CN1098131C - 铸造熔融金属的方法及其设备和铸坯 - Google Patents

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Abstract

用于连续铸造熔融金属的方法和设备，它用于向熔融金属作用以由变化的磁场产生的振动，它提高了等轴晶体比例并可细化等轴晶体而不会使由夹粉引起的表面不连续性出现；和一铸坯，其特征为，包括一用于制造铸件的铸造过程，它包括将熔融金属浇入铸模中并向熔融金属作用一来自电磁线圈的电磁力，以使之凝固，该线圈设置在铸模附近，其中，在完全凝固时被沿向下方向拉出或在铸模中被冷却凝固的熔融金属上作用一由设置在铸模中在熔融金属池附近的电磁线圈产生的变化的磁场，以振动熔融金属，以在不超过预定流速的绝对值的范围以及将同一方向和相反方向的大小加速度的方向矢量组合在一起时，使熔融金属受到大的和小的加速度。

Description

铸造熔融金属的方法及其设备和铸坯
本发明涉及在钢水被电磁线圈作用而振动的情形下铸造熔融金属的方法。本发明还涉及实施铸造钢水的方法的连续铸造设备和用该方法和设备铸出的铸坯。更具体一些，本发明涉及浇铸熔融金属的方法、实施浇铸熔融金属的方法的设备和用该方法和设备铸出的铸坯，其特征为，可以防止熔融金属在模具中凝固的过程中，在熔融金属中所卷入体和粉末；可以防止在温度不均匀时在铸坯表面上产生裂纹；此外，可以使铸坯的内部组织变细。
作为使凝固的组织成为待轴结果，以便减少在凝固过程中所产生的偏折的方法，在钢的连续铸造中，广泛使用电磁搅拌。例如，此技术已在日本未经审查的专利申请公开No.50-23338中公开。当用电磁搅拌强制地赋予凝固界面附近的钢水以流动性，以致能力断棱柱形树枝状结晶时，就有可能得到等轴晶体的组织。为了增加等轴晶体的比例，一直到现在都对电磁搅拌的条件进行各种研究并且多少减少了偏折。
但是，按照传统的在模具中产生的电磁搅拌，可以用以生产足够高的产品质量的等轴晶体的比例并不一定在生产难于形成等轴晶体组织的类型的钢(例如那种含碳量不超过0.1％的钢)的情况下得到。为了提高上述难于形成等轴结晶组织的类型的钢的等轴晶体比例，就应当考虑提高在模具中产生的电磁搅拌的推力。不过，当采用这种方法时，钢水在模具中的表面速度就提高，就在钢水的表面上产生夹粉。因此，在产品的表面上产生缺陷。在偏折的产生受到严重限制的某些类型的钢中，仅当提高等轴结晶比时，不能满足质量要求。在这种类型的钢中，等轴晶体组织的晶粒尺寸必须进一步变细。
传统上指导的有下列技术，例如，在美国专利No.5722480中公开了下列技术。在交流静磁场中给以由接通和断开电流产生的脉冲波，以致产生一指向模具侧壁中心的电磁力。通过这种电磁力，就能提供一种润滑作用和一种柔软的接触作用。不过，按照上述方法，不能总是使电流流动，而且振动波的加速度不能被控制。  日本未经审查的专利申请公开No.9-182941公开了一种方法，其中，电磁搅拌的搅拌方法是周期性地反向的，以臻致不会形成向下的流动，可以防止夹杂扩散到下部。不过，按照这种方法，由于磁场变化，振动波不能送到前面的凝固的外皮上。此外，它也不是一种加速度可以被控制，以使凝固组织可以变细、可以为了净化而消除夹杂以及弯月液面可以被稳定的方法。
此外，按照在日本未经审查的专利申请公开No.64-71557中公开的方法，交替用于产生磁场，使熔融金属在水平面中旋转电磁线圈，使磁场在静止状态下存在。因此，弯月液面的流速在此方法中为零。按照在日本未经审查的专利申请公开No.3-44858中公开的方法，为了防止铸坯的V形偏折和孔隙，在电磁搅拌中，在垂直于铸坯拉出方向的平面中产生一循环电流，以10至30秒的时间间隔变换搅拌方向。按照在日本未经审查的专利申请公开No.54-125132中公开的方法，预先规定铸造温度，以防止不锈钢起皱纹，而且为了防止在电磁搅拌中产生的正偏折和负偏折，预先规定其相位彼此不同的两个电流的比率，同时，改换电流方向，使电流沿预定的方向流动5～50秒。
此外，按照日本未经审查的专利申请公开No.60-102263，为了防止在铸造低温用于厚板的含9％的Ni的钢时产生缺陷，电磁搅拌的交替时间设定为10至30各。
在上述技术中，交替搅拌在较长的时间中进行。也就是说，上述技术完全与这样一种技术不同，在该技术中，振动波通过变化的磁场被送至前面的凝固的外皮中，而且振动波的加速度受到控制。
因此，希望开发一种新技术，可以解决上述问题，可以使凝固组织变细，夹杂物可以被净化，此外，弯月液面可以被稳定。
本发明的一个目的为解决上述在模具中进行传统的电磁搅动时所产生的问题。也就是说，本发明的一个目的为提供一种连续铸造的方法，其中，振动通过变化的磁场给出，以致可以提高等轴晶体的比例而不产生由夹引起的表面缺陷，同时，等轴晶体组织本身可进一步变细。此外，本发明的一个目是为提供一种可以对它应用上述连续铸造方法的连续铸造设备，还有，本发明的一个目的为提供一用上述方法和设备生产的铸坯。
本发明的另一目的为解决在该铸造方法中所产生的问题，在该方法中，赋予熔融金属以电磁力，以便能稳定熔融金属的凝固并能改善铸坯的表面性能。
完成上述目的本发明可概述如下：
(1)一种用于铸造熔融金属的方法，它包括下列步骤：将熔融金属浇入模具中并在模具中将其凝固，同时施加一由电磁线圈产生的电磁力，线圈设置在模具中的熔融金属池附近，在熔融金属上方；用电磁线圈产生的变化的磁场振动已经在模具中凝固或正被从模具中向下拉出并同时被冷却和凝固的熔融金属，以使熔融金属被交替地减小高强度的和低速度的加速度。
(2)一种用于铸造熔融金属的方法，它包括下列步骤：将熔融金属浇入模具中并在模具中将其凝固，同时施加一由电磁线圈产生的电磁力，线圈设置在模具中的熔融金属池附近，在熔融金属上方；用由电磁线圈产生的变化的磁场周期性地振动已经在模具中凝固或正在被从模具中向下拉出并同时被冷却和凝固的熔融金属，以使熔融金属被交替地赋予高强度和低强度的加速度。
(3)一种用于铸造熔融金属的方法，它包括下列步骤：将熔融金属浇入模具中并在模具中将其凝固，同时施加一由电磁线圈产生的电磁力，线圈设置在模具中的熔融金属池附近，在熔融金属上方；用由电磁线圈产生的变化的磁场振动已经在模具中凝固或正被从模具中向下拉出并同时被冷却和凝固的熔融金属，以使熔融金属在沿相同的方向或相反方向的大加速度或小加速度的矢量彼此组合时，在不超过预定的流速的范围内被高强度和低强度的加速度加速。
(4)一种用于铸造熔融金属的方法，它包括下列步骤：将熔融金属浇入模具中并在模具中将其凝固，同时施加一由电磁线圈产生的电磁力，线圈设置在模具中的熔融金属池附近，在熔融金属上方；用由电磁线圈产生的变化的磁场沿一方向和一相反的方向周期性地振动已经在模具中凝固或正被从模具中向下拉出并同时被冷却和凝固的熔融金属。
(5)如(1)至(4)面的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在模具中进行的过程是一冷却和凝固过程，同时，在模具中进行的过程也是一用于连续铸坯、大方坯、中厚铸坯或方坯的连续铸造过程。
