CN1208317A - 电磁铸造用复合电磁感应器 - Google Patents

Abstract

热加工领域中的电磁铸造用复合电磁感应器,由电磁感应器和导磁材料复合而成,包括主线圈(6)、冷却水室(9)和屏蔽罩(3),特征是,还包括,在主线圈外部设有高导磁材料制做的上导磁复合线圈(5)、下导磁复合线圈(8)、外侧导磁复合线圈(7),在各导磁复合线圈间及与主线圈间、块状体(11)间,加有绝缘物(2),优点:①减小磁阻增大磁场,实现小电流低能耗下的电磁铸造,降低能耗300%以上;②调整导磁复合线圈的相对位置,使感光趣区域磁场增大,结晶器内磁场均匀。

Description

电磁铸造用复合电磁感应器

本发明涉及到电磁铸造、铸冶过程中的感应熔炼、电磁搅拌和热处理的感应加热技术，属于热加工领域。

电磁铸造简称EMC(Electromagnetic Casting)，是由前苏联学者Getse-lev于60年代发明的无模半连续铸造技术。其原理是以电磁感应器取代结晶器，当感应器中通入交变电流时，产生交变电磁场 磁场作用于液体金属形成感应电流

与

相互作用，产生向内的电磁力

约束液体金属形成半悬浮柱体。在电磁感应器的下方喷水冷却，上方充填液体金属，由于铸机拖动底模以一定速度下降，形成连续铸造过程。EMC法与普通连续铸造(DC法)相比，具有极大的优点：①由于电磁铸造中液态金属在电磁力的约束下成型，不与结晶器相接触，所以，液体金属在保持自由表面的状态下水冷强迫凝固，铸锭的表面光洁度可达₇～₈，这就消除了DC法所固有的拉、划伤缺陷，因此，在进一步加工前可以不铣面或少铣面，而采用DC法生产的铸锭则要铣面5～15mm，这就减少了工序，大大降低了能源和原材料的消耗，②由于EMC存在电磁搅拌作用，所以，铸锭的内部组织致密、均匀，机械性能大幅度提高，③由于无模铸造，所以取消了复杂的振动和润滑系统，减少了设备投资，简化了工艺，使电磁铸造有着极大的经济意义。

电磁铸造技术，最早应用于铝及铝合金的生产中，其以美国、德国和瑞士等的技术最为先进。每年用EMC法生产的铝合金在200万吨以上，这显示了取代DC的强劲势头。

有色金属这种电磁铸造技术，能否应用于钢的电磁铸造，这已成为人们所关注的焦点，但迄今为止尚无实用的钢电磁铸造技术的报导。这是由于钢EMC的难点在于：①密度大，约是铝的3倍，需很高的电磁压力成型，②电导率低，仅为铝的1/6，而且，透入深度大，在相同的电源参数下，钢液表面形成的感应电流密度小，电磁推力也小。因此，若采用现行的电磁感应器需要很高的电流。例如，仅从密度的角度考虑，形成50mm高的金属液柱，铝需要54mT的磁通密度，而钢则为92mT，约是铝的1.7倍。如果综合电磁率等其他因素，可推知钢约需4.4倍以上于铝EMC的感应器电流，即20000A左右，能耗巨大。俄罗斯学者ЛеЩков.в.л采用150～250KW的电源制造出Ф300mm的圆坯，能耗接近铝的10倍，这在实际生产中是难以接受的。综合评估后，许多学者认为钢的电磁铸造毫无价值，因此，遂将精力集中于冷坩埚法的研究上。冷坩埚法即是在普通连铸结晶器上均匀切割数条微小缝隙(一般为0.1mm)，外侧放置感应线圈，施加高频电磁场，结晶器内产生涡电流将在钢液表面产生向内的电磁推力，使钢坯与结晶器壁实现“软接触”，同时高频磁场的振动抵消了机械振动的影响，从而改善了连铸钢坯表面质量。但是，这种方法能耗大、表面质量的改善也并不十分明显，因此，将EMC技术应用于钢的生产，是一个难题，已成为人们急需解决的关键问题。

