CN110405170A - 一种低一冷的电磁半连续铸造装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种低一冷的电磁半连续铸造装置及方法，装置包括结晶器，外套顶板和内套之间设有上介板；结晶器的底板内沿与内套外壁之间的间隙作为冷却水通道，挡水板环绕在内套外，挡水板与外套侧板之间的空间作为冷却水腔；方法为：(1)通过冷却水进水管向冷却水腔内通入冷却水，形成一次冷却水和二次冷却水喷洒到内套外壁；(2)通过电源对励磁线圈通电产生磁场；(3)浇入合金熔体进入内套，启动引锭头连铸；(4)通过三冷水管向铸锭表面喷洒三次冷却水。本发明的装置结构简单，易于维护保养，能够提高生产效率；冷却强度易于调控；制备的大规格铸锭表面质量优良。

Description

一种低一冷的电磁半连续铸造装置及方法

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，特别涉及一种低一冷的电磁半连续铸造装置及方法。

技术背景

Direct chill(DC)铸造即半连续铸造，具有结晶速度高、力学性能好、金属纯净度高、生产效率高等优点，是目前工业生产制备金属及其合金锭坯的主要方法之一，特别是铝、镁、铜及其合金锭坯的制备；半连铸过程中金属熔体经水冷结晶器、二次冷却连续结晶凝固成坯。

随着我国轨道交通、航空航天、通讯电子及军事工业的发展，对大规格、高质量锭坯及大中型结构型材的需求日益增长；但是，目前采用传统半连续铸造方法制备大规格锭坯不可避免地存在组织粗大不均匀、成分偏析严重和易产生裂纹等问题，导致后续大规格型材在变形加工中产生开裂、力学性能不均匀、产品质量差、成品率低等问题，对于热裂敏感性较高的合金种类，目前仍无法实现大规格锭坯的制备，不能满足高端制造业对大规格、高质量锭坯的需求，严重影响行业的发展和产品竞争力的提高；造成上述缺陷的主要原因是由于大规格(圆锭直径大于等于300mm，或扁锭宽度大于等于500mm且宽厚比δ为1～5)易裂合金(如 EW75、ZK60、AZ21或3％<RE质量含量<15％的Mg-RE)锭坯铸造时，普通半连续铸造结晶器冷却强度有限且冷却形式单一，存在由内及外的取向性，铸锭横截面上不同部位温度梯度和冷却速率差异较大，必然使铸造速度降低，熔体内形核较少且不均匀，导致锭坯表面质量差、内部产生大面积的柱状晶且内外晶粒尺寸差异较大，同时由于凝固顺序上的差异导致严重的宏观偏析和内应力；因此，如何进一步大规格半连续铸造锭坯的冶金质量、提高组织均匀与细化效果，减少偏析和应力的产生是金属坯料制备行业亟待解决的问题。

为解决上述问题，研究人员已做了大量的研究，主要通过调整结晶器结构、优化工艺参数及施加外场(电磁场和超声场等)等方式，其根本是调节凝固液穴金属熔体的温度分布和凝固速率；中国发明专利CN104722730A公开了一种连续制备大尺寸高品质铝合金铸锭的装置和方法，在导流管中心设置一根高导磁芯棒，导磁芯棒与导流管内壁形成一个下狭窄的缝隙通道，以改变熔体中的磁场分布，得到均匀的电磁搅拌力，使熔体温度温度和成分分布均匀；中国实用新型专利CN205236991U公开了一种制备大规格高品质铝合金铸锭的装置，通过施加磁场、在熔体中心设置搅拌叶片以及采用冷却介质为空气、氮气、水或油的冷却器来调节凝固温度场来改善锭坯质量。但上述铸造结晶器结构复杂，且熔体中心冷却装置与金属熔体接触，长时间受高温熔体侵蚀，污染熔体；此外，目前半连续铸造结晶器的一次和二次冷却互相关联，无法独立调整、协调一次和二次冷却；中国发明专利ZL201710214270.6和 ZL201710214267.4等通过施加电磁外场，改变电磁参数等控制熔体的流动状态，改变液穴中的熔体散热，从而细化凝固组织、抑制偏析和热裂，提高铸锭冶金质量；中国发明专利 ZL200710010640.0《功率超声与低频电磁协同作用的轻合金水平连续铸造方法及设备》公开了一种在镁合金棒材DC半连续铸造过程中同时施加组合功率超声与低频电磁，利用功率超声克服电磁趋肤效应，利用电磁强制对流克服功率超声因能量快速衰减而作用区域有限的局限性，实现了较大规格镁合金棒材铸造的组织细化和元素分布均匀化的效果。

