CN111730036A - 一种同水平电磁铸造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半连续铸造领域，具体涉及一种同水平电磁铸造装置及方法。结合镁合金铸造的特点及现有铸造工艺的局限性，提出了一种新的熔体分流工艺，适用于镁合金锭坯的水平电磁铸造，亦可用于铸造铝、铜等可以通过施加电磁场进行组织细化的金属及合金。本发明解决了镁合金铸造过程中的锭坯充分冷却、细化工艺、防氧化燃烧等问题。该装置主要包括感应熔炼炉、导液管、中间包、电磁搅拌装置、控流装置、流道、铸造流盘、保护气环、冷却水箱、励磁线圈、结晶器内套和引锭头。本发明简化了同水平铸造装备的复杂程度，同时实现冷却可控、可调；采用新型熔体分流、防氧化燃烧装置和铸锭引锭装置，可以适应镁合金同水平铸造工艺流程。

Description

一种同水平电磁铸造装置及方法

技术领域

本发明属于半连续铸造领域，具体涉及一种同水平电磁铸造装置及方法。

背景技术

同水平多流半连续铸造技术是将多个结晶器安装在同一铸造平台上，金属熔体经导液装置、流道和铸造流盘内流道同时流向各结晶器，各结晶器金属液面始终处于同一水平面，从而实现多根锭坯同时、同水平铸造，该方法生产效率高，广泛应用于铸造工业纯铝和铝合金铸锭，是中小尺寸铝合金铸坯的主要制备方法。近年来，铝合金同水平铸造技术发展较快，传统的铸造与冷却工艺已无法满足高质量锭坯的需求，对于复杂成分的易裂合金的制备需要特殊的铸造装置和方法。中国专利CN109290533A公开了一种同水平热顶铸造装置及铸造铝及铝合金圆锭的方法，该方法采用超声波发生器对结晶器内的铸造液进行超声处理，以解决同水平热顶铸造圆锭晶粒粗大、组织不均匀及生产成分复杂高强铝合金铸锭质量差的问题。中国专利CN201249255Y公开了一种铝合金同水平热顶铸造机冷却水进水装置，该装置可以使冷却水均匀的冷却合金熔液，提高产品质量。中国专利CN202963404U公开了一种铝及铝合金方锭同水平铸造用分流盘，该装置能够平稳地进行铝熔体引流、保温，并具有良好的抗热震性和使用寿命。现有铝合金同水平铸造或热顶铸造结晶器通常采用铸造流盘-结晶器-冷却装置一体的结构，结构紧凑，一般无外部物理场熔体处理装置，结晶器内一次冷却区间较短，二次冷却水直接喷淋在铸坯表面，对于不同合金体系和规格的锭坯制备存在较大的局限性，尤其是将该结构用于镁合金锭坯的生产制备。本发明针对现有流盘铸造工艺的缺点，开发出了一种新型同水平电磁铸造装置，采用流道与结晶器内套主体分离的结构，铸造流盘采用一体化结构，拆装方便，同时方便更换结晶器内套；结晶器内套部分加设电磁辅助熔体处理装置，用于细化合金凝固组织；采用冷却水箱与结晶器内套分离的结构，可更换结晶器内套的金属材质，可大范围有效调控结晶器冷却强度。基于上述优点本发明装置的应用范围和适用性将大幅提高。