(6)如(1)至(5)项的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一方向和一相反方向的高强度加速不少于10cm/s2，而振动波沿一方向和一相反方向的低强度加速度则少于10cm/s2。
(7)如第(6)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一个方向的加速度和加速时间，或振动波沿相反方向的加速度和加速时间，以及加速时间系数(加速度x加速时间)满足下式：
50cm/s≤加速时间系数
(8)如第(6)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一个方向的加速度和加速时间，或振动波沿相反方向的加速度和加速时间，以及加速时间系数(加速度x加速时间)满足下列式子：
10η≤加速时间系数
η：熔融金属的粘度，cp
(9)如第(6)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，含碳量c与加速度满足下列式子：
[c]＜0.1％：            30cm/s2≤加速度
0.1％≤[c]＜0.35％：    -80[c]+38cm2/s2加速度
0.35％≤[c]＜0.5％：    133.3[c]-36.7cm/s2加速度
0.5％≤[c]：            30cm/s2≤加速度
(10)如(1)至(5)项的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在沿一个方向加速的过程中和沿相反方向加速的过程中，提供了其时间不超过0.3秒和不少于0.03秒的加速度停止时间或电功率停止时间。
(11)如第(6)、(7)、(8)或(9)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在沿一个方向加速的过程中和沿相反方向加速的过程中，提供了其时间不超过0.3秒和不少于0.03秒的加速度停止时间或电功率停止时间。
(12)如第(6)(7)、(8)或(9)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为：在一个周周中，在t1中产生加速度，接着在t2中保持恒定的流速，其次是沿相反的方向在t3中产生加速度，以后在t4中保持恒定的流过；同时，模具中的熔融金属通过重复这一周间而被周期性地振动，而且，在一个周间中的振动时间t1+t2+t3+t4被确定为不少于0.2秒，但是小于10秒。
(13)如(1)至(8)项的任一项和第(9)的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，熔融金属周期性地被振动，并赋予熔融金属以沿一个方向和相反方向的旋转流。
(14)如第(13)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，当对某一时间进行积分时。要满足下列式子：沿一个方向的(加速时间x加速速度)积分值＞沿相反方向的(加速时间x加速度)积分值；由积分值产生的平均旋转流速不大于1m/s。
(15)如第(13)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在一个时间中，在t1中保持恒定的流速，其次是沿相反的方向在t3中产生加速度，以后在t4中保持恒定的流速，同时，模具中的熔融金属通过重复这一周间而被周期性地振动，t1a是振流流速在t1时间内成为零以前的时间t1b是振动流速在t1时间内或为零以后的时间，要满足t1n+t2+t4+t1a这一式子，同时，由时间差引起的沿一个方向的旋转流速不大于1m/s。
(16)如第(13)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在一n个循环的周间中，周期性地予以振动，只在预定的方向，在振动后的旋转时间ΔTV内由给定的加速度产生旋转流，而且平均旋转流速，循环数n和旋转时间ΔTV要满足下列式子：
平均旋转流速≤1m/s1≤循环数n≤20
0.1≤放置时间ΔTV≤5s
(17)如第(13)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，通过加大沿一个方向的加速度使其大于沿相反方向的加速度而产生旋转流，同时平均旋转流速不大于1m/s。
(18)如第(13)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，用于沿一个方向旋转产生旋转流的电流进一步叠加在振动时通过用于产生变化的磁场的电磁线圈的电流产生的电流上，以使平均旋转流速不会大于1m/s。
(19)如(1)至(9)项的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，熔融金属周期性地被振动，并且进一步加以短时间的振动，此短时间的振动频率不小于100Hz，不大于30KHz。
(20)如(6)至(9)项的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，当熔融金属被浇入模具并在其中凝固时，在模具中或在模具中的熔融金属池附近设置电磁线圈，用由电磁线圈产生的变化的磁场沿一个方向周期性地振动，并且采用一布置在以弯月液面至模具下面距离为1m的位置的范围内的电磁闸。
(21)如第(11)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，在将熔融金属浇入模具中并在其中凝固时，在模具中的熔融金属池附近放置一电磁线圈，所产生的变化的磁场沿一个方向和相反方向周期性地振动熔融金属，并且采用一布置在模具下面离开弯月液面1m的位置的范围内的电磁闸，后者与电磁线圈在模具中停止加速度的时间同步，或与电功率源停止的时间同步。
(22)如(6)至(15)项的任一项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，布置在模具中的熔融金属池附近的电磁线圈设置在模具下面，在从正好在模具下面至离开模具1m的位置的范围内。
(23)如第(22)项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，采用一电磁闸，它布置在从电磁线圈上面距离1m的位置至电磁线圈下面距离1m的位置的范围内。
(24)如第11项的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，布置在模具中的熔融金属池附近的电磁线圈设置在模具下面，在从正好在模具下面的位置至模具下面距离1m的位置的范围内，并采用一电磁阀，它布置在从弯月液面至在模具下面距离1m的位置的范围内，电磁闸与电磁线圈在模具中停止加速度的时间同步，或与电功率源停止的时间同步。
(25)用于(1)至(24)项的任一项的电磁线圈装置，它包括：用于沿一个方向和相反方向周期性地振动的电磁驱动装置；用于控制电磁驱动装置的控制装置。