现有电磁铸造技术存在能耗大的基本原因在于：现行的电磁感应器为单匝线圈，工业上主要为圆断面或矩形断面的电磁成型方法，线圈为紫铜的矩形管或紫铜带。系统的磁回路由液体金属、空气和绝缘的非磁性材料构成，由磁路的欧姆定律可知，磁通密度Ф与线圈匝数N，感应器电流I和回路磁阻Rm的关系为： $\mathrm{\Φ}=\frac{\mathrm{NI}}{R_m},$

式中：l为磁路平均长度，μ为磁导率，s为磁路截面积。而在高温下，液体金属的磁导率接近于真空的磁导率(μ₀＝4π×10^-7H/m)，因此，使感应器—铸锭所组成的整个回路的磁阻R_m很大，磁通密度Ф较小，故现有技术不能实现对钢的电磁铸造。

另外，铝、铜电磁铸造中仅有约10％的有效功率用于实际的电磁铸造过程中，而90％则消耗于系统的损耗。因此，在不改变感应器电流的条件下，减小系统回路的磁阻R_m，可以增加感应器内的有效磁通。同时，如果采用特殊材料，在原磁场的激发下产生附加磁场使磁场增强，这可望在小电流条件下达到所需要的磁场条件，实现铝、铜和钢的电磁铸造。

本发明的目的和任务是：①克服现有技术用于铝、铜合金其磁阻大，能耗大的不足，对铝合金的研究表明，普通电磁感应器仅有约10％的有效功率作用于实际铸造过程中，而90％消耗于系统的损耗，②克服已有技术应用于钢EMC的实际生产中难以为人们所接受的不足，并提供一种能减少磁阻，增强磁场，使EMC可用于钢的实际生产，同时，使现有用EMC生产的铝及铝合金、铜合金的能耗大为降低的技术措施，特提出本发明的技术解决方案。

本发明的基本构思是：以原有线圈的电磁感应器作为主线圈产生激发磁场，以高导磁材料取代由空气所占据的空间而设计的导磁复合线圈构成新型复合电磁感应器；导磁复合线圈减小了磁路的磁阻，同时，依据电磁场的镜像理论，将导磁复合线圈与主线圈构成复合界面，产生附加磁场；附加磁场与原磁场叠加，使感应器内的有效磁场大大增强，使液柱宽度减小，高度增大，实现小电流、低能耗条件下钢的电磁铸造；并将其应用于铝、铜等其他合金的电磁铸造，可大大降低感应器电流、节省能源；通过改变主线圈和导磁复合线圈的结构、相对位置或绝缘物的厚度，可以增强和调节整个磁场强度与分布。

本发明所设计的电磁铸造用复合电磁感应器，它是由电磁感应器与导磁材料复合所构成，它包括主线圈[6]、冷却水室[9]、屏蔽罩[3]，其特征在于：它还包括在主线圈[6]的上部、下部和外侧部还设有与主线圈[6]电磁感应器形状相近似的高导磁材料制作的上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]或整体导磁复合线圈[12]；在上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]和外侧导磁复合线圈[7]之间、下导磁复合线圈[8]与主线圈[6]和外侧导磁复合线圈[7]之间、外侧导磁复合线圈[7]与主线圈[6]之间，加有绝缘材料构成的绝缘物[2]。

本发明的进一步特征在于：上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]、整体导磁复合线圈[12]，可由多个块状体[11]所构成，并在各块状体[11]间加有绝缘物[2]；上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]、整体导磁复合线圈[12]，可以设计成圆形体线圈、方形体线圈、长方体线圈或异型体线圈；为控制金属液柱的高度和其顶部的曲率半径，上导磁复合线圈[5]的内侧面与水平面间的夹角β设为90°～30°角，通常为90°，75°，60°或45°角；上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]的内侧面与主线圈[6]内侧面其水平方向的相对距离d为-50mm≤d≤2000mm，通常为0mm或2mm或5mm或10mm，以控制结晶器内的磁场强度和均匀性；绝缘物[2]的厚度δ为0≤δ≤50mm，通常为δ≤0.1mm；上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]，可以单独与主线圈[6]电磁感应器配合使用或经不同组合后与主线圈[6]电磁感应器配合使用；本发明所述的高导磁材料复合线圈(即上导磁复合线圈[5]，外侧导磁复合线圈[7]、下导磁复合线圈[8]和整体导磁复合线圈[12])是由磁导率大于真空磁导率的导磁材料制做，通常用Fe、Co、Ni及其合金、硅钢以及铁氧体材料制做；本发明所述的主线圈[6]电磁感应器，是由导磁率大于钢的材料制做，通常用Al、Cu以及超导材料制做；本发明中的绝缘物是由绝缘电阻大于10⁴Ω的绝缘材料制做，通常为绝缘纸(包括纸板)、油纸、漆布或带，绝缘漆、薄膜、云母及各种丝布等。