对于镁合金锭坯的生产，半连续铸造技术仍是其主要生产方式之一，但由于镁合金易于氧化燃烧，且易与耐火材料发生化学反应，铸造时金属熔体需采用溶剂覆盖或在保护气体氛围下进行，因此，对于镁合金锭坯的半连续铸造生产仍主要采用传统的单根铸造或极少根数的多根铸造，尚未看到镁合金同水平多流半连铸技术的工业化应用。综上，对于镁合金锭坯的同水平铸造亦应重点考虑熔体分流、锭坯冷却、细化工艺及防氧化燃烧措施等。目前，关于镁合金同水平铸造仅有中国发明专利CN105344958A《一种镁合金同水平多流连铸装置及方法》，该专利针对镁合金同水平铸造中熔体分流时的防氧化燃烧及其与流道保温材料间的反应给出了实用性的解决方案，但该发明的铸造装置主要基于铝合金的同水平铸造装置，未对铝合金和镁合金铸造过程中冷却工艺的差异作实质性的区分，采用专利中所述的石墨环会导致合金冷却段太短，易导致拉漏；此外，该发明专利尚未考虑合金凝固组织的细化工艺，无法满足对高质量合金坯料的要求。目前，镁及铝合金铸造过程有效的组织细化的方法以超声振动及电磁搅拌及组合外场等为主，施加外部物理场可显著细化均匀凝固组织，且对金属液无污染。上述发明专利CN109290533A及发明专利CN106925762A、CN106944598A、CN106925736A等公开了不同形式的超声及电磁熔体处理方法，但对于同水平多流铸造，由于其铸造效率高、速度较快，而施加超声处理熔体时需要有足够的时间才能使其处理效果产生显著的细化效果，因此超声处理无法满足同水平铸造较快速度的铸造过程。

本发明针对现有技术的各种问题，并结合同水平铸造的特点，开发出了一种同水平电磁铸造的新型装置及方法，并且通过调整可以使之用于镁合金，通过施加电磁场可实现多环节熔体处理来细化合金凝固组织；采用结晶器内套与冷却系统分离式结构，大大简化铸造装备的复杂程度，同时实现冷却可控、可调；此外，开发了新型熔体分流、防氧化燃烧装置和铸锭引锭装置以适应镁合金同水平铸造工艺流程。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的各种问题，设计出了一种用于同水平电磁铸造的新型装置及使用方法，提出了一种新的熔体分流工艺，可用于铸造铝、铜等可以通过施加电磁场进行组织细化的金属或金属合金，并结合镁合金铸造的特点做了相应调整，使之可以适用于镁合金锭坯的同水平电磁铸造。解决了镁合金铸造过程中的锭坯充分冷却、细化工艺、防氧化燃烧等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

一种同水平电磁铸造装置，主要包括感应熔炼炉、导液管、中间包、控流装置、流道、铸造流盘、冷却水箱、励磁线圈、结晶器内套和引锭头；所述感应熔炼炉通过导液管连接至中间包，导液管伸入中间包；所述中间包上设置控流装置，能够在铸造时实现对金属熔体流量的控制，所述中间包在铸造时通过所述流道与所述铸造流盘相连；所述铸造流盘设置于冷却水箱上方，铸造流盘包括铸造流盘吊钩、与所述流道相连的铸造流盘主流道、与铸造流盘主流道相连的铸造流盘分流道，还包括铸造流盘内流道，所述铸造流盘内流道包括垂直贯穿铸造流盘的孔，通过铸造流盘分流道与铸造流盘主流道连通，铸造流盘内流道内壁镶嵌保温帽，铸造流盘内流道底部与所述结晶器内套密封配合，铸造流盘内流道内壁下端与结晶器内套交界处有弯月面结构；所述冷却水箱包括进水口、冷却水箱体、预留结晶器孔和密封板，所述结晶器内套设置在所述预留结晶器孔内，位置与所述铸造流盘内流道对应，所述冷却水箱内每个结晶器内套外侧设置励磁线圈，励磁线圈之间设置屏蔽材料；每个结晶器内套底部设置有引锭头，铸造机通过铸坯拖板与引锭头连接，能够牵引锭坯下移。

