中间包、结晶器。将由变频超声系统产生的频率极速实时变化的超声场引入结晶器内的镁合金熔体，实现对金属熔体谐振频率的准实时跟踪，使整个半连续铸造过程中的液穴熔体持续处于超声谐振处理之下，实现镁合金熔体凝固过程的超声连续高效处理。本发明显著改变镁合金凝固行为，细化组织，提高锭坯凝固组织的均匀性，提高镁合金坯锭的力学性能，显著降低坯锭铸造缺陷，极大改善镁合金锭坯的质量。

Description

一种镁合金变频超声半连续铸造设备

技术领域

本发明属于轻合金加工领域，具体涉及一种镁合金变频超声半连续铸造设备。

技术背景

镁合金具有密度轻，比强度、比刚度高，电磁屏蔽性好，阻尼性能好等优点，使其广泛应用在交通运输、航空航天、国防科技和3C电子等多个领域。半连续铸造因其生产率高，铸造成本低，操作简单而成为生产镁合金锭坯的主要手段。然而，由于镁合金低热熔、低融化热、低导热能力等特点，使其凝固散热困难，凝固边界与熔体中心温度差异大，从而造成凝固组织组织晶粒粗大，枝晶发达，组织不均，溶质元素宏观偏析严重等缺点。同时，由于镁合金易燃，大凝固收缩比及高的氢溶解度等特点，易导致铸锭铸造应力大，组织疏松严重。因此，研制能够生产细晶、均匀、纯净的镁合金锭坯的设备是镁合金加工领域追求的目标。

施加外场能够显著改变镁合金的凝固行为，如：在凝固时施加电场、磁场、超声波等，都能对半连铸过程中合金的温度场、流场、浓度场以及长大形核等凝固行为产生影响。目前，超声场和电磁场是镁合金铸造过程中应用最广的两种外场。美国的VladimirIvanovich等人发明了轻合金的超声波连续铸造方法，并通过实验验证其细化效果。东北大学开发了轻合金电磁半连续铸造的技术，并验证了其细化晶粒均匀组织的效果。然而，这两种技术都有其明显缺点。电磁场作用于镁合金熔体存在趋肤效应，即越远离线圈，电磁场强度越弱。这使得大直径锭坯生产中，熔体中心受到洛伦兹力的作用很小。超声场作用于镁合金熔体时会产生空化效应和声流效应，这两种声致非线性效应会促进异质形核，搅动熔体，产生晶粒细化、除气、均匀组织的效果。

现有超声半连铸技术存在衰减严重和频率漂移两个问题，由于超声场在镁合金熔体中衰减严重，导致超声场作用范围有限，使得远离超声工具头的熔体受到超声场作用小而不利于大直径锭坯的生产。同时，由于半连铸生产中熔体物性参数并不是恒定不变，导致熔体的谐振频率会发生改变，现有固定频率超声场难以克服这种由于谐振频率改变而使得声致非线性效应减弱的现象。不能充分发挥超声场所带来的细化晶粒，均匀组织等效果。