上述技术均通过在单一负载线圈中施加电流来实现电磁场的施加，由于电磁趋肤效应，为达到技术效果需要施加很大的电流，即使如此，在较大规格锭坯凝固时往往也难以达到理想的技术效果；同时，铸造过程中如果同时施加组合功率超声和电磁场，致使铸造结晶器结构复杂，操作困难；此外，超声处理熔体时往往需要有足够的处理时间才能显著的细化凝固组织，但是半连续铸造往往是较快速的连续铸造过程，因此，该工艺在实际工业生产中仍存在一定局限性。

发明内容

针对现有半连续铸造结晶器存在的如结晶器结构复杂、一次及二次冷却无法独立调节、结晶器高度方向散热协调困难以及电磁趋肤效应等问题。本发明提供一种低一冷的电磁半连续铸造装置及方法，采用冷却水腔与金属内套分离的结构，使冷却水腔内的冷却水通过出水孔流向内套，进而实现冷却方式的调节，同时可实现扁坯铸造时锭坯宽面和窄面冷却强度的调控。

本发明的低一冷的电磁半连续铸造装置包括熔体分流装置、结晶器和引锭头；结晶器的外套由外套顶板和外套侧板构成，内套为筒状且上部的外壁上固定有连接板，外套顶板和内套之间设有上介板；结晶器的底板内沿与内套外壁之间的间隙作为冷却水通道，底板的内沿与挡水板的底端连接，挡水板的顶端与外套顶板固定连接，挡水板环绕在内套外，挡水板与外套侧板之间的空间作为冷却水腔，冷却水腔内设有励磁线圈，挡水板上设有上出水孔和下出水孔朝向内套的外壁；所述的挡水板的上沿和下沿分别设有加厚层；上出水孔和下出水孔分别位于上沿和下沿的加厚层上；冷却水腔内设有水平隔板，水平隔板的内沿与挡水板固定连接，水平隔板的外沿与外套侧板固定连接，水平隔板将冷却水腔分隔为上部水腔和下部水腔；上部水腔和下部水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通。

上述装置中，上部水腔和下部水腔内分别设有励磁线圈，励磁线圈通过线圈压板和螺栓固定，与励磁线圈连接的电缆穿过外套侧板上的电缆通孔与电源连接。

上述装置中，挡水板上固定有加强筋，加强筋的顶端与上沿的加厚层固定连接，加强筋的底端与下沿的加厚层连接。

上述装置中，挡水板的厚度1～3mm，加厚层的厚度10～16mm。

上述装置中，冷却水腔内设有若干个垂直隔板，垂直隔板的上沿与外套顶板固定连接，垂直隔板的下沿与底板固定连接，垂直隔板的内沿与挡水板上的加强筋固定连接，垂直隔板的外沿与外套侧板固定连接；励磁线圈分别穿过各垂直隔板；若干个垂直隔板将冷却水腔沿周向分隔为若干个分水腔，各分水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通。

上述装置中，结晶器的下方设有三冷水管，三冷水管环绕在引锭头外围，三冷水管上设有三冷水出水孔朝向引锭头方向，三冷水管上设有两个以上的进水口，各进水口通过管道与三冷水管内部连通；三冷水管上固定有螺栓孔的固定板，通过螺栓孔将三冷水管固定在结晶器的底板上。

上述装置中，上介板由水平环形板和垂直环形板构成一体结构，水平环形板与垂直环形板互相垂直，水平环形板位于垂直环形板的外侧；水平环形板顶面与连接板连接，底面与外套顶板的顶面连接；垂直环形板的螺栓孔与内套上的螺纹孔相对应，垂直环形板通过螺栓与内套固定，垂直环形板位于外套顶板的内端面和内套外壁之间。