铸造时金属熔体在气体压力作用下从感应熔炼炉经导液管流至中间包，在控流装置的调控下流经流道至铸造流盘，最后经铸造流盘内的铸造流盘内流道给每个结晶器内套供液。

优选地，在中间包底部设置电磁搅拌装置，金属熔体在中间包内经设置在其底部的电磁搅拌装置进行预处理。

所述感应熔炼炉上设置导液管口和进气口，导液管口连接导液管的一端，金属熔体在气压作用下经导液管流至中间包，其中导液管内径优选为1.2 ~1.5吋。

所述控流装置的一种优选结构是由控流杆和垂直驱动电机组成，在垂直驱动电机的作用下实现控流杆的上升和下降来调节导液管的开口大小以控制金属熔体流量。

所述铸造流盘主流道和分流道采用保温材料，保温材料和铸造流盘内流道内嵌的保温帽连成一体，取代通常采用的热顶，铸造流盘外壳采用不锈钢。

铸造流盘内流道处底部与结晶器内套密封配合，优选通过配合台阶与结晶器内套之间实现互相配合，中间通过石棉绳和硅酸铝纸垫圈密封。

当用于镁合金等需要保护气体的金属的铸造时，所述同水平电磁铸造装置还包括铸造流盘覆盖装置和保护气环。所述铸造流盘覆盖装置包括盖板，铸造流盘覆盖装置能够实现盖板在铸造流盘上的开合。

铸造流盘覆盖装置的一种优选结构为包括盖板、连杆、齿轮、水平驱动电机和铰链，所述连杆一端设置盖板，另一端与齿轮连接，在水平驱动电机的作用下铰链能够带动齿轮和连杆旋转，从而驱动盖板转动实现开合。

所述盖板能够覆盖铸造流盘表面，与铸造流盘主流道、铸造流盘分流道和铸造流盘内流道形成封闭空间，所述保护气环设置在所述封闭空间中，在保护气体作用下可构建基本密闭的保护气氛，防止金属熔体氧化燃烧，同时防止金属熔体飞溅。

所述盖板优选采用耐高温玻璃，方便观察流道内部熔体流动状态。

所述保护气环材质优选为304不锈钢管，优选设置于铸造流盘主流道、铸造流盘分流道和铸造流盘内流道上方，保护气环内径5~8mm，朝金属熔体的方向分布有出气孔，直径2mm，所述出气孔间距10~15mm均匀分布。

所述结晶器内套内壁从顶部到底部设置有0.1°~0.4°的斜度，使结晶器内套内壁顶部的内截面面积小于底部的内截面面积；结晶器内套材质优选为紫铜或铝合金，壁厚分别为8~15mm和10~20mm，高度为150mm~260mm，当结晶器内套材质为铝合金时，结晶器内套外设置有加强筋，加强筋在提高结晶器内套本身结构强度的同时可增加散热面积。

优选的，所述结晶器内套横截面为圆形，数量为4~20个，同一批次铸造时其大小相同均匀分布在冷却水箱上，可铸锭坯直径为80mm~320mm。

所述冷却水箱主要用于冷却励磁线圈和结晶器内套，冷却水经进水口至冷却水箱内实现对励磁线圈和结晶器内套的降温，实现金属熔体的冷却与凝固。

优选的，所述结晶器内套可与冷却水箱采用可分离结构，例如在结晶器内套上方设置可分离的法兰结构，与冷却水箱配合实现结晶器内套固定定位以及拆卸。可分离结构的结晶器内套结构简单易更换。

冷却水箱的一种优选方案是和结晶器内套之间设置挡水板，与结晶器内套外壁分离，挡水板围绕结晶器内套外侧设置，水平方向与结晶器内套之间的距离为10~50mm，这种冷却水箱还包括下介板，所述挡水板、下介板与所述冷却水箱上端的密封板和冷却水箱体构成封闭空间。挡水板上垂直挡水板方向设置出水孔，出水孔的出水量和出水方向可控，从而实现结晶器内套部分冷却强度的调控；如有必要，当需要进行多次冷却时，可设置多排出水孔，进行多次冷却。所述挡水板材质为无磁不锈钢，厚度为2~5mm，所述出水孔孔径为2mm，间隔4mm~10mm均匀分布，当设置多排出水孔时，上排出水孔距离挡水板顶端30mm~50mm，下排出水孔距离挡水板底端10mm~30mm。