南京声学研究所冯诺等人的研究指出多种频率的超声波共同作用会产生更高密度的空化泡，显著增强空化效应，且这些高密度的空化泡相互影响还会增强声流效应。因此，若超声频率可变化且变化很快，可在同一时间在熔体内存在多种频率的超声波，这些超声波的相互叠加可显著增强声致非线性效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频超声场作用下的镁合金立式半连续铸造方法，针对现有镁合金外场半连续铸造所存在的各种问题，同时为了充分发挥超声场在镁合金熔体中的作用，增强空化、声流效应，显著改善镁合金锭坯组织结构与成分分布，改善铸锭性能。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种镁合金变频超声半连续铸造设备，该设备由变频超声系统和半连续铸造系统组成，所述的变频超声系统包括变频超声电源、变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆、超声冷却装置和精确定位装置，变频超声换能器为压电超声换能器或磁致伸缩超声换能器；对于压电超声换能器，超声冷却装置为气体冷却装置；对于磁致伸缩超声换能器，超声冷却装置为循环水冷却装置；变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆按自上而下依次设置，变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆固定在精确定位装置上，通过精确定位装置实现三维精确定位和移动，超声辐射杆插入镁合金熔体内部，超声冷却装置位于精确定位装置上；所述的半连铸系统包括熔炼炉、中间包、结晶器，结晶器固定于铸造平台之上，浇铸前将引锭装置伸入结晶器内部，熔炼炉与中间包之间通过导液管连通，熔体经结晶器后，在引锭装置顶部形成镁合金锭坯；在半连续铸造过程中，变频超声系统产生频率实时极速变化的变频超声场，在结晶器内熔体凝固过程中，实现全体镁合金熔体均处于连续变频率超声场处理之下。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，变频超声换能器和超声波导杆通过螺纹紧密连接，超声波导杆和超声辐射杆通过螺纹紧密连接。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，中间包设有中间包浇嘴通道、流量控制头、中间包外壁、中间包保温层、气环，中间包的顶部设置气环，中间包的气环一端与保护气体气罐相连，气环内圆一侧设有气孔，保护气通过气环通入中间包中；中间包的侧面和底面均为由外到内的三层结构：中间包外壁、中间包保温层和中间包内壁，中间包的侧面设置中间包浇嘴通道，中间包浇嘴通道与中间包内腔之间开设出口并由流量控制头控制出口大小。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，对于压电变频超声系统，压缩空气经由管道通入气体冷却装置，制冷后导入超声换能器工作区域，保证设备在良好的环境下工作；气体冷却装置采用涡流冷却管或冷却箱，所述的冷却箱包括冷却箱体和气管，气管的一端为进气口，气管的另一端为出气口，冷却箱体中放置干冰或导入液氮；对于磁致伸缩变频超声系统，循环冷却水经由水泵和冷却管道进入超声换能器，对其进行冷却以保障其温度工作环境。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，熔炼炉分别与加压系统和加热控温系统连接，中间包和结晶器分别与保护气系统连接，结晶器与变频超声系统连接。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，变频超声电源与电脑由电缆连接，其超声波功率、频率和频率变化速率均由软件控制，根据不同牌号的镁合金及不同铸造条件所改变；变频超声电源提供持续变化、震荡的信号，并通过超声换能器转化为超声波，变频超声系统提供的超声基本频率为15kHz～25kHz，频率变化范围为±2，超声频率变化速率范围为20～500次/秒，超声功率范围为0.5～6kW。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，超声换能器生成的持续变频超声波经由超声波导杆聚能导入超声辐射杆，超声辐射杆插入结晶器内的镁合金熔体液面以下，将该变频超声场导入镁合金熔体，随着引锭装置拉坯的进行，实现全体积熔体变频超声处理。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，超声辐射杆插入位置及插入深度根据不同铸造条件和合金牌号而改变。

所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，精确定位装置采用超声架或机械手，超声辐射杆的定位由步进电机控制的可实现三维精确定位并维持稳定的超声架控制，或者超声辐射杆的定位由可实现升降、旋转和移动功能的机械手来控制。

本发明的设计思想是：

在半连续铸造过程中，对设定好的铸造条件和铸造温度，存在一个固定的谐振频率f_L，随着铸造的进行，铸造条件和熔体温度的波动会使谐振频率f_L产生一个Δf_L的波动，就是所谓的频率漂移，传统超声处理技术因频率固定无法改变而无法实时满足谐振频率。变频超声系统所产生的超声场在基本频率f_US附近Δf_US范围内极速变化，且f_US+Δf_US远大于并包含f_L+Δf_L；由于频率变化非常快，可达到对对谐振频率f_L+Δf_L的准实时跟踪而解决频率漂移问题。变频超声场不仅可以解决超声频率漂移的问题，同时由于空化效应的增强还能在一定程度上减少超声衰减带来的不利影响。因此，本发明采用一种连续变频超声镁合金半连续铸造设备，大大加强超声非线性效应，加强超声细化效果，充分发挥超声能源作为一种清洁、环保的能源在镁合金半连铸过程中的作用，生产更加纯净、均匀、细晶的镁合金锭坯。

本发明通过以上技术手段，具有以下优点和积极效果：

(1)本发明超声发生系统可产生一种持续变频、震荡的超声场，由于频率变化很快，可同时在熔体中存在多种频率的超声波，并对熔体谐振频率实现准实时跟踪，可有效改善镁合金半连续铸造过程中超声频率漂移所导致的无法实时谐振的问题。同时，这些不同频率的超声波，其相互作用可增强声强，增加空化泡数量，从而大大加强超声空化效应和声流效应。