本发明技术的复合电磁感应器，可以应用于钢、铁等黑色金属及其合金的电磁熔炼、电磁搅拌、电磁铸造，可生产25钢、45钢、16Mn、15MnV、40Cr、35GrMo、GCr15、CrWMn、T8等各种钢坯的生产；可以应用于铝、铜及其合金的电磁熔炼、电磁搅拌、电磁铸造，可以生产3004、5182、2024、6063、7075等各种牌号的铝合金、可应用于钢的电磁连铸，即冷坩埚铸造技术；可以应用于金属热处理的感应加热技术。

电磁铸造所采用的基本设备包括：电源、淬火变压器、电磁感应器、屏蔽罩、冷却水室、熔化炉、浇注系统和拉坯系统。在上述设备中，电磁感应器是关键的赖以成型的装置。为了缩短由感应器，半悬浮金属液柱和环境所组成的系统磁路，减少系统磁阻，并产生激发电磁场，使原系统磁场增强，同时调整、控制磁场分布，维持液体金属静压力与电磁压力间的平衡，并抑制液体金属流动，保持液柱稳定，在电磁感应器中设有导磁复合线圈，可大大减少感应器工作电流和能源的消耗。电磁感应器，是承接由淬火变压器输出的中、高频交流电，产生交变电磁场，使浇注的金属液形成半悬浮金属液柱。

复合电磁感应器系统，电磁铸造的工艺流程是①调整电磁感应器，屏蔽罩，冷却水室和底模的水平与相对位置，②将底模升入感应器中，使其顶面位于感应器主线圈与下导磁复合线圈交界处，③启动电源，并调整功率，频率和感应器电流等电磁参数至规定值，④浇注液体金属于底模中，当形成的半悬浮金属液柱的高度，达到规定值(一般为30～40mm)时，开启拉坯系统，使铸造速度按一定模式逐渐过渡到正常值，⑤当铸造过程中进入稳定阶段后，铸造速度基本保持恒定，此时，要严格控制浇注速度，使其与铸造速度相匹配以保持液柱恒定，直至铸造完毕。

本发明的主要优点是：①由于采用高导磁材料制作的上、外侧、下和整体导磁复合线圈[5]、[7]、[8]、[12]，从而减小了系统回路的磁阻，并产生强大的电磁场，使感应器的有效磁通大大增强，因此，在不改变现有感应器电流的条件下，可以实现小电流、低能耗钢的电磁铸造，这就一方面改善了钢坯的表面质量，消除轧制过程中因表面质量差而引起的各种缺陷，同时，由于电磁搅拌作用，可以细化钢坯的凝固组织、使其致密、均匀并减少偏析，大幅度提高机械性能，另一方面，由于无模成型，取消了复杂的振动和润滑系统，其经济效益是不言而喻的，②本发明技术仍可用于铝、铜及其合金的电磁铸造，此时，可大大降低了感应器的电流，从而显著的降低能耗，一般能源可降低300％以上，③本发明技术所设计的电磁铸造用复合电磁感应器，可以用于多种锭型钢坯的电磁连铸，通过调整各导磁复合线圈的相对探入深度，使所感兴趣的区域的磁场强度增大，使结晶器内的磁场的均匀化。

下面结合附图进一步说明本发明的具体细节：

图1是本发明电磁铸造系统结构示意图。

图中显示，电磁铸造是由在主线圈[6]的上部、外侧部和下部设计有上导磁复合线圈[5]、外侧导磁复合线圈[7]和下导磁复合线圈[8]所构成的电磁铸造用复合电磁感应器而实现的。为了紧固在其外部设有档板[1]，下部设有冷却水室[9]，在其主线圈[6]与上导磁复合线圈[5]、外侧导磁复合线圈[7]、下导磁复合线圈[8]之间和上、下和外侧导磁复合线圈[5、8、7]之间，均加有绝缘物[2]。金属液[4]在电磁铸造用复合电磁感应器和屏蔽罩[3]的作用下，形成半悬浮液柱，该液柱经冷却水室[9]喷水冷却而形成铸锭[10]。箭头方向为铸锭[10]的运动(即拉坯)方向。β角的大小根据金属液面的弧度要求来确定。