上述装置中，内套水平截面为圆形或带有圆角的矩形；内套的内壁面与轴线平行，或者与轴线有之间有≤5°的夹角；当内壁面与轴线之间有夹角时，内套内部空间的顶部截面面积小于顶部截面面积；内套下部的垂直截面为楔形，垂直截面为楔形的部分位于底板下方。

上述装置中，分流装置的分流盘位于内套内部上方，分流盘装配在高度调节装置上，高度调节装置装配在外套顶板上。

本发明的低一冷的电磁半连续铸造方法是采用上述装置，按以下步骤进行：

1、通过冷却水进水管向冷却水腔内通入冷却水，冷却水经上出水孔和下出水孔喷出，分别形成一次冷却水和二次冷却水，一次冷却水和二次冷却水喷洒到内套外壁，并沿内套外壁流下；

2、通过电源对励磁线圈通电，产生磁场作用于内套内部空间；

3、将合金熔体浇入分流装置的分流盘内，经分流盘进入结晶器的内套内部，合金熔体受磁场作用，并在内套的冷却作用下逐渐凝固，在内套底部形成糊状熔体和铸锭；当内套内的合金熔体达到设定高度时，启动引锭头使凝固的铸锭向下移动，开始连铸；

4、形成的铸锭底端脱离结晶器内套时，通过结晶器下方的三冷水管向铸锭表面喷洒三次冷却水，使铸锭继续降温，直至完成连铸。

上述方法中，当铸锭为圆锭时，单位时间内二次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8～1.2；当铸锭为长扁锭时，单位时间内，二次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8～1.2，并且单位时间内，窄的二次冷却水与宽面的二次冷却水的流量比为0.8～1.0，窄面的一次冷却水与宽面的一次冷却水的流量比为0.8～1.0。

上述方法中，连铸时的铸造速度为10～100mm/min。

上述方法中，单位时间内，三次冷却水与一次冷却水的流量比为0.5～1.0。

上述方法中，铸锭为镁合金、铝合金、铜或铜合金。

上述方法中，铸锭为圆锭或长扁锭，其中圆锭的直径≥300mm，长扁锭宽度≥500mm且宽厚比在1～5之间；当铸锭为圆锭时，采用的内套水平截面为圆形；当铸锭为长扁锭时，采用的内套水平截面为带有圆角的矩形；当铸锭为长扁锭时，冷却水腔内设有若干个垂直隔板，垂直隔板的上沿与外套顶板固定连接，垂直隔板的下沿与底板固定连接，垂直隔板的内沿与挡水板上的加强筋固定连接，垂直隔板的外沿与外套侧板固定连接；励磁线圈分别穿过各垂直隔板，且励磁线圈通过线圈压板和螺栓固定；若干个垂直隔板将冷却水腔沿周向分隔为若干个分水腔，各分水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通。

传统半连续铸造结晶器通常采用冷却水腔与金属内套之间相互接触的结构，一次冷却为循环冷却水与内套外壁面的接触换热，二次冷却为水箱底部环冷水直接喷淋至金属凝固壳坯表面的对流换热，上述二次冷却强度较大且一次、二次冷却不能各自独立调节强度；同时，由于铸锭凝固收缩，存在二冷水向上飞溅至高温熔体内的风险；此外，传统电磁铸造多采用单线圈的低频交变磁场，磁场趋效应明显；针对上述缺点，本发明将冷却水腔与内套分离，冷却水腔采用分隔式结构，形成独立可调的一次和二次冷却，实现低强度的一次冷却而不影响二次冷却的强度。

铸造铝合金或镁合金时，铸造过程中金属熔体和内套之间采用的润滑剂为润滑油；当铸造合金为铜及其合金时，金属熔体与内套之间采用的润滑采用碳粉，同时起到防止氧化的作用；铸造结束后，将内套连同上介板吊离冷却水腔，分别进行维护和保养；通过底部水腔排水管道将水腔内剩余冷却水排出，避免水箱内部生锈，延长设备使用寿命。