(2)本发明超声功率和频率均可由专用软件控制，可针对不同镁合金，不同铸造条件进行调节，达到最优处理效果，所生产的镁合金元素宏观偏析大大降低，晶粒大幅下降，力学性能显著提高，成品率也能显著提高。

(3)本发明超声设备固定在由步进电机控制的可实现三维精确定位超声架上，可针对不同生产条件，随时调整超声辐射杆作用位置和作用深度。

(4)本发明采用一种空气压缩冷却装置或循环水冷却装置，可以保证超声设备可以在高温环境下依然保持最佳工作状态，以达到最佳效果。

(5)超声能源作为清洁环境友好型能源，无污染，不仅可以使用于镁合金半连续铸造，还可以使用于铝合金、钛合金、铜合金等其他轻合金。

附图说明

图1是本发明的连续变频超声半连续铸造设备的结构示意图；

图2是本发明所使用的中间包结构示意图；

图3是本发明所使用冷却箱结构示意图；

图4为压电超声换能器结构示意图；

图5为磁致伸缩超声换能器结构示意图；

图6为本发明设备组成流程图；

图7为本发明超声发生、冷却及导入系统装置组成示意图；

图8为实施例中圆形锭坯横截面上的进行组织观察取样部位及样品尺寸示意图；

图9为实施例中圆形锭坯纵截面上的进行拉伸试验取样示意图；其中，(a)为拉伸试样；(b)为圆形锭坯纵截面。

图10为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯组织对比；其中，(a)为中心处；(b)为1/2R处；(c)为边部。

图11为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯主元素宏观偏析对比。

图12为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯拉伸力学性能对比。

图13(a)为本发明传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80镁合金锭坯金相组织对比(中心处、1/2R处和边部)；图13(b)为传统DC铸造锭坯的横截面宏观组织；图13(c)单频超声半连铸锭坯的横截面宏观组织；图13(d)变频超声半连铸锭坯的横截面宏观组织。

图14为本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80条件下使用模拟软件模拟熔体中心处、1/2R处、边部声压分布。

图15为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯组织对比(中心处、1/2R处和边部)。

图16为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯硬度测试结果。

图17为传统DC铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80镁合金锭坯宏观组织对比。其中，(a)传统DC铸造；(b)变频超声半连铸。

图中：1变频超声电源；2引锭装置；3镁合金锭坯；4镁合金熔体；5结晶器；6中间包；7熔炼炉；8导液管；9变频超声换能器；10超声波导杆；11超声辐射杆；12涡流冷却管；13超声架；14中间包浇嘴通道；15流量控制头；16中间包外壁；17中间包保温层；18气环；19冷却箱体；20气管；21干冰或液氮；22外壳；23支架；24压电陶瓷片堆；25电缆；26进气口；27电缆接头；28出气口；29外壳；30磁致伸缩片组；31水浸电缆；32进水口；33电缆接头；34出水口。

具体实施方式

如图1～图3所示，本发明镁合金连续超声半连续铸造设备，用于镁合金生产线的镁合金熔体进行超声细化晶粒，均匀组织，提高力学性能，包括变频超声系统和半连续铸造系统。所述的变频超声系统包括变频超声电源1、变频超声换能器9、超声波导杆10、超声辐射杆11、超声冷却装置(气体冷却装置(涡流冷却管12或冷却箱)或循环水冷却装置)和精确定位装置超声架13，变频超声电源1与电脑由电缆连接，以控制变频超声频率及功率，变频超声换能器9、超声波导杆10、超声辐射杆11按自上而下依次设置，变频超声换能器9和超声波导杆10通过螺纹紧密连接，超声波导杆10和超声辐射杆11通过螺纹紧密连接，运行时变频超声换能器9、超声波导杆10、超声辐射杆11固定在超声架13上，超声架13通过步进电机控制可实现三维精确定位，超声辐射杆11插入镁合金熔体内部，气体冷却装置位于超声架13上；所述的半连铸系统包括熔炼炉7、中间包6、结晶器5和引锭装置2，结晶器5固定于铸造平台之上，可以左右移动，浇铸前将引锭装置2伸入结晶器5内部，熔炼炉7与中间包6之间通过导液管8连通，熔体经结晶器5后，在引锭装置2顶部形成镁合金锭坯3。