所述励磁线圈设置于冷却水箱中每个结晶器内套外侧，垂直方向优选位于冷却水箱高度中心，励磁线圈内侧水平方向距离结晶器内套5~30mm，励磁线圈优选采用漆包扁铜线，界面尺寸为2~3mm×5~10mm，匝数为10~100。

本发明还包括采用上述同水平电磁铸造装置进行同水平铸造的方法，包括以下工艺步骤：

(1)将结晶器内套置于冷却水箱的预留结晶器孔，然后将铸造流盘置于冷却水箱上方，铸造流盘上的铸造流盘内流道底部与结晶器内套之间密封配合；

(2)通过导液管和流道连接感应熔炼炉、中间包和铸造流盘，将引锭头升至结晶器内套内，将结晶器内套、引锭头、导液管、中间包及流道预热至150~350℃，打开冷却水，通入进水口，对冷却水箱内的励磁线圈施加电流，在每个结晶器内产生所需形式的磁场；

(3)通过进气口向感应熔炼炉内通入氩气或氮气，将熔体净化后，金属熔体在气压作用下导入中间包，当设置电磁搅拌装置时打开电磁搅拌装置对金属熔体进行预处理，通过控流装置调节金属熔体的流量，待金属熔体液面到达指定高度时通过流道、铸造流盘主流道、铸造流盘分流道流入各铸造流盘内流道和结晶器内套，待铺底完成后开启铸造机，以指定铸造速度开始引锭铸造，整个过程中可以通过控流装置调节金属熔体的流量及中间包、流道、铸造流盘主流道、铸造流盘分流道、铸造流盘内流道和结晶器内套内液面高低；

(4)铸造结束后，停止往感应熔炼炉内通入加压气体，关闭控流装置，待铸锭下降至结晶器内套底部以下，结晶器内套内熔体完全凝固后停止对励磁线圈施加电流，停止通入冷却水，将铸造流盘吊离铸造井，铸造结束。

所述步骤(2)中结晶器内套与引锭头之间的间隙采用石棉绳填充，冷却水量为35~130m³/h，水温为25~30℃，励磁电流强度为50~400A，结晶器内套磁感应强度为1~100mT；所述步骤(3)中铸造速度为2.5~8m/h，具体根据锭坯直径确定。

当所铸造的金属需要保护气体时，如镁合金，采用具有铸造流盘覆盖装置和保护气环的同水平电磁铸造装置，在上述步骤(2)的预热和打开冷却水之间，还包括以下步骤：控制盖板覆盖铸造流盘表面，在保护气环中通入保护气体；在所述步骤(4)的停止对励磁线圈施加电流和停止通入冷却水之间，还包括停止通入保护气体的步骤。

保护气体优选为氩气或SF₆+CO₂的混合气体，气压为0.015~0.030MPa。

本发明通过以上技术手段，具有以下优点和积极效果：

1、采用结晶器内套与冷却系统分离式结构，大大简化铸造装备的复杂程度，同时实现冷却可控、可调；采用新型熔体分流、防氧化燃烧装置和铸锭引锭装置以适应镁合金同水平铸造工艺流程；

2、本发明采用电磁场处理金属熔体，不与金属液直接接触，清洁无污染；

3、本发明在中间包位置设置有控流装置，能够保证所有结晶器内套的金属液流量一致，确保所有结晶器内套内金属液面保持在同一水平位置；

4、本发明设置有中间包，中间包底部设置有电磁搅拌装置，可在此阶段实现熔体净化、熔体搅拌、震荡使成分和温度分布均匀、改变熔体微观结构等效果；

5、当铸造镁合金等铸造时需要保护气体的金属时，本发明铸造流盘上方设置有耐高温玻璃盖板，结合保护气环，可在流道及结晶器内套内形成基本封闭的环境并营造良好保护气体氛围，可确保熔体表面不氧化燃烧，同时在有效密闭空间内可减少保护气体的消耗，采用玻璃盖板还可以方便观察；

