CN1186146C

CN1186146C - 软接触电磁连铸用无切缝结晶器

Info

Publication number: CN1186146C
Application number: CNB021328676A
Authority: CN
Inventors: 王强; 赫冀成; 王恩刚
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: CN1415443A

Abstract

一种软接触电磁连铸用无切缝结晶器，属于冶金连铸技术领域，由结晶器套管、结晶器壳体和感应线圈等构成，其结晶器套管采用两段式结构，由下部的铜(铜合金)和上部的铜基复合材料构成，两者采用真空电子束焊、梯度材料或机械法平滑衔接，本发明既可以保证磁场在金属弯月面附近具有均匀良好的透磁性达到“软接触”的效果，同时又保证在弯月面以下液态金属具有良好的冷却效果，解决目前软接触电磁连铸用切缝式结晶器冷却和透磁效果不能两立的弊端，而且该结晶器具有足够的强度和较高的耐热变形性能。本发明可以实现钢的圆坯、方坯和板坯软接触电磁连铸生产，有效提高金属铸坯的表面质量，提高其性能价格比，具有明显的优势，应用前景广阔。

Description

软接触电磁连铸用无切缝结晶器

技术领域

本发明属于冶金连铸技术领域，特别涉及一种软接触电磁连铸用无切缝结晶器。

背景技术

目前，铝和铜的电磁铸造工艺已日趋成熟，同传统DC法相比，铸坯表面质量得到显著提高。由于钢的密度大，所需电磁推力大；电导率小，产生的电磁推力小，所以很难完全实现无模电磁连铸。法国学者Ch.Vives受铝的电磁铸造技术的启发，提出在连铸结晶器外施加交流电磁场，利用电磁压力使钢液和结晶器在“软接触(Soft-Contact)”条件下实现凝固的铸造方法，称之为软接触电磁连铸。但是这种工艺对连铸结晶器提出了很高的要求。首先，结晶器的透磁率要高，以保证在铸坯表面形成足够的电磁压力；其次，结晶器要有足够的强度，不轻易发生变形；同时，结晶器要有良好的冷却效果，保证铸坯不发生鼓肚及拉漏事故。因此，钢的软接触电磁连铸技术能否在工业生产中得以成功应用，关键取决于结晶器是否能同时满足上述要求。

用于钢的软接触电磁铸造的结晶器同传统结晶器相比较，采用了不同的材质及特殊结构。目前，钢的软接触电磁连铸结晶器按其材质及结构的不同可分为切缝式软接触结晶器和无缝式软接触结晶器两种。切缝式软接触结晶器虽然提高了磁场穿透性，极大改善了铸坯质量，但它仍存在一些不可克服的缺陷。如：(1)切缝多，破坏了结晶器的整体性，降低了结晶器的整体强度，为工业生产带来不稳定因素。(2)由于切缝的存在，每个金属片层相互独立，导致冷却水回路系统复杂，设计困难。(3)结晶器内磁场分布不均匀，直接影响到铸坯质量的改善。无缝式软接触结晶器目前有以下两种典型设计：①分段式无缝软接触结晶器采用分段式结构，其中与钢液面相同高度的结晶器壁由高电阻率的磁性不锈钢制成，下部为高电导率的铜质材料组成。分段式无缝软接触结晶器同普通铜质结晶器相比，透过结晶器壁的磁通密度1.8倍，对铸模内钢水产生的电磁约束力约为原来的3.4倍。其最大缺点是由于上下两段采用性质各异的材料，两者在交接处平滑衔接困难，由于热膨胀系数的差异，在高温热应力的作用下，这种缺陷表现得更加明显，尚无法在实际冶金生产中应用。②整体式无缝软接触结晶器的结构特点是对切缝式软接触结晶器进行了改进，在高电导率的铜质材料片层之间填充高电阻率的铜(铜合金)粉末，经热等静压烧结加工而成为一体。它使结晶器强度得到大幅提高；冷却水回路的布置简单化；与纯铜质结晶器相比，其磁场透磁率可提高三倍；结晶器内磁场分布比较均匀。然而这种设计的结晶器依旧未能完全解决大幅提高透磁率及磁场均匀化的难题，而且必须克服其在材质的选择、制备工艺上的困难。

综上所述，切缝式软接触结晶器显著提高了透磁性，但同时带来结晶器内磁场分布不均匀，结晶器强度下降，以及冷却水回路设计复杂等难题。无缝式软接触结晶器虽然具有提高了结晶器的整体强度，在一定程度上保证了磁场的穿透性，使结晶器内磁场分布均匀，且简化了冷却水回路系统的优点，但在材质的选择、制备工艺上存在较大的困难。因而，上述结晶器目前均处于开发研究阶段，都没应用于实际的工业生产。在目前的研究中，由于设计简单等缘故，科技工作者往往采用切缝式铜制结晶器。但这种单一材料结晶器无法同时达到上述要求，具有一定的局限性，这极大地限制了它在工业领域的应用。