其中，中间包6设有中间包浇嘴通道14、流量控制头15、中间包外壁16、中间包保温层17、气环18，中间包6的顶部设置气环18，中间包6的气环18一端与保护气体气罐相连，气环18内圆一侧设有数个气孔，保护气通过气环18通入中间包6中，用以保护中间包6中的镁合金熔体4；中间包6的侧面和底面均为由外到内的三层结构：中间包外壁16、中间包保温层17和中间包内壁，中间包的侧面设置中间包浇嘴通道14，中间包浇嘴通道14与中间包内腔之间开设出口并由流量控制头15控制出口大小(图2)。冷却箱包括冷却箱体19和气管20，气管20的一端为进气口，气管20的另一端为出气口，冷却箱体19中放置干冰或导入液氮(图3)。

如图4所示，本发明的压电超声换能器包括：外壳22、支架23、压电陶瓷片堆24、电缆25、进气口26、电缆接头27、出气口28等，具体结构如下：

外壳22中设置支架23、压电陶瓷片堆24，压电陶瓷片堆24安装于支架23上，外壳22的一端开设进气口26和出气口28，该端安装电缆接头27，外壳22的一侧内壁设置与电缆接头27对应的电缆25。

如图5所示，本发明的磁致伸缩超声换能器包括：外壳29、磁致伸缩片组30、水浸电缆31、进水口32、电缆接头33、出水口34等，具体结构如下：

外壳29中设置磁致伸缩片组30和水浸电缆31，水浸电缆31缠绕于磁致伸缩片组30上，水浸电缆31顶部设置电缆接头33于外壳29的一端，该端开设进水口32和出水口34。其中，磁致伸缩片的材料为退火镍、铝铁合金、镍铁合金、铁钴合金、镍钴合金或镍锌铁氧体等。

如图6所示，本发明设备的流程如下：坩埚熔炼炉→导液管→中间包→结晶器→立式半连续铸造机→镁合金锭坯。其中，坩埚熔炼炉分别与加压系统和加热控温系统连接，中间包和结晶器分别与保护气系统连接，结晶器与变频超声系统连接。

如图7所示，本发明超声发生、冷却及导入系统装置的流程如下：变频超声电源→变频超声换能器→超声波导杆→超声辐射杆→镁合金熔体。其中，变频超声电源与参数控制软件连接，所使用的变频超声换能器包括压电超声换能器和磁致伸缩超声换能器；对于压电超声换能器，压电超声换能器与压电超声冷却系统的出口连接，压电超声冷却系统的流程为：空气压缩器→空气干燥器→气瓶→气体冷却装置(如：涡流冷却管或冷却箱)连至压电超声换能器，使用气体冷却装置以保证整个变频超声系统的工作温度低于40℃，气体冷却装置使用涡流冷却管或使用内部有干冰或液氮的冷却箱；对于磁致伸缩超声换能器，磁致伸缩超声换能器与磁致伸缩超声冷却系统连接，磁致伸缩超声冷却系统使用循环水冷却，其流程为：水泵→循环水冷却管道连至磁致伸缩超声换能器。

如图1～图7所示，本发明镁合金连续超声半连续铸造设备的工作原理为：将连续变频超声场引入镁合金半连续铸造过程中，使结晶器内的镁合金熔体4在连续变频超声场作用下发生凝固。将熔炼好的镁合金熔体4在熔炼炉7中静置，然后通过导液管8导入中间包6中，再经由中间包浇嘴通道14流入结晶器5中。变频超声电源1和电脑相连，并由控制软件控制其超声波功率、频率和频率变化速率，变频超声电源1所产生的高频交流电信号由变频超声换能器9转换成变频超声波，利用超声波导杆10将超声能量放大并导入超声辐射杆11，再将超声辐射杆11插入镁合金熔体4中，从而将连续变频超声导入镁合金熔体4中，使超声场所产生的空化及声流效应作用于镁合金熔体4的凝固过程，熔体在结晶器5壁附近凝固形成坯壳，然后在引锭装置2向下牵引的过程中继续凝固成均匀细化的镁合金锭坯3，实现变频超声场作用下的镁合金熔体半连续铸造。