图2是本发明所设计的电磁铸造用复合电磁感应器俯视结构示意图。

图中显示，电磁铸造用复合电磁感应器是一个环状结构，是由主线圈[6]和上导磁复合线圈[5]、外侧导磁复合线圈、下导磁复合线圈复合而成。C-C为剖面符号。

图3是图2的C-C剖面结构示意图。

图中显示在主线圈[6]的上部、外侧部和下部，分别设计有上导磁复合线圈[5]、外侧导磁复合线圈[7]和下导磁复合线圈[8]，在它们之间均加有绝缘物[2]。β角成90°。

图4为现有技术所采用的电磁感应器(即主线圈[6])的俯视结构示意图。A-A为剖面符号及方向。

图5是图4的A-A部面结构示意图，符号同图4。

图6是本发明所设计的一种圆型上、下导磁复合线圈的俯视结构示意图。它们各由8个弧型块状体[11]所组成。在各块状体[11]之间均加有绝缘物[2]，C-C为剖面符号及方向。

图7是图6的C-C剖面结构示意图，其符号均同图6。

图8是本发明所设计的一种矩型上、下导磁复合线圈的俯视示意图。它们各是由8个矩型、8个梯型的块状物[11]所组成。在各块状体[11]之间均加有绝缘物[2]，B-B是剖面及方向。

图9是图8的B-B剖面结构示意图。图中符号均同图8。

图10是本发明所设计的一种圆型外侧导磁复合线圈俯视示意图。

图中显示，在由8个弧型块状物[11]之间均加有绝缘物[2]，A-A为剖面符号及方向。

图11是图10的A-A剖面结构示意图。符号均同图10。

图12是本发明所设计的一种矩型外侧导磁复合线圈俯视结构示意图。

图中显示，在由7个矩型及8个梯型状的块状体[11]所组成的外侧导磁复合线圈，其各块状体[11]之间均加有绝缘物[2]，B-B是剖面符号及方向。

图13是图12的B-B剖面结构示意图，图中符号均同图12。

图14是本发明所设计的上导磁复合线圈[5]其β角小于90°时的电磁铸造用复合电磁感应器。

图中的符号[6]是主线圈。B-B为剖面符号及方向。

图15是图14的B-B剖面结构示意图。

图中显示，上导磁复合线圈[5]的β角小于90°，各导磁复合线圈之间及各导磁复合线圈与主线圈[6]之间均加有绝缘物[2]。下导磁复合线圈[8]及上导磁复合线圈[5]的内径小于主线圈[6]的内径。

图16是本发明所设计的其外侧导磁复合线圈与主线圈[6]带有α倾角结构的电磁铸造用复合电磁感应器的俯视结构示意图。

符号[5]上导磁复合线圈，D-D为剖面符号及方向。

图17是图16的D-D剖面结构示意图。

图中显示出，主线圈[6]与外侧导磁复合线圈[7]均与其中心线倾斜α角度。它们之间及它们与上导磁复合线圈[5]及下导磁复合线圈[8]之间，均加有绝缘物[2]。

图18是本发明所设计的一种上、下及外侧导磁复合线圈，均由8个弧型块状物[11]所组成的电磁铸造用复合电磁感应器的俯视结构示意图。在各块状物[11]之间加绝缘物[2]。图中符号[6]为主线圈，A-A为剖面符号及方向。

