CN1245267C - 铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于铜及铜合金水平电磁连续铸造的方法和装置，是对液态金属、固液二相共存区内溶体的凝固，采用了在水平连续铸造结晶器的内侧、于固定在结晶器上的冷水套上，施加中、高频电流的压力磁场和工、低电流的旋转磁场；水冷套的圆周沿轴向为磁性与非磁性相间排列结构，以冷却水控制铸造管坯的铸造速度，该水从管坯引出端结晶器外侧导入，经结晶器的进水腔、冷却固、液二相共存区后，从回水腔由保温熔炉金属料液出口处外侧流出。复合磁场对进入模具结晶器的铜及铜合金液，进行形状和初期凝固控制，改善铜及铜合金管坯的内外表面质量、延长模具的使用寿命，提高生产效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及到一种金属连续铸造，具体地说是铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造的方法及其装置，是采用特殊的物理方法控制熔体的凝固成型。
背景技术
目前，国内外铜及铜合金管坯最先进的生产方式是水平连续铸造，它和垂直连续铸造有着很大的的区别，特别是名称相同而其目的、作用、形状结构却并不同，在水平连续铸造装置中，与金属液体或铸坯直接接触的部件，事实上应称之为模具，而模具之外有冷却套，冷却套以外设制的部件才叫结晶器。但在现有的水平连铸过程中，由于液态金属与模具之间是直接接触，欠缺离间作用，导致了铸管坯表面出现了各种缺陷，如裂纹、沟槽、表面粗糙等，连铸的直接接触摩擦，也缩短了模具的使用寿命；同时由于受铸造温度场的影响，铸管坯内部产生各种缺陷，如缩孔、缩松、晶粒粗大等，内部晶粒几乎全部是柱状晶，粗大晶粒贯穿了整个管坯壁厚，这些缺陷直接影响了铜管材产品的质量、生产效率及生产成本。未来对精密铜管的质量要求越来越高，而且向超薄壁、超细径、大盘重、高精度方向发展，而现有的水平连铸工艺根本无法克服这些缺陷，生产出质量更优的铜管坯也十分困难。为此，本发明研究开发了施加电磁场来解决上述问题，发明人需要研究考虑提供金属液的属类、品质、施加电磁场频率大小、位置、使用方式、冷却条件、及相关元、部件形状、结构、可承受温度、出管坯方式等等以解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的，旨在提供一种减少铜及铜合金铸管坯内外缺陷，提高其表面质量，改善内部组织，使晶粒均质、细化，同时延长模具使用寿命，能够提高生产效率，降低生产成本的水平连续铸造的方法和装置。
一种铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造的方法，其特征在于对液态金属、固液二相共存区内熔体的凝固，是采用了在水平连续铸造冷却结晶器1的内侧，施加两种复合感应磁场；并借助于复合感应磁场与结晶器1内所配置的、轴向前部有一段为磁性与非磁性相间排列的水冷套6，进行磁场作用熔体形成等轴结晶，以冷却水控制铸造管坯的铸造速度。①在结晶器1的内侧所施加两种复合感应电磁场：一是中、高频压力磁场，其频率范围为1000～10000赫磁；一是工、低频旋转磁场，其频率范围为5～60赫磁；②以提供冷却水控制铸管坯冷却，择取铸造速度范围在180～400mm/min时，所用水温度为≤50℃，水流量为15～60L/min，压力为0.4～1.0MPa；③中、高频电流的压力磁场感应器2和工、低频电流的旋转磁场感应器3，置于冷却结晶器1的回水腔8且靠近进液孔的部位，并分别是绕在水冷套6上的磁性、非磁性轴向相间排列的外圆周上，其产生的交变电磁场和旋转电磁场，是通过水冷套6进入到模具内腔、作用到固液二相共存区内金属上。
上述的一种铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造方法的装置，其特征在于是由冷却结晶器1、高频电流的压力磁场感应器2、旋转磁场感应器3、冷却套缝隙4、非磁性防水密封填料5、水冷套6构成；固定在冷却结晶器1上的水冷套6，在其靠近熔炉料液出口处，开有圆周向均布、沿轴向为等宽的长条窄缝隙4，而该缝隙4是用非磁性防水密封填料5予以封住；在带非磁性防水密封填料5的密封段外圆周上，分别缠绕着中、高频电流的压力磁场感应器2，和工、低频电流的旋转磁场感应器3；在冷却结晶器1的管坯引出端外侧，制有联通冷却水进口7的连接件，而另端在炉料出口的外侧，则是冷却水吸取液态金属熔液热后的水流出口。水冷套6上的长条窄缝隙4的宽度为0.01～1.0mm，缝隙数量为8～30条，长度范围为50～150mm；上述的中、高频电流的压力磁场感应器2是由紫铜管缠绕而成的环状线圈；工、低频旋转磁场感应器3是设制成为两对极式结构。