将由变频超声系统产生的频率极速实时变化的超声场引入结晶器内的镁合金熔体，实现对金属熔体谐振频率的准实时跟踪，使整个半连续铸造过程中的液穴熔体持续处于超声谐振处理之下，实现镁合金熔体凝固过程的超声连续高效处理。

在铸造过程中，当镁合金熔体进入中间包和进入结晶器的整个过程中均要采用保护气体(如：氩气或其他隋性气体等)进行保护，以避免二次氧化和燃烧。

如图8～图9所示，本发明实施例中分别在圆形锭坯横截面和圆形锭坯纵截面上的进行拉伸试验取样。

下面结合具体的实施例对本发明的实施方式进一步说明：

实施例1：ZK60镁合金锭坯变频超声半连续铸造

本实施例中，按照ZK60镁合金的配比将各个配料在合金熔炼炉内熔化并精炼；待中间包温度为660℃时开始浇铸，在铸造过程中将超声辐射杆插入熔体液面以下对熔体施加连续变频超声处理，使用压电超声换能器和涡流冷却管对变频超声系统中的压缩空气进行冷却。

铸造工艺条件：铸造速度50mm/min；将的304不锈钢超声辐射杆用乙炔烘烤至600℃；设定的超声基本频率21kHz，频率变化速率500次/秒，超声功率2400W；结晶器中的冷却水流量4.63t/h。

图10为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯组织对比。可见，本发明方法的组织在整个铸锭上都更为均匀、细小。

图11为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯主元素宏观偏析对比。由图可见，本发明方法的铸锭主元素宏观偏析更低，组织更均匀。

图12为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯拉伸力学性能对比。可见，本发明方法的得到的铸锭在抗拉强度和伸长率方面都有很大提高。其中，心部抗拉强度达到280MPa，伸长率达到8.9％。

实施例2：AZ80镁合金锭坯变频超声半连续铸造

本实施例中，按照配比熔炼AZ80镁合金；待中间包温度为670℃时开始浇铸，在铸造过程中对熔体施加连续变频超声处理，使用压电超声换能器和冷却箱对变频超声系统中的压缩空气进行冷却。

铸造工艺条件：铸造速度：30mm/min，将的304不锈钢超声辐射杆用乙炔烘烤至610℃；设定的超声基本频率25kHz，频率变化速率300次/秒，超声功率6000W；结晶器中的冷却水流量11.3t/h。

图13(a)～(d)为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80镁合金锭坯组织对比。可见，本发明方法的组织在整个铸锭上都更为均匀、细小，同时变频超声场还可减少铸锭柱状晶区。

图14为本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80条件下使用模拟软件模拟熔体心部，1/2R处，边部声压分布。可见，相较单频超声场，连续变频超声场更加震荡，所产生的声压更高。

实施例3：ZK60镁合金锭坯变频超声半连续铸造

本实施例中，按照ZK60镁合金的配比将各个配料在合金熔炼炉内熔化并精炼；待中间包温度为660℃时开始浇铸，在铸造过程中将超声辐射杆插入熔体液面以下对熔体施加连续变频超声处理，使用压电超声换能器和涡流冷却管对变频超声系统中的压缩空气进行冷却。

铸造工艺条件：铸造速度：40mm/min，将的304不锈钢超声辐射杆用乙炔烘烤至600℃；设定的超声基本频率15kHz，频率变化速率20次/秒，超声功率4000W；结晶器中的冷却水流量5.34t/h。

图15为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯组织对比。可见，本发明方法的组织在整个铸锭上都更为均匀、细小。

图16为传统DC铸造、传统单频超声半连续铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的ZK60镁合金锭坯硬度测试结果。可见本发明可提高铸锭的硬度。

实施例4：AZ80镁合金锭坯变频超声半连续铸造

本实施例中，按照AZ80镁合金的配比将各个配料在合金熔炼炉内熔化并精炼；待中间包温度为670℃时开始浇铸，在铸造过程中将超声辐射杆插入熔体液面以下对熔体施加连续变频超声处理，使用磁致伸缩超声换能器和循环水冷却装置对变频超声系统进行冷却。

铸造工艺条件：铸造速度：40mm/min，将的304不锈钢超声辐射杆用乙炔烘烤至600℃；设定的超声基本频率22kHz，频率变化速率400次/秒，超声功率4500W；结晶器中的冷却水流量12.44t/h。