(26)用于(1)至(24)项的任一项的电磁线圈装置，它包括：一电磁线圈；一用于供应电流，以沿一个方向或相反方向振动电磁线圈的电功率源或一产生波形的装置。
(27)用于(1)至(24)项的任一项的电磁线圈装置，它包括：用于沿一个方向和相反方向周期性地振动熔融金属的电磁驱动装置，电磁驱动装置具有在改变振动方向的情况下将电流加大至指令值的功能；用于控制电流的电流控制装置。
(28)一电关线圈装置，它包括一电磁驱动装置、一用于控制电流的控制装置和一用在(1)至(24)项的任一项中的电磁闸。
(29)一具有负偏折区和树枝状结晶或结晶状组织区的铸坯，负偏折区由多层组织组成，其间距不大于2mm，而层的数目不少于三，树枝状结晶或结晶状组织区由多层的偏斜组织区组成。
(30)一具有负偏折区和树枝状结晶或结晶状组织区的铸坯，负偏折区由多层组织组成，其间距不大于2mm，而层的数目不小于三，树枝状结晶或结晶状组织区由多层的偏斜组织区组成。其中，复偏折区、树枝状结晶或结晶状组织区的厚度不大于30mm。
(31)一铸坯，其特征为，确定了多层组织的负偏折区的平均轮廓的负偏折区的负偏折中心线(m)的转角点(c)，或确定了从弧形负偏折区的偏折中心线的两条相邻边外推的假想转角点(c’)；从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5nm的点(E)画平行于两条相邻边的线，则与偏折中心线(n)相交的点(F)处的外皮厚度D1与沿铸坯厚度方向的中间处的外皮厚度D2之差不大于3mm。
(32)一铸坯，其特征为，确定了具有其平均轮廓的多层偏斜组织的树枝状结晶或结晶状组织区的中心线的转角点，或确定了从弧形树枝状结晶或结晶状组织区的中心线的两条相邻边外推的假想转角点；从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5mm的点画平行于两条相邻边的线，则与中心线相交的点处的外皮厚度D1与沿铸坯宽度方向的中心处的外皮厚度D2之差不大于3mm。
(33)一铸坯，其特征为，铸坯的形状为圆形；多层组织的负偏折区的平均轮廓的负偏折区的偏折区中心线(m)上的点处的外皮厚度的波动不大于3mm。
(34)一铸坯，其特征为，铸坯的形状为圆形；多层组织的偏转组织的树枝状结晶组织或结晶状组织区的平均轮廓的树枝状结晶或结晶状组织区的中心线上的点处的外皮厚度波动不大于3mm。
(35)当将熔融金属浇入模具并使其凝固，同时用布置在模具附近的电磁线圈向熔融金属作用电磁力时，提供了如(31)或(33)项的铸坯，铸坯包括一由在模具的内周向形成的多层组织组成的多偏折区，该多层组织沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定式的间距P，该D在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定。
D＝K(L/V)n………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝Uxt/s………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间
(36)如(31)至(35)的任一项的铸坯，该铸坯在由多层组织组成的复偏折区的内侧，和在由多层形偏斜组织组成的树枝状结晶或结晶状组织区的内侧都具有不少于50％的等轴晶体比例。
(37)当将熔融金属浇入模具并使其凝固，同时用布置在模具附近的电磁线圈向熔融金属给以电磁力时，提供了如(32)或(34)项的铸坯，铸坯包括一其生长方向为有规则地偏斜的树枝状结晶或结晶状组织区，该区沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定义的间距D，该D在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度的D(mm)确定。
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝Uxt/s………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间
下面参照附图详细说明本发明：
图1是一视图，示出了按照本发明的电磁线圈在模具中的布置的概况。
图2(a)是一示意图，用于说明本发明的电磁线圈的电流图形。
图2(b)是一示意图，用于说明在凝固的外皮的前面的振动流速。
图3是一曲线图，它示出了电磁线圈电流的时间与等轴晶体的比例的关系。
图4是一曲线图，示出了电磁线圈电流的时间与等轴晶体的圆的当量直径的关系。
图5是一示意图，示出了其中设有加速度停止时间的实例，其时间在一个方向和相反方向不大于0.3秒，不小于0.03秒。
图6是一示意图，示出一个实例，其中沿一个方向的加速度为100m/s2，而沿相反方向的加速度为50cm/s2。
图7是一示意图，示出了沿浇铸方向在电磁线圈芯部中心处的凝固的外皮厚度的概况。
图8(a)是一视图，示出了本发明的铸坯的负偏折区的明显的转角的典型实例。
图8(b)是一视图，示出了在不明显的负偏折区的情况下的假想转角。
图9是一全相图，它示出了图8的负偏折区的明显的转角。
图1是一视图，示出了当用本发有的电磁线圈在熔融金属上作用一电磁场时，熔融金属在模具中旋转的那一瞬间。在图1中，标号1是电磁线圈，标号2是长边的侧壁，标号3是短边的侧壁，而标号4则是浸入式注口。
本发明的第一特征为，不仅仅在模具中通过用模具的电磁线圈产生变化的磁扬使熔融金属旋转，而且本发明的第一特征还通过变化的磁场沿一个方向和相反的方向给予熔融金属以一加速度，以使熔融金属可在前面的凝固的外皮上振动。此外，此振动波的加速度受到控制。上述技术不仅用于连续铸造过程，而且也可用于其中采用固定的具的铸造过程。在此实施例中，用一直线电动机作为电磁线圈。不过，本发明并不限于这特殊的实施例。只要能产生一变化的磁场，任何磁场发生装置都可以使用，也就是说，并不一定要用产生直线磁场的磁场发生装置。例如，可以采用产生旋转磁场的磁场发生装置，并且可以采用沿一方向和相反方向给予熔融金属以振动的任何磁场发生装置。
本发明的第二特征为，沿一方向和相反方向加大直线电动机的载荷并连续供应电流，以便能实现电流的快速增长。由于上述情况，电磁力可迅速地达到预定值。因此，有可能在一宽广的范围内控制给予熔融金属的加速度。
按照本发明的上述特性，有可能显著地如下提高然造铸坯的内部质量和表面质量。也可以在本发明中对前面的凝固的外皮上给以由变化的磁场产生的振动波，同时控制加速度，以代替由传统的电磁搅拌产生的熔融金属旋转。由于上述情况，棱柱切断力被加大，以致使凝固的组织进一步变细，而且与此同时，铸坯的内部质量可大大地净化。此外，弯月液面的变化可以被抑制成尽可能小，也就是说，对弯用液面形状扰动的影响可以被抑制成尽可能小。这样，就可以显著地改进铸坯的内部质量和表面质量。