与现有铸造结晶器相比，本发明具有以下优点和积极效果：

1、内套结构简单、导热性等优点，能够满足镁、铝、铜及其合金等不同材质锭坯的制备；

2、采用上介板和内套组合的装配方式，结合金属内套本身自重，只需较小宽度的连接板即可完成内套的固定和定位，安装拆卸简单，易于维护保养，节省成本；

3、冷却水套与内套分离，内套的高度大于冷却水腔高度，冷却水经挡水板喷射至金属内套，沿其外壁顺流而下至锭坯表面，可避免冷却水飞溅与高温熔体接触，拆装简单，能够提高生产效率；在铸造长扁锭时，通过设置垂直隔板，实现扁坯铸造时锭坯宽面和窄面冷却强度的调控；

4、采用两组励磁线圈，可实现单相或差相位磁场，产生不同的电磁搅拌效果，同时可有效减小电磁的趋肤效应，增加磁场穿透深度。

附图说明

图1是本发明实施例1中的低一冷的电磁半连续铸造装置轴侧结构示意图；

图2是本发明实施例1中的低一冷的电磁半连续铸造装置剖面结构示意图；

图3是本发明实施例1中的挡水板轴侧结构示意图；

图4是本发明实施例1中的内套半剖结构示意图；

图5是本发明实施例1中的上介板轴侧结构示意图；

图6是本发明实施例1中的长扁锭外观照片图；

图7是本发明实施例1中的长扁锭产品经过铣削后的外观照片图；

图8是本发明实施例2中的圆锭外观照片图；

图9是本发明实施例3中的圆锭外观照片图；

图中：1、外套，2、熔体分流装置，3、内套，4、上介板，5、放气阀，6、三冷水管， 7、排水管，8、宽面冷却水进水管，9、电缆通孔，10、引锭头，11、窄面冷却水进水管，12、线圈压板，13、底板螺栓，14、底板，15、高度调节装置，16、挡水板，17、线圈固定螺杆， 18、水平隔板，19、励磁线圈，20、线圈固定螺母，21、进水口，22、三冷水管固定螺杆， 23、连接板，24、内套螺栓孔，25、把手，26、上介板螺栓孔，27、上出水孔，28、加强筋， 29、下出水孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述。

本发明实施例中内套材质为紫铜、6061铝合金、6063铝合金、6082铝合金、钛合金或奥氏体不锈钢。

本发明实施例中内套高度220～500m；除楔形部分和连接板以外，厚度8～30mm。

本发明实施例中内套材质为紫铜时，内壁面镀有厚度0.04～0.16mm的镀铬层。

本发明实施例中上介板厚度3～8mm。

本发明实施例中上介板的螺栓孔直径8～10mm，相邻两个螺栓孔的间距0.2～0.5m。

本发明实施例中外套和底板的材质为碳钢、不锈钢或铝合金。

本发明实施例中外套侧板上设有2～4个放气阀5与冷却水腔连通，用于调节水压。

本发明实施例中底板14上设有带阀门的排水管7用于停工时排出积水。

本发明实施例中上介板4的顶面上设有把手25，用于起吊安装。

本发明实施例中底板14通过底板螺栓13与外套侧板固定连接，并通过密封圈和密封胶密封。

本发明实施例中挡水板顶端与外套顶板焊接固定，挡水板底端与底板通过密封条密封连接。

本发明实施例中挡水板材质为奥氏体不锈钢，利用其良好的透磁性能。

本发明实施例中挡水板的加厚层高度20～30mm。

本发明实施例中出水孔孔径0.8～4mm，截面为圆形、半圆形或矩形。

本发明实施例中出水孔的轴线与水平面夹角≤60°(出水孔朝上或朝下)。

本发明实施例中挡水板的同一个增厚层上的各出水孔沿挡水板周向排成一排，相邻两个出水孔的间距5～20mm。

本发明实施例中挡水板上沿的增厚层上的出水孔与挡水板上沿的垂直间距5～20mm，下沿的增厚层上的出水孔与挡水板下沿的垂直间距5～20mm。

本发明实施例中挡水板上的出水孔与内套的水平间距10～40mm.