图19是图18的A-A剖面的结构示意图。

图中显示，上、下导磁复合线圈[5，8]其内径均小于主线圈[6]的内径。图中其他符号均同图18，而符号[7]为外侧导磁复合线圈。

图20是本发明所设计的由主线圈[6]与外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图21是带有倾角α的主线圈[6]与外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图22是本发明所设计的由主线圈[6]与上导磁复合线圈[5]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图23是带有β角小于90°的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图24是由内径小于主线圈[6]内径的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图25是本发明所设计的由主线圈[6]与下导磁复合线圈[8]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图26是由内径小于主线圈[6]内径的下导磁复合线圈[8]与主线图[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图27是本发明所设计的由主线圈[6]与上导磁复合线圈[5]和外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图28是由β角小于90°的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]及外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图29是由内径小于主线圈[6]内径的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]及外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图30是由主线圈[6]、外侧导磁复合线圈[7]及下导磁复合线圈[8]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图31是内径小于主线圈[6]内径的下导磁复合线圈[8]与主线圈[6]及外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图32是本发明所设计的由上导磁复合线圈[5]、主线圈[6]及下导磁复合线圈[8]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图33是由内径小于主线圈[6]内径的上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]与主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图34是带有β小于90°角的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]及下导磁复合线圈[8]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图35是由上导磁复合线圈[5]与下导磁复合线圈[8]其内径均小于主线圈[6]内径，与主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。与图33不同之处在于上导磁复合线圈[5]的β角小于90°。

图36是本发明所设计的由主线圈[6]与上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]及外侧导磁复合线圈[7]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图37是由内径小于主线圈[6]内径的上导磁复合线圈[5]和下导磁复合线圈[8]与外侧导磁复合线圈[7]、主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图38是由β角小于90°的上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]、外侧导磁复合线圈[7]、下导磁复合线圈[8]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。

图39是由内径小于主线圈[6]内径的上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]与外侧导磁复合线圈[7]、主线圈[6]所组合的电磁铸造用复合电磁感应器的剖面结构示意图。与图37不同之处在于其上导磁复合线圈[5]的β角小于90°。

图40是电磁铸造用复合电磁感应器，在冷坩埚铸造技术中应用的实例，该图是其俯视结构示意图。

图中显示，在矩形冷坩埚[13]的外面，设计有电磁铸造用复合电磁感应器，本实施例中，其高度与冷坩埚高度相同，主线圈[6]和设计在其上面的上导磁复合线圈[5]及下导磁复合线圈均靠近冷坩埚。而外侧导磁复合线圈则在主线圈[6]的外侧，并与其等高，上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈、外侧导磁复合线圈，各均由4个条形块状体[11]所构成。符号C-C是剖面及方向，符号[2]是绝缘物。

图41是图40的C-C剖面结构示意图。

符号[7]、[8]和[9]分别是外侧导磁复合线圈、下导磁复合线圈和冷却水室。其他符号同图40。

图42是图40当采用小冷坩埚时(或更换不同型号的冷坩埚时)的俯视结构示意图。

在此种情况下，将冷坩埚[13]放入靠近主线圈[6]中心位置(也可偏向某一侧)，而主线圈[6]及外侧导磁线圈的位置没有变动，主线圈[6]距冷坩埚[13]一定距离，而上导磁线圈[5]、下导磁复合线圈则向中心位置探入一定深度，其目的是使所感兴趣的区域磁场增强，并取得与其他各点相近的分布，使结晶器(即冷坩埚[13])内磁场均匀。各块状体[11]及各导磁复合线圈间，均设有绝缘物[2]，E-E是剖面符号及方向。

图43是图42的E-E剖面结构示意图。

图中符号[7]、[8]和[9]分别是外侧导磁复合线圈、下导磁复合线圈和冷却水室，其他符号均同图42。

图44是电磁铸造用复合电磁感应器在冷坩埚铸造技术应用中，采用整体复合线圈[12]时的剖面结构示意图。

图中显示，在冷坩埚(即结晶器)[13]的外面，设有电磁铸造用复合电磁感应器。设在冷坩埚[13]外面的主线圈[6]，其上部、外侧部和下部均被整体导磁复合线圈[12]所包围，它是采用多个块状体所构成。符号[9]、[2]是冷却水室和绝缘物。

图45是本发明所设计的一种异型结构形式的电磁铸造用复合电磁感应器的俯视结构示意图。

图中显示出该异型结构是一个八棱形的结构，上导磁复合线圈[5]是由8个梯形块状物[11]所构成(下导磁复合线圈及外侧导磁复合线圈也同)，在各块状物之间均加有绝缘物[2]，上导磁复合线圈[5]的口径小于主线圈[6]的口径，即上导磁复合线圈(下导磁复合线圈也同)[5]向内(主线圈[6]的中心)探入一定深度。符号F-F是剖面及方向。