在连续铸造中进行的传统的电磁搅拌的流速通过为20～100cm/s。本发明人研究了由电磁搅拌在上述流速范围内产生的等轴晶体产生的机理。作为研究结果，已弄清楚下面的情况。电磁搅拌有一个使棱柱形树枝状结晶流向上游侧倾斜的作用，但是，习惯上至今都认为高的切断棱柱形树枝状结晶的作用并不那么大。电磁搅拌有助于凝固的外皮与熔融金属之间的热传导，而不是将棱柱形树枝结晶切断的作用。因此，过热得以减少，以致能容量地形成结晶核心。根据上述认识，本发明人进一步研究了一种方法，与传统的方法相比，用这种方法可以更显著地提高切断棱形树枝状结晶的作用，并在进行电磁搅拌时不会损害减少熔融金属的过热的作用。作为研究结果，本发明人得到如下结果。如图2所示，周期性地改变电磁线圈的电流，以便向熔融金属给出在前面的凝固的外皮上往复的振动波，是非常有效的。由于上面所述的情况，不仅可以提高等轴晶体的比例，而且也可以使等轴晶体的晶粒尺寸变细。
当如图2(a)所示的圆形改变电磁线圈的电流时，则在凝固的外皮前面的振动流速如图2(b)所示跟随电流变化，其中，与图2(a)所示的曲线相比，图2(b)所示的曲线变成有一点圆角。在前面的凝固的外皮的振动流速在其中不变的区域t2或t4中，振动流提供小的切断棱柱形枝状结晶的作用。不过，在沿一个方向加速的区域t1和沿相反的方向加速的区域3，在前面的凝固外皮上在振动流中产生一加速度。因此，与具有恒定流速的旋转流相比，有可能给棱形树枝状结晶一个非常强的力。由于上述作用，有可能显著的加强切断棱形树枝状结晶的作用。此外，当使在前面的凝固的外皮上的振动流速与传统方法在t2区的振动流速相同时，就有可能通过促进凝固的外皮上熔融金属之间的热传导而提供一减少熔融金属过热的作用。由于已经在加速区t1和t3的前面的凝固的外皮上作用一将棱柱形树枝状结晶切断的足够强的力，因此本发明有一种清洁作用，通过它，可以防止夹杂物被前面的凝固的外皮捕捉。
按照传统的方法，大量的夹杂物被铸坯的凝固速度高的表面捕捉，于是损害了清洁度。不过，按照本发明，在离开按照本发明铸造的铸坯的表面20mm的区域，可以使平均氧浓度小于铸坯的内部的平均氧浓度。由传统的电磁搅拌产生的旋转流产生下列问题。当提高旋转流速以加大等速晶体的比例时，弯月液面紊乱，产生夹粉，另外，旋转流在模具的短边上与侧壁撞击，以致连续产生一强的下降流。不过，当向熔融金属作用一在前面的凝固的外皮上往复的振动波时，有可能防止弯月液面扰动和夹粉的出现，此外，还有可能抑制下降流的影响。因此，可以稳定地进行浇铸。
除此之外，当将旋转流叠加在振动波上时，可以进一步促进夹杂物的净化和核心的产生，同时稳定弯月液面的形状。按照传统的电磁搅拌，要产生溶质元素的负偏折区。因此，不可能保证铸坯的质量。不过，按照本发明，振动波在前面的凝固的外皮上往复振动。因此，产生非常薄的多层结构的折区。因此，负偏折区被扩散，可凝固的组织变细，与此同时，可以防止负偏折。
如图8(a)、8()、和9所示，在铸坯的外周边上，在离开铸坯表面等距离的地方，对应于搅拌时间均匀地产生薄的多层结构的负偏折区。因此，可以防止裂缝在铸坯表面上扩展，并且进一步抑制了晶粒边界的氧化。除此之外，在位于负偏折区之间的正偏折区中，棱柱形结晶(树枝状结晶)的生长方向在每个正偏折区都是交替变化的。因此，与棱柱形结晶(树枝状结晶)在其中沿一个方向生长的铸坯相比，就裂缝的发生而言，凝固组织是坚强的。由于上述理由，有可能用本发明的铸造方法生产一种其表面层有高度加强的功能的铸坯。
其次，在下面说明加速时间系数。当涉及质点运动而考虑处于液态的质点时，可以根据动力学定律叙述如下。“就质点在一预定的时间段中的动量而言，其变化等于作用力的冲量和力在其中作用的时间的乘积”。因此，有可能将此定律用于振动状况下的作用力的改变。也就是说，由本发明定义的加速时间系数，(加速度x加速时间)，可以用作振动的参数，也就是说，(加速度x加速时间)可以表示代表振动状况的冲量或作用力的变化。由于上述情况，有可能通过调节熔化状态下的保持时间(t2、t4)和产生加速度的时间(t1、t3)，同时用加速时间系数作为参数来控制振动状况。
为了稳定地产生上述作用，本发明的在前面的凝固的外皮上往复的振动有一合适的时间。合适的时间的上限和下限如下确定。
为了沿铸坯的周向均匀的作用一加速度，必须在前面的凝固的外皮上边界层还未被剥下的时间内逆转加速时间。此时间小于5秒并且由实验得到。同时，以后称为振动时间的时间段中的振动时间要小于10秒。
另一方面，为了显示沿铸坯的铸造方向的振动效果，必须在铸坯穿过电磁线圈的芯部时作用至少一段时间的振动。此时，振动时间不大于(芯部长度)/(铸造速度)的值。因此，振动时间的上限由铸造作业可在铸坯的周向和铸造方向都稳定这一条件确定。较短的时间为振动时间的上限。
本发明人发现下列情况。当(振动时间)≥2/(电磁线圈频率)这一条件得到满足时，在前面的凝固的外皮上的熔融金属被加速。用于产生变化的磁场电磁线圈的频率最多为10Hz。因此，振动的时间的下限不小于0.2秒。
在本发明中，当将基准点的位移对时间微分时，就得到流速，而加速度则在将流速对时间微分时得到。加速度也可以在振动流速为零的时刻将流速对时间微分而得到。或者，加速度可能是(最大振动流速-最小振动流速)/t1或(最大振动流速-最小振动流速)/t3的值。基准点位于模具长边的中部或位于离开前面的凝固的外皮20mm处在面面的1/4宽度处。加速时间系数的加速时间为t1或一直至加速区间t1的t3，其中，t1受到t3的限制。平均旋转流速是在将加速度乘以时间并相对于全部时间积分，然后将如此得到的值相对于时间平均时得到的平均流速。在图2中，加速区(t1、t3)是高加速度时间，而其加速度为绝对值低的加速区(t2、t4)是一个低加速区。
接着在下面说明本发明的铸坯。铸坯的第一特征为，铸坯有由多层组织组成的负偏折区，多层组织的间距不大于2mm，同时其层数不少于三，而且负偏折区的厚度不大于30mm。就负偏折区而言，有两种情况。一种情况示于图8(a)和9中，其中，负偏折区的转角相对于铸坯的转角是明显的，另一种情况示于图8(b)中，共中，负偏折区的转角相对于铸坯的转角是不明显的。首先，在图8(a)所示的情况中，负偏折中心线(m)的转角点(c)是多层组织的负偏折区的平均轮廓。从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5mm的点(E)画平行于两相邻边的平行线，则在相对于负偏折线(m)的交点(F)处的外皮厚度D1与沿铸坯宽度方向的中点处的外皮厚度D2之差规定不超过3mm。
在图8(b)所示的情况下，确定了假想的转角点(c’)，它是从弧形负偏折区的负偏折中心线(m)的两条相邻的边外推出来的。从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5mm的点(E)画平行于两条相邻边的平行线，则在相对于负偏折中心线(m)的交点(F)处的外皮厚度D1的沿铸坯宽度方向的中间处的外皮厚度D2之差规定不大于3mm。
按同样方式确定了偏转组织的树枝状结晶或结晶组织区的平均轮廓的树枝状结晶或结晶组织区的中心线的转角点，或是确定了从弧形树枝状结晶或结晶组织区的中心线的两条相邻边外推的假想转角上，并以同样方式作了规定。