本发明实施例中的励磁线圈采用螺线管线圈、克莱姆绕组线圈或齿形绕组线圈。

本发明实施例中的励磁线圈采用的电磁线为厚2～4mm、宽2～10mm的双层聚酰亚胺-氟 46复合薄膜包扁铜线，或者为直径为2～5mm的圆形水泵线。

本发明实施例中励磁线圈为两组时，两组励磁线圈通入的电流为相同电流或者有相位角差的电流；其中相位角差为60°、90°或120°。

本发明实施例中的三冷水管采用的管道横截面为圆形或矩形，壁厚2～6mm，截面积 700～5000mm²，材质为钢；三冷水管上的三冷水出水孔为孔径1～4mm的圆孔，或与圆孔截面积相等的矩形孔；三冷水出水孔沿三冷水管周向排成一排，相邻两个三冷水出水孔的间距 5～20mm。

本发明实施例中引锭头装配有水箱。

本发明实例中励磁线圈采用螺线管线圈绕组，工作时的电磁条件为：电流80～120A，频率20～30Hz，占空比20～30％。

本发明实例中连铸时的铸造速度为10～100mm/min；

本发明实施例中，当内套水平截面为带有圆角的矩形时，上介板的四个侧边采用角钢；四个侧边之间的连接部分，采用弧形水平板和弧形垂直板焊接连接。

本发明实施例中，当冷却水腔内设有垂直隔板时，各垂直隔板上设有线圈通孔；包裹固定各线圈的固定套设置在线圈通孔处，将相邻的分水腔内的冷却水隔开。

本发明实施例中，挡水板的厚度1～3mm，加厚层的厚度10～16mm。

实施例1

低一冷的电磁半连续铸造装置轴侧结构如图1所示，剖面结构如图2所示，包括熔体分流装置2、结晶器和引锭头10；结晶器的外套1由外套顶板和外套侧板构成一体结构，内套 3结构如图4所示，为筒状且上部的外壁上固定有连接板23，连接板23下方开设有内套螺栓孔24，用于与上介板4连接；

外套顶板和内套3之间设有上介板4；结晶器的底板14内沿与内套2的外壁之间的间隙作为冷却水通道；

底板14的内沿与挡水板16的底端连接，挡水板16的顶端与外套顶板固定连接，挡水板16环绕在内套3外，挡水板16与外套侧板之间的空间作为冷却水腔，冷却水腔内设有励磁线圈19，挡水板16上设有上出水孔27和下出水孔29朝向内套2的外壁；

挡水板16结构如图3所示，其上沿和下沿分别设有加厚层；上出水孔27和下出水孔29 分别位于上沿和下沿的加厚层上；

冷却水腔内设有水平隔板18，水平隔板18的内沿与挡水板16固定连接，水平隔板18 的外沿与外套侧板固定连接，水平隔板18将冷却水腔分隔为上部水腔和下部水腔；上部水腔和下部水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通；挡水板16上固定有加强筋28，加强筋28的顶端与上沿的加厚层固定连接，加强筋28的底端与下沿的加厚层连接；

上部水腔和下部水腔内分别设有励磁线圈19，励磁线圈19通过线圈压板12和螺栓固定，与励磁线圈19连接的电缆穿过外套侧板上的电缆通孔9与电源连接；其中螺栓固定是采用线圈固定螺杆17和线圈固定螺母20进行固定；

冷却水腔内设有若干个垂直隔板，垂直隔板的上沿与外套顶板固定连接，垂直隔板的下沿与底板14固定连接，垂直隔板的内沿与挡水板16上的加强筋固定连接，垂直隔板的外沿与外套侧板固定连接；励磁线圈19分别穿过各垂直隔板；若干个垂直隔板将冷却水腔沿周向分隔为若干个分水腔，各分水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通；

冷却水进水管分为宽面冷却水进水管8和窄面冷却水进水管11；

结晶器的下方设有三冷水管6，三冷水管6环绕在引锭头10外围，三冷水管6上设有三冷水出水孔朝向引锭头10方向，三冷水管6上设有两个以上的进水口21，各进水口21通过管道与三冷水管6内部连通；三冷水管6上固定有螺栓孔的固定板，通过螺栓孔将三冷水管固定在结晶器的底板14上的三冷水管固定螺杆22上；

上介板4结构如图5所示，由水平环形板和垂直环形板构成一体结构，水平环形板与垂直环形板互相垂直，水平环形板位于垂直环形板的外侧；水平环形板顶面与连接板23通过螺栓固定连接，底面与外套顶板的顶面连接；垂直环形板上设有上介板螺栓孔26与内套3上的内套螺栓孔24相对应，垂直环形板通过螺栓与内套3固定，垂直环形板位于外套顶板的内端面和内套3外壁之间；