6、本发明冷却水箱与结晶器内套之间可以采用可分离结构，易于安装拆卸，通过挡水板分离水箱和结晶器内套时，可以通过出水孔实现冷却强度的可调控；

7、本发明在结晶器内套外侧，冷却水箱内侧设置有励磁线圈，可通过施加磁场作用于结晶器内套内的金属熔体，采用本发明的装置和方法可制备无裂纹、无偏析、晶粒尺寸细小均匀的金属或合金锭坯；

8、采用本发明装置及方法可实现镁合金锭坯的同水平电磁铸造制备，增加了生产效率。

附图说明

图1 为一种本发明装置的结构示意图；

图2 为一种本发明装置的俯视图；

图3 为一种本发明装置的部分结构示意图；

图4 为一种本发明装置引锭头的结构示意图，其中（a）用于Φ80mm~Φ200mm锭坯制备，（b）用于Φ200mm~Φ320mm锭坯制备；

图5 为本发明实施例1中所述装置和方法制备直径为100mm锭坯的表面质量，其中（a）为未施加磁场，（b）为施加磁场；

图6 为本发明实施例2中所述装置和方法制备直径为320mm铸锭的微观金相组织图，其中（a）为未施加磁场，（b）为施加磁场；

附图中的标记如下：

1-进气口，2-导液管，3-控流装置，4-流道，5-盖板，6-铸造流盘吊环，7-冷却水箱吊环，8-齿轮，9-水平驱动电机，10-连杆，11-引锭头，12-冷却水箱，13-铸造流盘，14-保护气环，15-进水口，16-电磁搅拌装置，17-中间包，18-感应熔炼炉，19-垂直驱动电机，20-控流杆，21-下介板，22-出水孔，23-励磁线圈，24-结晶器内套，25-保温帽，26-铰链，27-铸造流盘内流道，28-铸造流盘主流道，29-铸造流盘分流道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明装置和方法进一步说明，用于进一步解释和说明本发明而不作为对本发明的限定。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种同水平电磁铸造装置，用于铸造镁合金圆坯，具体结构参照图1、图2和图3，该装置主要包括感应熔炼炉部分、中间包转流部分、铸造结晶器部分及其他铸造辅助工装。冷却水箱可以通过冷却水箱吊环7起吊和落下，铸造流盘13可以通过铸造流盘吊环6起吊和落下。首先将结晶器内套24置于冷却水箱12的预留结晶器孔，然后将铸造流盘13置于其上方，铸造流盘13上有铸造流盘内流道27，铸造流盘内流道27包括垂直贯穿铸造流盘的孔，通过铸造流盘分流道29与铸造流盘主流道28连通，铸造流盘内流道27内壁嵌有保温帽25，铸造流盘内流道27的底部与结晶器内套24之间通过配合台阶形成配合，采用石棉绳和硅酸铝纸垫圈密封。

然后，以中间包17为中心分别通过导液管2连接感应熔炼炉18、通过流道4连接铸造流盘主流道28；在中间包17上安装熔体控流装置3，包括垂直驱动电机19和控流杆20，同时在中间包17下方安装电磁搅拌装置16；在铸造流盘13上设置盖板5，在水平驱动电机9的作用下通过铰链26连接齿轮8驱动连杆10转动，实现盖板5的开合；安装盖板5前，首先应将保护气环14置于铸造流盘内流道27、铸造流盘分流道29和铸造流盘主流道28上方。

铸造前，首先将引锭头11升至结晶器内套24内，之间的间隙用石棉绳密封；将结晶器内套24、引锭头11及中间包17、流道4以及导液管2预热至150℃；启动水平驱动电机9驱动盖板5覆盖铸造流盘13表面，向保护气环14内通入保护气体，从进水口15向冷却水箱12内通入冷却水，通过控制水压可调节冷却水的入射角度和冷却强度；对冷却水箱12内的励磁线圈23施加电流，在每个结晶器内套内产生所需形式的磁场；通过进气口1向感应熔炼炉18内通入氩气或氮气加压，使熔炼净化后镁熔体在气压作用下进入导液管2流向中间包17，打开中间包17底部的电磁搅拌装置16对熔体进行预处理；通过垂直驱动电机19调节控流杆20的垂直高度以调控导液管2的开口大小，控制熔体流量；通过进一步调节导液管2的开口大小使镁熔体经流道4和铸造流盘13流入每个结晶器内套24；透过耐高温玻璃盖板5观察流道4及结晶器内套24内的金属熔体状态，调整金属熔体的流量及中间包17、流道4、铸造流盘13和结晶器内套24内液面高低，待铺底完成后开启铸造机，以既定铸造速度开始引锭铸造。