另一方面，就圆形铸坯而言，在多层组织的负偏折区的偏折中心线(m)上的点处的外皮厚度波动，或偏折组织或结晶组织区的树枝状结晶的平均轮廓的偏折中心线(m)上的点处的外皮厚度波动都规定不大于3mm。
更具体一些，规定了多层组织的负偏折区，偏转组织或结晶组织区的树枝状结晶。也就是说，就负偏折区，偏转组织或结晶组织的树枝状结晶而言，根据图7所示的位置关系，铸坯包括由在模具的内周赂形成的多层组织组成的负偏折区，偏转组织或结晶组织的树枝状结晶，该多层组织沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内上有由下式(2)定义的间距P，该Dc在电磁线圈芯部中心外沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定。
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度；
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度；
   V：铸造速度；
   K：凝固系数；
   n：常数；
P＝Uxt/s………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))；
   t：振动时间
就此而言，在本发明中，安装位置并不限于模具内的位置。只要它是连续铸造机中的一个位置，同时在该处有熔融金属，本发明在原理上可用于任何位置。
在本发明中，熔融金属不限于某特殊金属。不过，此处将参考附图说明本发明，其中，将本发明用于钢。
实例实施例1
在该实例中，为了说明由电磁线圈产生的振动方式对等轴晶体的比例和等轴晶体的晶粒尺寸的影响，进行了实验，其中，将钢水倒入具有电磁线圈的模具中，线圈的频率为10Hz。在此实验中，使50Kg的含碳量为0.35％的钢水在高频熔化炉中熔化并将其倒入用铜做的模具中，其中，模具的宽度为200mm，长度为100mm，高度为300mm。在钢水倒入模具中以后不久，钢水就凝固并且同时在模具中用预定振动方式将其振动。在铸造完毕以后，在模截面上切割钢锭，以便将凝固的组织露在外面。以后评估等轴晶体区的面积比(等轴晶体的面积比)和等轴晶体区的当量圆的直径。振动方式的变化如下。在图2中，电磁线圈的电流设定为最大为100安培，最小为-100安培。其中给出一个方向的加速度的线圈电流加大的时间t1、其中给出相反方向的加速度的线圈电流减小的时间t3和线圈电流保持时间t4都设定在预定值。振动方式按此方式变化。
图3示出了线圈电流变化的时间(t1+t2+t3+t4)与等轴晶体面积比之间的关系。当减少振动时间时，等轴晶体的面积就加大。不过，当振动时间小于0.2秒时，等轴晶体的面积比就突然减小。其原因是，当线圈电流的时间减小时，在前面的凝固的外皮上的振动流速不能追随线圈电流的变化而变化。图4示出了电磁线圈电流的时间与等轴结晶区的当量圆的直径之间关系。当在前面的凝固的外皮上加速度的绝对值(因为加速度值在相反侧的加速区成为-10cm/s2)小于10cm/s2时，等轴晶体区的当量圆的直径与振动时间无关。因此，不可能得到使等轴晶体变细的效果。不过，当加速度的绝对值在前面的凝固的外皮上不小于10cm/s2时，可以认为，等轴晶体在短于10秒的时间中可以变细。为什么除去上述操作条件都不能得到使晶体变细的效果的原因可以说明如下。当振动流速的加速度值在前面的凝固的外皮上小于10cm/s2时，作用在棱柱形树枝状结晶上的力是微弱的，以致不可能得到使结晶变细的效果。当振动时间成为不大于10秒的时间时，边界层在前面的凝固的外皮上被撕下，以致难于使由加速度产生的切割力作用在棱柱形树枝状结晶上。根据上述观点，可以认为，使等轴晶体变细的振动条件要比提高等轴晶体比例的条件苛刻。
因此，可以认为有下列情况。为了提高等轴晶体比例并使等轴晶体的晶粒尺寸变细，电磁线圈电流的时间设定为不小于0.2秒，但小于10秒，与此同时，加速度的绝对值在凝固的前面设定为不小于10cm/s2。
就此而言，联系到本发明中的加速度，其效果取决于钢水的含碳量。在本发明中，加速度被限定如下。当c≤0.1％时，加速度为30～300cm/s2。当0.1％≤c≤0.35％时，加速度为{80[c]+38}～300cm/s2。当0.35％≤c≤0.5％时，加速度为{133.3[c]-36.7}～300cm/s2。当0.5％≤c时，加速度为30～300cm/s2。为什么此处给出该上限的原因为，在超过上述条件时，在试验中没有作出证实。
上述认识是在注意等轴晶体的比例与含碳量之间的关系时从由本发明人所作的实验得到的。实例2
在此实例中，采用了用于连续铸造方坯的双线式连续铸造机，120mm正方形的铸造方坯用含碳量为0.35％的碳钢做成，铸造方坯以1.2m/min的铸造速度浇铸30min。中间包中的温度为1530℃。在一条线中，以60cm/s的流速进行传统的电磁搅拌30min，其中，电磁搅拌装置的线圈电流设定为200A的恒定值，频率设定为10Hz。在另一条线中，在模具中设置能够产生振动的本发明的电磁线圈，在前面的凝固的外皮上的钢水在下列条件下被振动。一个线圈电流的周期的振动时间为2s(最大线圈电流为200A，最小线圈电流为-200A，线圈电流加大时间为0.8s，线圈电流减少时间为0.8s，最大线圈电流保持时间为0.2s，最小线圈电流保持时间为0.2s)，图2示出在50cm/s2的条件下给出的沿一个方向和相反方向的加速度。在剖开铸造方坯的横截面并显示凝固的组织以后，评估了等轴晶体面积比和等轴晶体区的当量圆的直径。就铸造方坯的表面质量而言，将铸造方坯送至内眼检查线，以便每个铸造方坯都用肉眼检查，并且研究了由粉末产生的缺陷数目。
就在其上进行传统的电磁搅拌的方坯而言，等轴晶体比例为30％，等轴晶体区的当量圆的直径为3.0mm。钢水的流速为60cm/s，它超过了夹粉的临界流速。因此，钢水表面上的粉末被夹入，由粉末产生缺陷，其数量为5个/方坯。此外，形成了负偏折区，其宽度约为20mm，位于铸造方坯的横截面的表面层侧。另一方面，当用本发明的电磁线圈产生振动时，铸造方坯的等轴晶体面积比为50％，等轴晶体区的当量圆的直径为1.3mm。因此，与传统的电磁搅拌相比，不仅提高了等轴结晶面积比，而且还使等轴结晶的晶粒尺寸变细。由于模具中的凝固的前面受到振动，不产生夹，不产生源自粉末的缺陷。在铸造方坯的横截面，在15mm的表面层上形成其间距为1.5mm的多层的负偏折区，并且还形成多层的偏转组织的树枝状结晶。实例3