内套3水平截面为带有圆角的矩形；内套3的内壁面与轴线平行；内套3下部的垂直截面为楔形，垂直截面为楔形的部分位于底板14下方；

熔体分流装置的分流盘位于内套3内部上方，分流盘装配在高度调节装置15上，高度调节装置15装配在外套顶板上；

制备的长扁锭为AZ31镁合金，其示例成分按重量百分比含Al 2.79％，Zn 0.74％，Mn 0.31％，Si 0.012％，Fe<0.01％，其余为镁；制备的长扁锭厚度450mm，宽度1450mm，长度2800mm，宽厚比3.625。

方法为：

通过冷却水进水管向冷却水腔内通入冷却水，冷却水经上出水孔和下出水孔喷出，分别形成一次冷却水和二次冷却水，一次冷却水和二次冷却水喷洒到内套外壁，并沿内套外壁流下；

通过电源对励磁线圈通电，产生磁场作用于内套内部空间；

将合金熔体浇入分流装置的分流盘内，经分流盘进入结晶器的内套内部，合金熔体受磁场作用，并在内套的冷却作用下逐渐凝固，在内套底部形成糊状熔体和铸锭；当内套内的合金熔体达到设定高度时，启动引锭头使凝固的铸锭向下移动，开始连铸；

形成的铸锭底端脱离结晶器内套时，通过结晶器下方的三冷水管向铸锭表面喷洒三次冷却水，使铸锭继续降温，直至完成连铸；

单位时间内，二次冷却水与一次冷却水的流量比为1.0，窄面的二次冷却水与宽面的二次冷却水的流量比为0.9，窄面的一次冷却水与宽面的一次冷却水的流量比为0.9；

单位时间内，三次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8；

连铸后获得的长扁锭外观如图6所示，经过铣削后的外观如图7所示，由图可见，长扁锭表面质量良好，未产生裂纹。

实施例2

装置结构同实施例1，不同点在于：

(1)内套水平截面为圆形；内套的内壁面与轴线之间有5°夹角，内套内部空间的顶部截面面积小于顶部截面面积；

(2)冷却水腔内不设置垂直隔板；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)制备的圆锭为AZ21，直径350mm，长度2500mm；示例成分按质量百分比含Al2.5％， Zn 0.75％，Mn 0.25％，Fe<0.001％，其余为镁；

(2)单位时间内二次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8；因铸造圆锭，没有宽面冷却水和窄面冷却水的区别；

(3)三次冷却水与一次冷却水的流量比为1.0；

连铸后获得的圆锭外观如图8所示，铸锭表面质量良好，内部组织致密，无缩孔缩松和裂纹产生。

实施例3

装置结构同实施例1，不同点在于：

(1)内套水平截面为圆形；内套的内壁面与轴线之间有5°夹角，内套内部空间的顶部截面面积小于顶部截面面积；

(2)冷却水腔内不设置垂直隔板；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)制备的圆锭为ZK60，直径400mm，长度2000mm；示例成分按质量百分比含Zn5.7％， Zr 0.50％，Fe<0.008％，其余为镁；

(2)单位时间内二次冷却水与一次冷却水的流量比为1.2；因铸造圆锭，没有宽面冷却水和窄面冷却水的区别；

(3)三次冷却水与一次冷却水的流量比为0.5；

连铸后获得的圆锭外观如图9所示，表面质量良好，未产生裂纹。

以上所述实施方法仅是对本发明的优先实施方式进行描述，并非对于本发明的适用范围进行限定，在不脱离本发明思想的前提下，针对本发明做出的各种变形和改进，均应纳入本发明专利权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低一冷的电磁半连续铸造装置，包括熔体分流装置、结晶器和引锭头；其特征在于：结晶器的外套由外套顶板和外套侧板构成，内套为筒状且上部的外壁上固定有连接板，外套顶板和内套之间设有上介板；结晶器的底板内沿与内套外壁之间的间隙作为冷却水通道，底板的内沿与挡水板的底端连接，挡水板的顶端与外套顶板固定连接，挡水板环绕在内套外，挡水板与外套侧板之间的空间作为冷却水腔，冷却水腔内设有励磁线圈，挡水板上设有上出水孔和下出水孔朝向内套的外壁；所述的挡水板的上沿和下沿分别设有加厚层；上出水孔和下出水孔分别位于上沿和下沿的加厚层上；冷却水腔内设有水平隔板，水平隔板的内沿与挡水板固定连接，水平隔板的外沿与外套侧板固定连接，水平隔板将冷却水腔分隔为上部水腔和下部水腔；上部水腔和下部水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通。