图17(a)～(b)为传统DC铸造和本发明图1所示变频超声半连铸方法铸造的AZ80镁合金锭坯组织对比。可见，本发明方法所获得的铸锭柱状晶更小，组织更为均匀、细小。

实施例结果表明，本发明在镁合金半连续铸造过程中将超声辐射杆伸入镁合金熔体内部，从而将变频超声场导入镁合金熔体，使变频超声场引起的空化效应及声流效应直接作用于正在凝固的镁合金熔体。本发明可显著改变镁合金凝固行为，细化组织，提高锭坯凝固组织的均匀性，提高镁合金坯锭的力学性能，显著降低坯锭铸造缺陷，极大改善镁合金锭坯的质量。

Claims (9)

1.一种镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于，该设备由变频超声系统和半连续铸造系统组成，所述的变频超声系统包括变频超声电源、变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆、超声冷却装置和精确定位装置，变频超声换能器为压电超声换能器或磁致伸缩超声换能器；对于压电超声换能器，超声冷却装置为气体冷却装置；对于磁致伸缩超声换能器，超声冷却装置为循环水冷却装置；变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆按自上而下依次设置，变频超声换能器、超声波导杆、超声辐射杆固定在精确定位装置上，通过精确定位装置实现三维精确定位和移动，超声辐射杆插入镁合金熔体内部，超声冷却装置位于精确定位装置上；所述的半连铸系统包括熔炼炉、中间包、结晶器，结晶器固定于铸造平台之上，浇铸前将引锭装置伸入结晶器内部，熔炼炉与中间包之间通过导液管连通，熔体经结晶器后，在引锭装置顶部形成镁合金锭坯；在半连续铸造过程中，变频超声系统产生频率实时极速变化的变频超声场，在结晶器内熔体凝固过程中，实现全体镁合金熔体均处于连续变频率超声场处理之下。

2.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于，变频超声换能器和超声波导杆通过螺纹紧密连接，超声波导杆和超声辐射杆通过螺纹紧密连接。

3.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于，中间包设有中间包浇嘴通道、流量控制头、中间包外壁、中间包保温层、气环，中间包的顶部设置气环，中间包的气环一端与保护气体气罐相连，气环内圆一侧设有气孔，保护气通过气环通入中间包中；中间包的侧面和底面均为由外到内的三层结构：中间包外壁、中间包保温层和中间包内壁，中间包的侧面设置中间包浇嘴通道，中间包浇嘴通道与中间包内腔之间开设出口并由流量控制头控制出口大小。

4.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于，对于压电变频超声系统，压缩空气经由管道通入气体冷却装置，制冷后导入超声换能器工作区域，保证设备在良好的环境下工作；气体冷却装置采用涡流冷却管或冷却箱，所述的冷却箱包括冷却箱体和气管，气管的一端为进气口，气管的另一端为出气口，冷却箱体中放置干冰或导入液氮；对于磁致伸缩变频超声系统，循环冷却水经由水泵和冷却管道进入超声换能器，对其进行冷却以保障其温度工作环境。

5.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于，熔炼炉分别与加压系统和加热控温系统连接，中间包和结晶器分别与保护气系统连接，结晶器与变频超声系统连接。

6.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于：变频超声电源与电脑由电缆连接，其超声波功率、频率和频率变化速率均由软件控制，根据不同牌号的镁合金及不同铸造条件所改变；变频超声电源提供持续变化、震荡的信号，并通过超声换能器转化为超声波，变频超声系统提供的超声基本频率为15kHz～25kHz，频率变化范围为±2，超声频率变化速率范围为20～500次/秒，超声功率范围为0.5～6kW。

7.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于：超声换能器生成的持续变频超声波经由超声波导杆聚能导入超声辐射杆，超声辐射杆插入结晶器内的镁合金熔体液面以下，将该变频超声场导入镁合金熔体，随着引锭装置拉坯的进行，实现全体积熔体变频超声处理。

8.根据权利要求7所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于：超声辐射杆插入位置及插入深度根据不同铸造条件和合金牌号而改变。

9.根据权利要求1所述的镁合金变频超声半连续铸造设备，其特征在于：精确定位装置采用超声架或机械手，超声辐射杆的定位由步进电机控制的可实现三维精确定位并维持稳定的超声架控制，或者超声辐射杆的定位由可实现升降、旋转和移动功能的机械手来控制。