在此实施例子中，采用了用于连续铸造大扁坯的双线式连续铸造机，并以1.8m/min的铸造速度用30min铸造250mm厚×1500mm宽的用含碳量为0.35％的碳钢做成的铸件。中间包中的温度为1550℃。在一条线中，进行传统的电磁搅拌，其中，电磁搅拌装置的线圈电流设定为500A的恒定值，频率设定为2Hz，在60cm/s的流速下进行了30min。在另一条线中，在模具中设置有能够进行搅拌的本发明的电磁线圈。对于铸造的第一个一半中的15min，在下列条件下振动在凝固的前面的钢水。线圈电流的一个周期的振动时间为2s(最大线圈电流为400A，最小线圈电流为-400A，线圈电流加大时间为0.8s，线圈电流减小时间为0.8s，最大线圈电流保持时间为0.2s，最少线圈电流保持时间为0.2s)，图2示出在70cm/s2的条件下沿一个方向和相反方向的加速度。对于铸造的第二个一半中的15min，在下列条件下振动在前面的凝固的外皮上的钢水。线圈电流的一个周期的振动时间为2.1s(最大线圈电流为400A，最小线圈电流为-400A，线圈电流加大时间为0.8s，线圈电流减少时间为0.8s，最大线圈电流保持时间为0.2s，最小线圈电流保持时间为0.2s)，沿一个方向和相反方向加速的加速停止时间为0.05s，图5示出在50cm/s2的条件下沿一个方向和相反方向的加速度。在剖开铸坯的横截面并露出凝固的组织以后，评估了等轴晶体面积比和等轴晶体区的当量圆的直径。就铸坯的表面质量而言，将铸坯送至肉眼检查线，以便每个铸坯都用肉眼检查，并且研究了由粉末产生的缺陷数目。由于铸坯表示上的表面痕足迹对应于弯月液面的形状，故同时研究了振动痕迹水平之差。
就在其上作用传统的电磁振动的铸坯而言，等轴晶体比为30％，而等轴晶体区的当量圆的直径为3.0mm。钢水的流速为60m/s，它超过了夹粉的临界流速。因此，钢水表面上的粉末被夹入，由粉末产生缺陷，其数量为5个/铸坯。此外，由于弯月液面成为无序的，故振动痕迹水平之差为3.5mm。再有，在铸坯的横截面的表面层侧形成了其宽度为20mm的负偏折区。
另一方面，当用本发明的电磁线圈产生振动时，尽管存在加速度停止时间，但铸坯的等轴晶体面积比为50％，等轴晶体区的当量圆的直径为1.3mm。因此，此实例的等轴晶体面积比大于传统的电磁搅拌的等轴结晶面积比，此外，可使等轴晶体的晶粒尺寸变细。此外，由于模具中的凝固的前面的钢水受到振动，不产生夹粉，不产生源自粉末的缺陷。在铸坯的横截面上，在15mm的表面层上形成其间距为1.5mm的、对应于振动时间的多层的负偏折区及生成多层的偏转结构的树枝状晶体。就振动痕迹而言，在其中未提供加速度停止时间的铸坯的情况下，振动痕迹为3mm。在两种情况下，与传统的电磁搅拌相比，弯用液面的形状变成均匀的。不过，当提供加速度停止时间时，使使弯月液面更均匀。其原因为，当提供加速度停止时间时，减小了突然的加速度，以致可使弯月液面均匀。在本发明中，加速度停止时间设定为不大于0.35，不小于0.035。其理由说明如下。当将加速度停止时间设成大于0.3s时，加速度的作用受到损害，而当加速度停止时间设成小于0.035s时，就不可能使弯月液面均匀。实例4
在此实例中，彩了用于连续铸坯的双线式连续铸造机，并以1.8m/min的铸造速度用30min铸造250厚×1500mm厚的用含碳量为0.35％的碳钢做成的铸坯。中间包中的温度为1550℃。在一条线中，进行传统的电磁搅拌，其中，电磁搅拌装置的线圈电流设定为500A的恒定值，频率设定为2Hz，在60cm/s的流速下进行了30min。在另一条线中，在横子中设置能产生振动的本发明的电磁线圈。在凝固的前面的钢水在下列条件下受到振动。线圈电流的一个周期的振动时间为2s(最大线圈电流为400A，最小线圈电流为-400A，线圈电流加大时间为0.4s，线圈电流关小时间为0.8s，最大线圈电流保持时间为0.3s，最小线圈电流保持时间为0.5s)，图6示出沿正向的加速设定为100cm/s2，沿反向的加速度设定为50cm/s2。在剖面铸坯的横截面并露出凝固的组织以后，评估了等轴晶体面积比和等轴晶体区的当量圆的直径。就铸坯的表面质量而言，将铸坯送至肉眼检查线，以便每个铸坯都用肉眼检查，并且研究了由粉末产生的缺陷数目。除此之外，进行了微观检查，以核查铸坯的表面层上的夹杂物块数。
就在其上进行传统的电磁搅拌的铸坯而言，等轴晶体比为28％，等轴晶体区的当量圆的直径为3.1mm。钢水的流速为60cm/s，它超过了夹粉的临界流速。因此，钢水表面上粉末被夹入，由粉末产生缺陷，其数量为6个/铸坯。此外，在铸坯的横截面的表面层侧形成了宽度约为20mm的负偏折区。
另一方面，当用本发明的电磁线圈按照时间差沿正向和反向产生振动和旋转时，铸坯的等轴晶体面积比为55％，等轴晶体区的当量圆的直径为1.3mm。因此，与传统的电磁搅拌相比，不仅提供了当轴晶体面积比，而且可使等轴晶体的晶粒尺寸变细。由于模具中的凝固的前面的钢水受到振动，故既不产生夹粉，也不产生源自粉末的缺陷。在铸坯的横截面上，在15mm的表面层上形成其间距为1.5mm的多层的负偏折区，并且还形成偏转组织的树枝状结晶。当同时用电磁线圈赋予钢水以振动和旋转时，棱柱形树枝状结晶更有效地被切割，因此，与其中只赋予钢水以振动的实例3相比，等轴晶体的比例在此实例中被提高了。就此而言，当向在钢水中进行的振动加以旋转时，夹粉可被振动抑制，不过，当旋转流速超过1m/s时，就产生夹粉。因此，旋转流速限制成不超过1m/s。实例5
在此实例中，采用了用于连续铸坯的双线式连续铸造机，并以1.8m/min的帮造速度用30min铸造250mm厚×1500mm宽的用含碳量为0.35％的碳钢做成的铸坯。中间包的温度为1550℃。在一条线中，进行传统的电磁搅拌，其中，电磁搅拌装置的线圈电流设定为500A，而频率设定为2Hz，在60cm/s下进行了30min。在另一条线中，在模具中设置能产生振动的本发明的电磁线圈。在凝固的前面的钢水在下列条件下受到振动。线圈电流的一个周期的振动时间为2s(最大线圈电流为400A，最小线圈电流为-400A，线圈电流加大时间为0.8s，线圈电流减小时间为0.8s，最大线圈电流保持时间为0.2s，最小线圈电流保持时间为0.2s)，并且如图2所示，沿一个方向和相反方向的加速度设定为500cm/s2。当凝固的前面的钢水受到振动时，同时用静磁场向钢水作用一磁力，静磁场的磋场强度为3000高斯。在弯月液面下面1m的位置处即置一电磁闸。在剖开铸坯的横截面并露出凝固的组织以后，评估了等轴晶体面积比和等轴结晶区的当量圆的直径。就铸坯的表面质量而言，将铸坯送至肉眼检查线，以便每个铸坯都用肉眼检查，并且研究了由粉末产生的缺陷数目。
就在其上进行传统的电磁搅拌的铸坯而言，等轴晶体的比例为31％，等轴晶体区的当量圆直径为2.9mm。钢水的流速为60cm/s，它超过了夹粉的临界速度。因此，钢水表面上粉被夹入，由粉末产生缺陷，其数量为4个/铸坯。此外，在铸坯的横截面的表面层侧形成了其宽度约为20mm的负偏折区。另一方面，当用本发明的电磁线圈产生振动并采用电磁闸时，铸坯的等轴晶体面积比为56％，等轴晶体区的当量圆直径为13.mm。因此，与传统的电磁搅拌相比，不仅提高了等轴晶体面积比，而且还使等轴晶体的晶粒变细。由于模具中的前面的凝固的外皮上的钢水受到振动。因此，既不产生夹粉，也不产生源自粉末的缺陷。在铸坯的横截面上。在15mm的表面层上形成其间距为1.5mm的多层的负偏折区，并且还形成偏转结构的树枝结晶。当与电磁闸一起赋予由电磁线圈产生的振动时，则与其中只产生振动的实例3相比，等轴晶体比例得到提高。为什么等轴晶体比例得以提高的原因为，电磁闸阻止高温钢水的向铸坯内部的渗透，并防止已经由电磁线圈的振动产生的小晶核重路。就此而言，当在由电磁线圈产生的振动中提供加速度停止时间时，就不需要连续采用电磁闸，也就是说，有可能与加速度停止时间同步地应用电磁闸。