2.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的上部水腔和下部水腔内分别设有励磁线圈，励磁线圈通过线圈压板和螺栓固定，与励磁线圈连接的电缆穿过外套侧板上的电缆通孔与电源连接。

3.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的上挡水板上固定有加强筋，加强筋的顶端与上沿的加厚层固定连接，加强筋的底端与下沿的加厚层连接。

4.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的冷却水腔内设有若干个垂直隔板，垂直隔板的上沿与外套顶板固定连接，垂直隔板的下沿与底板固定连接，垂直隔板的内沿与挡水板上的加强筋固定连接，垂直隔板的外沿与外套侧板固定连接；励磁线圈分别穿过各垂直隔板；若干个垂直隔板将冷却水腔沿周向分隔为若干个分水腔，各分水腔分别通过外套侧板上的冷却水进水管与外部连通。

5.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的结晶器的下方设有三冷水管，三冷水管环绕在引锭头外围，三冷水管上设有三冷水出水孔朝向引锭头方向，三冷水管上设有两个以上的进水口，各进水口通过管道与三冷水管内部连通；三冷水管上固定有螺栓孔的固定板，通过螺栓孔将三冷水管固定在结晶器的底板上。

6.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的上介板由水平环形板和垂直环形板构成一体结构，水平环形板与垂直环形板互相垂直，水平环形板位于垂直环形板的外侧；水平环形板顶面与连接板连接，底面与外套顶板的顶面连接；垂直环形板的螺栓孔与内套上的螺纹孔相对应，垂直环形板通过螺栓与内套固定，垂直环形板位于外套顶板的内端面和内套外壁之间。

7.根据权利要求1所述的一种低一冷的电磁半连续铸造装置，其特征在于所述的内套水平截面为圆形或带有圆角的矩形；内套的内壁面与轴线平行，或者与轴线有之间有≤5°的夹角；当内壁面与轴线之间有夹角时，内套内部空间的顶部截面面积小于顶部截面面积；内套下部的垂直截面为楔形，垂直截面为楔形的部分位于底板下方。

8.一种低一冷的电磁半连续铸造方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

(1)通过冷却水进水管向冷却水腔内通入冷却水，冷却水经上出水孔和下出水孔喷出，分别形成一次冷却水和二次冷却水，一次冷却水和二次冷却水喷洒到内套外壁，并沿内套外壁流下；

(2)通过电源对励磁线圈通电，产生磁场作用于内套内部空间；

(3)将合金熔体浇入分流装置的分流盘内，经分流盘进入结晶器的内套内部，合金熔体受磁场作用，并在内套的冷却作用下逐渐凝固，在内套底部形成糊状熔体和铸锭；当内套内的合金熔体达到设定高度时，启动引锭头使凝固的铸锭向下移动，开始连铸；

(4)形成的铸锭底端脱离结晶器内套时，通过结晶器下方的三冷水管向铸锭表面喷洒三次冷却水，使铸锭继续降温，直至完成连铸。

9.根据权利要求8所述的一种低一冷的电磁半连续铸造方法，其特征在于当铸锭为圆锭时，单位时间内二次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8～1.2；当铸锭为长扁锭时，单位时间内，二次冷却水与一次冷却水的流量比为0.8～1.2，并且单位时间内，窄面的二次冷却水与宽面的二次冷却水的流量比为0.8～1.0，窄面的一次冷却水与宽面的一次冷却水的流量比为0.8～1.0。

10.根据权利要求8所述的一种低一冷的电磁半连续铸造方法，其特征在于所述的铸锭为圆锭或长扁锭；当铸锭为圆锭时，圆锭的直径≥300mm；当铸锭为长扁锭时，长扁锭宽度≥500mm且宽厚比≤5。