如图3所示冷却水箱12与结晶器内套24之间设置挡水板，与结晶器内套24外壁分离，挡水板围绕结晶器内套24外侧设置，冷却水箱12还包括下介板21和密封板，挡水板、下介板21与冷却水箱上端的密封板和冷却水箱体构成封闭空间。挡水板上垂直挡水板方向设置出水孔22，出水孔22的出水量和出水方向可控，从而实现结晶器内套24部分冷却强度的调控。

铸造结束后，停止往感应熔炼炉18内通入气体，关闭控流装置3，待铸锭下降至结晶器内套24底部以下，结晶器内套内熔体完全凝固后停止对励磁线圈施加电流，停止通入保护气体，停止通入冷却水，将铸造流盘吊离铸造井。

所述铸造流盘13上铸造流盘内流道27与铸造流盘分流道29的连接处设置有挡流板，可随时切断任意结晶器内套的金属熔体供应。

所述镁合金型号为AZ80，铸锭规格为Φ100mm×5500mm，20根。

所述结晶器内套24材质为铝合金，壁厚10mm，结晶器内套外设置加强筋，结晶器内套高度为155mm，顶部内径100mm，底部内径101mm，内壁从顶部到底部的斜度0.18°。

所述引锭头采用附图4（a）所示结构。

保护气环14材质为304不锈钢管，内径5mm，底部分布有出气孔，出气孔间距10mm均匀分布；保护气体为SF₆+CO₂的混合气体，气压为0.015MPa；冷却水量为40m³/h，水温为25℃；励磁电流强度为50A(峰值电流约120A)；结晶器内套内磁感应强度为1~30mT；铸造速度约为7~8m/h。

采用该装置和方法制备的AZ80镁合金锭坯超声探伤达到A级，铸锭表面质量如图5所示，施加磁场（图5（b））较不加磁场（图5（a））时铸锭表面质量明显改善。

实施例2

方法同实施例1，区别特征在于：铸造的镁合金型号为AZ31，铸锭规格为Φ320mm×5000mm，4根。

所述结晶器内套24材质为铝合金，壁厚20mm，结晶器内套外设置加强筋，结晶器内套高度为180mm，顶部内径300mm，底部内径302mm，内壁从顶部到底部斜度0.32°。

所述引锭头采用附图4（b）所示结构。

保护气环14内径8mm，出气孔间距15mm均匀分布；保护气体为SF₆+CO₂的混合气体，气压为0.020MPa；预热温度为350℃，冷却水量为100m³/h，水温为30℃；励磁电流强度为70~80A(峰值电流约200~220A)；结晶器内套内磁感应强度为10~60mT；铸造速度为3~4m/h。

采用该装置和方法制备的AZ31镁合金锭坯表面光滑，超声探伤达到A级，铸锭微观组织如图6所示，未施加磁场时（图6（a））铸锭平均晶粒尺寸约为699μm，施加磁场后（图6（b））组织明显细化，晶粒尺寸约为454μm。