如上所述，按照其中用电磁线圈调节振动方式，以便给予熔融金属振动的本发明的方法，有可能向前面的凝固的外皮作用一个强大的力。因此，与传统的方法比较，不仅可以增加等轴晶体，而且也可以使等轴晶体的晶粒尺寸变。上于上述作用，不需要等了使凝固的晶体变细则将流速提高得太高。因此，有可能防止出现由夹粉产生的表面缺陷。
就此而言，当将本发明用于固定的模具时，可以显著地改善传统的材料的内部组织。因此，可以提高生产率并降低成本。

Claims (43)

1.一种用于铸造熔融金属的方法，它包括下列步骤：将熔融金属浇入模具中，同时对模具中的熔融金属施加一由电磁线圈产生的电磁力；振动正被从模具中向下拉出被冷却而凝固的熔融金属，所述的振动由所述的电磁线圈产生的变化磁场产生的，以使熔融金属被交替地赋予高强度的和低强度的加速度。
2.按照权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征在于：所述的振动由使用周期地改变所述的熔融金属的加速度的装置产生的变化的磁场产生的，以使熔融金属被交替地赋予高强度的和低强度的加速度。
3.按照权利要求1的用于铸造熔融金属的方法，其特征在于：所述的振动是由电磁线圈产生的变化磁场产生的，以使熔融金属在沿相同方向或相反方向的大加速度和小加速度的方向矢量彼此组合时，在不超过预定的流速的范围内被高强度和低强度的加速度加速。
4.按照权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征在于：用由电磁线圈产生的变化的磁场沿一方向和一相反的方向周期性地振动已经在模具中凝固或正被从模具中向下拉出并同时被冷却和凝固的熔融金属。
5.按照权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征在于所述的熔融金属的所述振动是沿一个方向和一个相反的方向发生的，使得所述的振动由借助电磁线圈产生的变化的磁场产生。
6.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，在模具中进行的过程是一冷却和凝固过程，同时，在模具中进行的过程也是一用于连续铸坯、大方坯、中厚铸坯或方坯的连续铸造过程。
7.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一方向和一相反方向的高强度加速度不小于10cm/s2，而振动波沿一方向和一相反方向的低强度加速度则小于10cn/s2。
8.如权利要求7的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一个方向的加速度和加速时间，或振动波沿相反方向的加速度和加速时间，以及加速时间系数(加速度×加速时间)满足下式：
50cm/s≤加速时间系数
9.如权利要求7的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，振动波沿一个方向的加速度和加速时间，或振动波沿相反方向的加速度和加速时间，以及加速时间系数(加速度×加速时间)满足下列式子：
10η≤加速时间系数
η：熔融金属的粘度。
10.如权利要求7的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，含碳量c与加速度满足下列式子：
[c]＜0.1％：             30cm/s2≤加速度
0.1％≤[c]＜0.35％：     -80[c]+38cm2/s2≤加速度
0.35％≤[c]＜0.5％：     133.3[c]-36.7cm/s2≤加速度
0.5％≤[c]：             30cm/s2≤加速度
11.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，在沿一个方向加速的过程中和沿相反方向加速的过程中，提供了其时间不超过0.3秒和不少于0.03秒的加速度停止时间或电功率停止时间。
12.如权利要求7的铸造熔融金属的方法，其特征为，在沿一个方向加速的过程中和沿相反方向加速的过程中，提供了其时间不超过0.3秒和不少于0.03秒的加速度停止时间或电功率停止时间。
13.如权利要求7的铸造熔融金属的方法，其特征为，在一个周期中，在t1中产生加速度，接着在t2中保持恒定的流速，其次是沿相反的方向在t3中产生加速度，以后在t4中保持恒定的流速，同时，模具中的熔融金属通过重复这一周期而被周期性地振动，而且，在一个周期中的振动时间t1+t2+t3+t4被确定为不少于0.2秒，但是小于10秒。
14.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，熔融金属周期性地被振动，并赋予熔融金属以沿一个方向和相反方向的旋转流。
15.如权利要求14的铸造熔融金属的方法，其特征为，当对某一时间进行积分时，要满足下列式子：沿一个方向的(加速时间×加速度)积分值>沿相反方向的(加速时间×加速度)积分值；由积分值产生的平均旋转流速不大于1m/s。
16.如权利要求14的铸造熔融金属的方法，其特征为，在一个周期中，在t1中进行熔融金属的加速度，接着在t2中保持恒定的流速，其次是沿相反的方向在t3中产生加速度，以后在t4中保持恒定的流速，同时，模具中的熔融金属通过重复这一周期而被周期性地振动，t1a是振动流速在t1时间内成为零以前的时间，t1b是振动流速在t1时间内成为零以后的时间，要满足t1b+t2＞t4+t1a这一式子，同时，由时间差引起的沿一个方向的旋转流速不大于1m/s。
17.如权利要求14的铸造熔融金属的方法，其特征为，在一n个循环的周期中，周期性地予以振动，只在预定的方向，在振动后的旋转时间ΔTV内由给定的加速度产生旋转流，而且平均旋转流速，循环数n和旋转时间ΔTV要满足下列式子：
平均旋转流速≤1m/s；
1≤循环数n≤20；
0.1≤旋转时间ΔTV≤5s。
18.如权利要求14的铸造熔融金属的方法，其特征为，通过加大沿一个方向的加速度使其大于沿相反方向的加速度而产生旋转流，同时平均旋转流速不大于1m/s。
19.如权利要求14的铸造熔融金属的方法，其特征为，用于沿一个方向旋转产生旋转流的电流进一步叠加在振动时通过用于产生变化的磁场的电磁线圈的电流产生的电流上，以使平均旋转流速不会大于1m/s。
20.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，熔融金属周期性地被振动，并且进一步加以短时间的振动，此短时间的振动频率不小于100Hz，不大于30KHz。
21.如权利要求7的铸造熔融金属的方法，其特征为，当熔融金属被浇入模具并在其中凝固时，在模具中或在模具中的熔融金属池附近设置电磁线圈，用由电磁线圈产生的变化的磁场沿一个方向周期性地振动，并且采用一布置在从弯月液面至模具下面距离为1m的位置的范围内的电磁闸。