发明内容

针对现有切缝式软接触结晶器内磁场分布不均匀，结晶器强度下降、冷却水回路设计复杂；无缝式软接触结晶器材质选择、制备工艺困难的问题，本发明提供一种同时满足冷却效果及透磁效果的软接触电磁连铸用无切缝结晶器，并可应用于实际生产。

本发明由上法兰、下法兰、结晶器套管、外层壁、壳体、连接件构成，并在结晶器壳体内，围绕结晶器套管上部设有线圈。结晶器套管厚度为10～60mm之间，采用两段式结构，分别由下部的铜(铜合金)和上部的铜基复合材料构成，铜(铜合金)采用目前结晶器中普遍使用的脱氧铜、铬铜或者铬锆铜等铜质材料，铜(铜合金)表面进行镀铬或镀镍铁处理。铜基复合材料要求具有一定的机械强度，高温耐磨性好，且具有较高的电阻率，采用含体积比为3％～30％的Al₂O₃颗粒增强铜基复合材料，或者含重量比＜20％的Mn、重量比＜20％的Al、重量比＜20％的Ni、重量比＜15％的Zn、重量比＜10％的Si、重量比＜10％的Fe以及少量P和Ti金属的铜基原位复合材料。铜(铜合金)和铜基复合材料两者间采用真空电子束焊等特种焊接法、梯度材料法或者机械法平滑衔接，而且结晶器套管壁上无切隙。两段式套管下部的铜(铜合金)和上部的铜基复合材料连接可采用以下三种方法：

1、采用真空电子束焊实施金属铜(铜合金)和铜基复合材料的复合问题，使两者平滑、牢固衔接，交界面具有较高的强度，满足连铸拉钢坯的使用要求。

2、利用热等静压等粉末冶金法实施金属铜(铜合金)和铜基复合材料的复合问题，用梯度材料使两者平滑、牢固衔接，满足了连铸拉钢坯的使用要求。

3、利用机械法实施金属铜(铜合金)和铜基复合材料的衔接问题，铜(铜合金)上有槽，铜基复合材料上带有可伸展于铜(铜合金)内的突起，实现平滑、牢固衔接，并保证界面具有较高的强度，满足了连铸拉钢坯的使用要求。

本发明可以使弯月面下部在铜质材料与铜基复合材料的交界面附近，保证在金属弯月面附近具有均匀且良好的透磁性，在弯月面以下对液态金属具有良好的冷却效果，极大地解决目前的铜制切缝式结晶器冷却和透磁效果不能两立的弊端。而且结晶器有足够的强度和较高的耐热变形性能。该结晶器可以实现钢等高熔点金属的圆坯、方坯和板坯的软接触电磁连铸，有效提高金属铸坯的表面质量，提高其性能价格比，尤其是板坯的电磁连铸生产技术，本发明与传统的结晶器相比具有明显的优势，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为用机械法实现本发明两段式套管结合的示意图。

图中：1上法兰，2下法兰，3线圈，4结晶器套管，5外层壁，6壳体，7连接件，8钢液面，9铜基复合材料，10铜(铜合金)。

具体实施方式

参见图1，本发明的结晶器是在壳体6的上、下两端分别用上法兰1和下法兰2加以固定，结晶器中间为结晶器套管4，在结晶器壳体6内围绕结晶器套管4上部设有线圈3，在结晶器套管4的外层或者结晶器套管4下部铜(铜合金)部分设有外层壁5并使外层壁5与壳体6通过连接带7加以连接。

参见图2，其结晶器套管4采用两段式结构，其上部为铜基复合材料，下部为铜(铜合金)，用机械法实现铜基复合材料与铜(铜合金)的两段套管的结合。

Claims

1、一种软接触电磁连铸用无切缝结晶器，由上法兰、下法兰、结晶器套管、外层壁、壳体、连接件构成，并在结晶器壳体内，围绕结晶器套管上部设有线圈，其特征在于其结晶器套管采用两段式结构，由下部的铜或铜合金和上部的铜基复合材料构成。

2、根据权利要求1所述的软接触电磁连铸用无切缝结晶器，其特征在于所说的两段式套管下部的铜或铜合金和上部的铜基复合材料的连接可采用以下三种方法：

a、采用真空电子束特种焊接方法，

b、采用热等静压粉末冶金法，

c、采用机械法。

3、根据权利要求1所述的软接触电磁连铸用无切缝结晶器，其特征在于所说的结晶器套管下部的铜或铜合金采用脱氧铜、铬铜或铬锆铜，其表面进行镀锆或镀镍铁处理。

4、根据权利要求1所述的软接触电磁连铸用无切缝结晶器，其特征在于所说的两段式结晶器套管上部采用的铜基复合材料可采用含体积比为3％～30％的Al₂O₃颗粒增强铜基复合材料，或者含重量比＜20％的Mn、重量比＜20％的Al、重量比＜20％的Ni、重量比＜15％的Zn、重量比＜10％的Si、重量比＜10％的Fe以及少量P和Ti金属的铜基原位复合材料。