实施例3

将实施例1中装置中的由盖板5、齿轮8、连杆10、铰链26和水平驱动电机9构成的铸造流盘覆盖装置和保护气环14省略。装置其他部分同实施例1。

方法同实施例1，区别特征在于：

在铸造方法中省略与铸造流盘覆盖装置和保护气环相关的以下步骤：启动水平驱动电机9驱动盖板5覆盖铸造流盘13表面，向保护气环14内通入保护气体，停止通入保护气体。

铸造的锭坯为铝合金，型号为6063，铸锭规格为Φ300mm×5000mm，4根。

所述结晶器内套24材质为紫铜，壁厚8mm，结晶器内套高度为150mm，顶部内径300mm，底部内径302mm，内壁从顶部到底部斜度0.38°。

预热温度200℃，冷却水量为70m³/h，水温为28℃；励磁电流强度为80~120A；结晶器内套内磁感应强度为40~80mT；铸造速度为6~7m/h。

采用该方法铸锭表面质量及组织均匀性明显改善。

实施例4

装置和方法同实施例3，区别特征在于：铸造的锭坯为无氧铜，型号为TU1，铸锭规格为Φ300mm×5000mm，4根。铸造流盘流道表面镶嵌石墨保护套，熔体表面覆盖碳粉。

所述结晶器内套24材质为紫铜，壁厚15mm，结晶器内套高度为255mm，顶部内径300mm，底部内径302mm，内壁从顶部到底部斜度0.22°。

预热温度300℃，冷却水量为130m³/h，水温为30℃；励磁电流强度为160~180A（峰值电流约350~400A）；结晶器内套内磁感应强度为80~100mT；铸造速度为4.5m/h。

该方法较传统铸造方法制备的无氧铜锭坯表面质量显著改善；由铸锭边部延伸至铸锭中心的柱状晶组织明显细化，铸锭横截面晶粒尺寸较原来的1000~2000μm减小至600~1000μm。

Claims (10)

1.一种同水平电磁铸造装置，其特征在于，包括感应熔炼炉、导液管、中间包、控流装置、流道、铸造流盘、冷却水箱、励磁线圈、结晶器内套和引锭头；所述感应熔炼炉包括进气口和导液管口，导液管口连接导液管的一端，导液管另一端伸入所述中间包；所述中间包上设置控流装置，控流装置能够在铸造时实现对金属熔体流量的控制，所述中间包在铸造时通过所述流道与所述铸造流盘相连；所述铸造流盘设置于冷却水箱上方，铸造流盘包括铸造流盘吊钩、与所述流道相连的铸造流盘主流道、与铸造流盘主流道相连的铸造流盘分流道，还包括铸造流盘内流道，所述铸造流盘主流道和铸造流盘分流道采用保温材料，铸造流盘外壳采用不锈钢，所述铸造流盘内流道包括垂直贯穿铸造流盘的孔，通过铸造流盘分流道与铸造流盘主流道连通，铸造流盘内流道内壁镶嵌保温帽，保温帽与铸造流盘主流道和铸造流盘分流道的保温材料连成一体，铸造流盘内流道底部能够与所述结晶器内套密封配合，铸造流盘内流道内壁下端与结晶器内套交界处有弯月面结构；所述冷却水箱包括进水口、冷却水箱体、预留结晶器孔和密封板，所述结晶器内套设置在所述预留结晶器孔内，位置与所述铸造流盘内流道对应，所述结晶器内套内壁从顶部到底部设置有0.1~0.4°的斜度，使结晶器内套内壁顶部的内截面面积小于底部的内截面面积，所述冷却水箱内每个结晶器内套外侧设置所述励磁线圈，励磁线圈之间设置屏蔽材料；每个结晶器内套底部设置有引锭头，铸造机通过铸坯拖板与引锭头连接，能够牵引锭坯下移；

当铸造的金属需要保护气体时，所述同水平电磁铸造装置还包括保护气环和铸造流盘覆盖装置；所述铸造流盘覆盖装置包括盖板，铸造流盘覆盖装置能够实现所述盖板在铸造流盘上的开合，所述盖板能够覆盖铸造流盘表面，与铸造流盘主流道、铸造流盘分流道和铸造流盘内流道形成封闭空间，所述保护气环设置在所述封闭空间中。

2.根据权利要求1所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述中间包底部设置电磁搅拌装置。

3.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述控流装置由控流杆和垂直驱动电机组成，在垂直驱动电机的作用下，能够实现控流杆的上升和下降，调节导液管的开口大小。