图46是图45的F-F剖面结构示意图。

图中显示，由8个梯形结构的块状物[11]所组成的上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]均向主线圈内探入一定深度，而外侧导磁复合线圈[7]处于主线圈[6]的外侧。在上、外侧、下导磁复合线圈[5]、[7]、[8]之间及它们与主线圈[6]之间以及各块状[11]之间，均设有绝缘物[2]。

本发明具体实施例如下：

实施例1：

一种易拉罐用牌号为3004的铸造铝合金，其化学成份为：0.3％Si，0.7％Fe，0.25％Cu，1.2％Mn，1.1％Mg，0.25％Zn，余者为Al。在碳硅棒式反射式电阻炉内熔炼，其熔量为300kg，采用本发明电磁铸造用复合电磁感应器，实施如下：

主线圈[6]是圆环形，斜边，其倾角α＝30°，上部内径Ф_内上＝190mm，下部内径Ф_内下＝174mm，高度h＝35mm，由厚度为3mm的紫铜板制成。

导磁复合线圈结构为圆环形，其上、下及外侧导磁复合线圈，各均由四个块状体[11]所组成。上、下导磁复合线圈[5]、[8]，其参数为；上、下导磁复合线圈的内径Ф_内＝166mm，外径Ф_外＝366mm，高度h_c＝25mm，由厚度为0.1mm硅钢片水平叠放而构成。外侧导磁复合线圈[7]其外径Ф_外＝366mm，内径的上部为Ф_内上＝198mm，其内径下部为Ф_内下＝182mm，由厚度为0.1mm硅钢片垂直叠放。

在块状体[11]间、块状体与主线圈[6]间，采用聚酰亚胺漆绝缘，硅钢片由玻璃丝布绑扎，并涂有树脂漆。

将主线圈[6]，上导磁复合线圈[5]，外侧导磁复合线圈[7]，下导磁复合线圈[8]，按本发明的设计要求，装配在结晶器外周，然后用环氧树脂档板[1]把紧。

电磁铸造工艺过程是：

第一步调整复合电磁感应器、屏蔽罩[3]、冷却水室[9]及底模的水平与相对位置；

第二步将底模升入复合电磁感应器中，使其顶面位置在感应器与下导磁复合线圈交界处；

第三步启动电源向复合电磁感应器通电，调整功率、频率和感应器电流分别至10KW(普通感应器则为32KW)，2500HZ和1500A(用普通感应器则4800A)；

第四步，浇注3004铝合金液体于底模中，当形成的半悬浮液柱高度达到35mm时，调整冷却水量至3m³/h，并启动拉坯系统；

第五步，调整铸速，初始铸速为3cm/min，50秒后，冷却水喷至铸锭，在20秒内将铸速调整至12cm/min，并保持恒定；

第六步，严格控制浇注速度，使其与铸速相匹配并保持液位恒定高度在h＝35mm；

第七步，当铸锭长度达3米后，停止浇注，待铸锭完全凝固后，关闭电源系统而停机，取出铸锭，待用。

第八步，铸锭的质量检查。

经检验：表面光洁度₈(未采用本技术，即普通连续铸锭则为₄)，抗拉强度σ_b＝240MPa(普通连铸锭σ_b＝210MPa)，延伸率δ＝18.2％(普通连铸锭δ＝11.5％)

实施例2：

通常的45号碳素结构钢，其化学成为0.42～0.49％C，0.18～0.37％Si，0.50～0.80％Mn，≤0.25％Cr，0.25％Ni，≤0.040％S，≤0.040P。要求采用本发明技术的电磁铸造用复合电磁感应器，在不改变主线圈原有大小尺寸的基础上，实施电磁连续铸造，生产比原来小铸锭。

原有主线圈[6]是矩形、直边，尺寸为长×宽×高＝1000×400×40(单位mm，下同)，由厚度为5mm紫铜板制成；

采用结晶器尺寸为400×180×350，厚度δ₁＝20mm材质为紫铜，切缝数为50个，结晶器内壁最大磁感应强度30mT。

所采用的上、下、外侧导磁复合线圈[5]、[8]、[7]为矩形环状，均由10个块状体构成，内框尺寸为1000×400，外框尺寸为2000×1000，上导磁复合线圈厚度为δ_上＝200mm，下导磁复合线圈厚度为δ_下＝110mm，外侧导磁复合线圈厚度为δ_侧＝100mm。