22.如权利要求1的铸造熔融金属的方法，其特征为，在将熔融金属浇入模具中并在其中凝固时，在模具中的熔融金属池附近放置一电磁线圈，所产生的变化的磁场沿一个方向和相反方向周期性振动熔融金属，并且采用一布置在模具下面离开弯月液面1m的位置的范围内的电磁闸，后者与电磁线圈在模具中停止加速度的时间同步，或与电功率源停止的时间同步。
23.如权利要求7的铸造熔融金属的方法，其特征为，布置在模具中的熔融金属池附近的电磁线圈设置在模具下面，在从正好在模具下面至离开模具1m的位置的范围内。
24.如权利要求22的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，采用一电磁闸，它布置在从电磁线圈上面距离1m的位置至电磁线圈下面距离1m的位置的范围内。
25.如权利要求1的用于铸造熔融金属的方法，其特征为，布置在模具中的熔融金属池附近的电磁线圈设置在模具下面，在从正好在模具下面的位置至模具下面距离1m的位置的范围内，并采用一电磁闸，它布置在以弯月液面至在模具下面距离1m的位置的范围内，电磁闸与电磁线圈在模具中停止加速度的时间同步，或与电功率源停止的时间同步。
26.用于如权利要求1的电磁线圈装置，它包括：用于沿一个方向和相反方向周期性地振动的电磁驱动装置；用于控制电磁驱动装置的控制装置。
27.用于如权利要求1的电磁线圈装置，它包括：一电磁线圈；一用于供应电流，以沿一个方向或相反方向振动电磁线圈的电功率源或一产生波形的装置。
28.用于如权利要求1的电磁线圈装置，它包括：用于沿一个方向和相反方向周期性地振动熔融金属的电磁驱动装置，电磁驱动装置具有在改变振动方向的情况下将电流加大至指令值的功能；用于控制电流的电流控制装置。
29.一电磁线圈装置，它包括一电磁驱动装置，一用于控制电流的控制装置和一用在如权利要求1中的电磁闸。
30.一具有负偏析区和树枝状结晶或结晶状组织区的铸坯，负偏析区由多层组织组成，其间距不大于2mm，而层的数目不少于三，树枝状结晶或结晶状组织区由多层的偏转组织区组成。
31.按照权利要求29的铸坯，其特征在于所述的负偏析区，树枝状结晶或结晶状组织区的厚度不大于30mm。
32.一铸坯，其特征为，确定了多层组织的负偏析区的平均轮廓的负偏析区的负偏析中心线(m)的转角点(c)，或确定了从弧形负偏析区的偏析中心线的两条相邻边外推的假想转角点(c’)；从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5mm的点(E)画平行于两条相邻边的线，则与偏析中心线(m)相交的点(F)处的外皮厚度D1与沿铸坯宽度方向的中间处的外皮厚度D2之差不大于3mm。
33.一铸坯，其特征为，确定了具有其平均轮廓的多层偏斜组织的树枝状结晶或结晶状组织区的中心线的转角点，或确定了从弧形树枝状结晶或结晶状组织区的中心线的两条相邻边外推的假想转角点；从两条相邻边上的从转角点至铸坯内侧相距5mm的点画平行于两条相邻边的线，则与中心线相交的点处的外皮厚度D1与沿铸坯宽度方向的中心处的外皮厚度D2之差不大于3nm。
34.一铸坯，其特征为，铸坯的横截面形状为圆形；多层组织的负偏析区的平均轮廓的负偏析区的偏析中心线(m)上的点处的外皮厚度的波动不大于3mm。
35.一铸坯，其特征为，铸坯的横截面形状为圆形；多层组织的偏转组织的树枝状结晶组织或结晶状组织区的平均轮廓的树枝状结晶或结晶状组织区的中心线上的点处的外皮厚度波动不大于3mm。
36.按照权利要求32的铸坯，铸坯包括一由在模具的内周向形成的多层组织组成的负偏析区，该多层组织沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定义的间距P，该D0在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定：
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝U×t/2………………(2)
     U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间。
37.按照权利要求34的铸坯，铸坯包括一由在模具的内周向形成的多层组织组成的负偏析区，该多层组织沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定义的间距P，该D0在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定：
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝U×t/2………………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间。
38.如权利要求32或36的铸坯，该铸坯在由多层组织组成的负偏析区的内侧，和在由多层形偏转组织组成的树枝状结晶或结晶状组织区的内侧都具有不少于50％的等轴晶体的比例。
39.如权利要求34的铸坯，该铸坯在由多层组织组成的负偏析区的内侧，和在由多层形偏转组织组成的树枝状结晶或结晶状组织区的内侧都具有不少于50％的等轴晶体的比例。
40.如权利要求34的铸坯，该铸坯在由多层组织组成的负偏析区的内侧，和在由多层形偏转组织组成的树枝状结晶或结晶状组织区的内侧都具有不少于50％的等轴晶体的比例。
41.如权利要求35的铸坯，该铸坯在由多层组织组成的负偏析区的内侧，和在由多层形偏转组织组成的树枝状结晶或结晶状组织区的内侧都具有不少于50％的等轴晶体的比例。
42.按照权利要求33的铸坯，铸坯包括一其生长方向为有规则地偏转的树枝状结晶或结晶状组织区，该区沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定义的间距P，该D0在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定。
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝U×t/2………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间。
43.按照权利要求35的铸坯，铸坯包括一其生长方向为有规则地偏转的树枝状结晶或结晶状组织区，该区沿厚度方向相对于凝固的外皮厚度D0(mm)在D0±15mm的范围内具有由下式(2)定义的间距P，该D0在线圈的芯部中心处沿铸造方向由被下式(1)定义的凝固的外皮厚度D(mm)确定。
D＝K(L/V)n…………(1)
   D：凝固的外皮厚度
   L：从弯月液面至电磁线圈的芯部中心的长度
   V：铸造速度
   K：凝固系数
   n：常数
P＝U×t/2………(2)
   U：凝固速度(dD/dt(mm/s))
   t：振动时间。
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