4.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述结晶器内套横截面为圆形，数量为4~20个，当用于同一批次铸造时，所述结晶器内套大小相同，均匀分布在冷却水箱上；可铸锭坯直径为80mm~320mm。

5.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述结晶器内套材质为紫铜或铝合金，高度为150mm~260mm；当结晶器内套材质为紫铜时，壁厚为8~15mm；当结晶器内套材质为铝合金时，壁厚为10~20mm，结晶器内套外设置加强筋。

6.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述结晶器内套与所述冷却水箱采用可分离结构，所述冷却水箱还包括挡水板和下介板，所述挡水板、下介板与所述冷却水箱上端的密封板和冷却水箱体构成封闭空间，所述挡水板围绕结晶器内套外侧设置，水平方向与结晶器内套之间的距离为10~50mm，挡水板上垂直挡水板方向设置出水孔，出水孔出水量和出水方向可控，当需要进行多次冷却时，设置多排出水孔。

7.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述铸造流盘内流道底部设置有配合台阶，能够与所述结晶器内套之间互相配合，配合处通过石棉绳和硅酸铝纸垫圈密封。

8.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述铸造流盘覆盖装置还包括连杆、齿轮、水平驱动电机和铰链，所述连杆上一端设置盖板，另一端与齿轮连接，在所述水平驱动电机的作用下所述铰链能够带动所述齿轮和连杆旋转，实现盖板的开合。

9.根据权利要求1或2所述的同水平电磁铸造装置，其特征在于，所述保护气环材质为304不锈钢管，设置于铸造流盘主流道、铸造流盘分流道和铸造流盘内流道上方，保护气环内径5~8mm，保护气环朝金属熔体的方向分布有出气孔，直径2mm，所述出气孔间距10~15mm均匀分布。

10.一种通过权利要求1-9中任一项所述的同水平电磁铸造装置进行同水平铸造的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将结晶器内套置于冷却水箱的预留结晶器孔，然后将铸造流盘置于冷却水箱上方，铸造流盘上的铸造流盘内流道底部与结晶器内套之间密封配合；

(2)通过导液管和流道连接感应熔炼炉、中间包和铸造流盘，将引锭头升至结晶器内套内，将结晶器内套、引锭头、导液管、中间包及流道预热至150~350℃，打开冷却水，通入进水口，对冷却水箱内的励磁线圈施加电流，在每个结晶器内套内产生所需形式的磁场；

(3)通过进气口向感应熔炼炉内通入氩气或氮气，将熔体净化后，金属熔体在气压作用下导入中间包，如设置电磁搅拌装置，则打开电磁搅拌装置；通过控流装置调节金属熔体的流量，待金属熔体液面到达指定高度时通过流道、铸造流盘主流道、铸造流盘分流道流入各铸造流盘内流道和结晶器内套，待铺底完成后开启铸造机，以指定铸造速度开始引锭铸造，整个过程中通过控流装置调节金属熔体的流量及中间包、流道、铸造流盘主流道、铸造流盘分流道、铸造流盘内流道和结晶器内套内液面高低；

(4)铸造结束后，停止往感应熔炼炉内通入加压气体，关闭控流装置，待铸锭下降至结晶器内套底部以下，结晶器内套内熔体完全凝固后停止对励磁线圈施加电流，停止通入冷却水，将铸造流盘吊离铸造井，铸造结束；

所述步骤(2)中结晶器内套与引锭头之间的间隙采用石棉绳填充，冷却水量为35~130m³/h，水温为25~30℃，励磁电流强度为50~400A，结晶器内套磁感应强度为1~100mT；

所述步骤(3)中铸造速度为2.5~8m/h，根据锭坯直径确定；

当所铸造的金属需要保护气体时，在所述步骤(2)的预热和打开冷却水之间，还包括以下步骤：控制盖板覆盖铸造流盘表面，在保护气环中通入保护气体；在所述步骤(4)的停止对励磁线圈施加电流和停止通入冷却水之间，还包括停止通入保护气体的步骤。

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