导磁复合线圈向长度方向的探入深度为300mm，向宽度方向探入深度为110mm。

上、下、外侧导磁复合线圈是由厚度为0.1mm的硅钢片叠制成的块状体，用玻璃丝布绑扎，涂有树脂固定，块状体间或块状体与感应器间采用聚酰亚胺漆绝缘。

对45钢的电磁连续铸造工艺过程的控制步骤如下：

第一步，更换结晶器。以400×180×350的小结晶器更换1000×400×350的大结晶器，并调整冷却、润滑和振动系统；

第二步，安装并调整电磁铸造用复合电磁感应系统，使上、下导磁复合线圈与结晶器外壁相接并固定；

第三步，起动电源系统，将感应器电流和频率调整至2500A和1000HZ；

第四步，将已熔化的钢水(1620℃)经中间罐浇到结晶器内，至规定高度后(距冷坩埚顶面50mm处)，起动拉坯系统，调整冷却水量至10m³/h；

第五步，开启润滑和振动系统，铸机以0.2m/min的初速度引锭，当二冷区水喷至铸锭时，逐渐将铸造速度调整至1.0m/min；

第六步，控制浇注，润滑和振动系统的正常运转，至铸造过程结束，关闭电源，停机，取出铸锭。

第七步，铸锭的质量检验(在括号内的数字均为未使用本发明技术的数字以“原”字注明)。

结果：铸坯表面光洁度₅(原₃以下)抗拉强度σ_b＝850MPa(原7.50MPa)，屈服强度σ_s＝550MPa(原500MPa)，延伸率δ＝19％(原16％)，冲击韧性a_k＝6.5kg·m/cm²(原5.8kg·m/cm²)。

Claims (10)

1.电磁铸造用复合电磁感应器，是由电磁感应器和导磁材料复合所构成，它包括主线圈[6]、冷却水室[9]、屏蔽罩[3]，其特征在于，它还包括：

a)在主线圈[6]的上部、下部和外侧部设有与主线圈[6]电磁感应器形状相近似的高导磁材料制做的上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]或整体导磁复合线圈[12]，

b)在上导磁复合线圈[5]与主线圈[6]和外侧导磁复合线圈[7]之间，下导磁复合线圈[8]与主线圈[6]和外侧导磁复合线圈[7]之间，外侧导磁复合线圈[7]与主线圈[6]之间，加有绝缘材料构成的绝缘物[2]。

2.根据权利要求1所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于；上导磁复合线圈[5]，下导磁复合线圈[8]，外侧导磁复合线圈[7]、整体导磁复合线圈[12]，可由多个块状体[11]所构成，并在各块状体[11]之间加有绝缘物[2]。

3.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]、整体导磁复合线圈[12]，可以设计成圆形体线圈、方形体线圈、长方体线圈或异型体线圈。

4.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：上导磁复合线圈[5]的内侧面与水平面间的夹角β为90°～30°角，通常为90°，75°，60°或45°角。

5.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：上导磁复合线圈[5]，下导磁复合线圈[8]的内侧面与主线圈[6]内侧面其水平方向的相对距离d为-50mm≤d≤2000mm，通常为0或2或5或10mm。

6.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：绝缘物[2]的厚度δ为0≤δ≤50mm，通常为δ≤0.1mm。

7.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：上导磁复合线圈[5]、下导磁复合线圈[8]、外侧导磁复合线圈[7]，可以单独与主线圈[6]电磁感应器配合使用或经不同组合后与主线圈[6]电磁感应器配合使用。

8.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：所述的高导磁材料是磁导率大于真空磁导率的导磁材料，通常为Fe、Co、Ni及其合金、硅钢以及铁氧体材料。

9.根据权利要求1或2所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于：主线圈[6]电磁感应器是由导电率大于钢的材料制做，通常用Al、Cu以及超导材料制做。

10.根据权利要求1所述的电磁铸造用复合电磁感应器，其特征在于，绝缘物[2]是由绝缘电阻大于10⁴Ω的绝缘材料构成，通常为绝缘纸(包括纸板)、油纸、漆布或带、绝缘漆、薄膜、云母及各种丝布等。

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