本发明采用上述水平电磁连续铸造管坯的有益效果是：由于施加中高频压力磁场，以形成垂直于液芯方向的电磁压力，电磁压力作用于初期凝固的液态金属，相对可以减少初生坯壳与模具内壁之间的接触压力，从而起到改善铜铸管坯的表面质量、延长模具的使用寿命的目的；再则，施加工、低频旋转电磁场，使结晶器内的金属液受到电磁驱动力的作用，金属液的强制流动冲刷凝固前沿，既净化凝固前沿，又使金属熔体内的晶粒为之产生流动和旋转，这样能折断树枝晶，使破碎的晶体成为再结晶形核的核心，因而促进等轴晶粒的形成，达到晶粒结构更细；另外，施加工、低频旋转电磁场，减少管坯凝固过程中液芯内的温度梯度，有利于初生坯壳的均匀生长，使内部组织均质、细化，内部缺陷减少，生产出优质的铜及铜合金铸管坯，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明及其装置的实施作进一步描述。
图1是本发明实施铸造方法所涉及的装置结构示意图。
图2是图1的A-A剖面视图。
图中：1.冷却结晶器 2.压力磁场感应器 3.旋转磁场感应 4.冷却套缝隙 5.非磁性防水密封填料 6.水冷套 7.进水口 8.回水腔
具体实施方式
参看图1、2，一种铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造的方法及其装置，选定电磁场种类-复合电磁场，以及磁场频率范围、磁场感应器2和3的结构。施加的磁场既要提高管坯的表面质量、又要改善其内部组织，所以选择中、高频和工、低频复合磁场，并安装在水冷套6的磁性与非磁性相间排列段上。给定磁场的频率范围为：中高频磁场频率为4000赫兹，工低频磁场频率为30赫兹。根据选定的磁场制作相应的压力磁场感应器2和旋转磁场感应器3，压力磁场感应器2是由紫铜管缠绕而成的环形线圈；旋转磁场感应器3设计成两对极式的结构。磁场施加的位置，磁场感应器2、3是放置在固液二相共存区，对铜及铜合金液的形状控制、和初期凝固产生的效果为最好，故选择在冷却结晶器1中的回水腔8、靠近保温炉熔料出口、铜管坯料液在水冷套6内进液孔的部位。由于水冷套6对电磁场产生屏蔽作用，为了使感应线圈所产生的电磁场、能够作用到铸坯，在水冷套6壁上、沿轴向前部一段开设有一定长度的等宽窄缝隙4，并使用非磁性防水密封填料5，将窄缝隙4密封住，形成轴向为磁性与非磁性相间排列的格式；其开缝数量为20，缝隙4宽在0.05mm左右，缝隙4长度范围为100mm。铜及铜合金液的结晶速度、冷却速度形成铸造速度直接影响着铸管坯的内外质量，而合金液结晶速度和冷却速度，主要是由进水口7冷却水的流量、压力、温度所控制。根据施加的磁场再结合实际生产品种，确定了上述工艺参数的使用范围。进水口7冷却水的流量控制在40L/min，其压力为0.6MPa，温度≤50℃，铸造速度为300mm/min。
Claims (5)
1、一种铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造的方法，其特征在于对液态金属、固液二相共存区内熔体的凝固，是采用了在水平连续铸造冷却结晶器(1)的内侧，施加两种复合感应磁场，一是中、高频压力磁场，其频率范围为1000～10000赫磁；一是工、低频旋转磁场，其频率范围为5～60赫磁；并借助于复合感应磁场与结晶器(1)内所配置的、轴向前部只有一段为磁性与非磁性相间排列的水冷套(6)，进行磁场作用，使熔体形成等轴结晶，以冷却水控制铸造管坯速度。
2、根据权利要求1所述的水平电磁连续铸造方法，其特征在于以提供冷却水控制铸管坯冷却，择取铸造速度范围在180～400mm/min时，所用水温度为≤50℃，水流量为15～60L/min，压力为0.4～1.0MPa。
3、一种实施权利要求1所述的铜及铜合金铸管坯水平电磁连续铸造方法的装置，其特征在于该装置是由冷却结晶器(1)、中、高频电流的压力磁场感应器(2)、旋转磁场感应器(3)、冷却套缝隙(4)、非磁性防水密封填料(5)、水冷套(6)构成；结晶器(1)和保温炉的管坯料液出口处密封连接，固定在冷却结晶器(1)上的水冷套(6)，在其置于冷却结晶器(1)的回水腔(8)且靠近进液孔的部位，即靠近熔炉料液出口处，开有圆周向均布、沿轴向为等宽的长条窄缝隙(4)，而该缝隙(4)是用非磁性防水密封填料(5)予以封住；在带非磁性防水密封填料(5)的密封段外圆周上，分别缠绕着中、高频电流的压力磁场感应器(2)，和工、低频电流的旋转磁场感应器(3)；在冷却结晶器(1)的管坯引出端外侧，制有联通冷却水进口(7)的连接件；而另一端在熔炉料液出口的外侧，则是冷却后的水流出口。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的中、高频电流的压力磁场感应器(2)是由紫铜线缠绕而成的环状线圈；工、低频旋转磁场感应器(3)是设制成为两对极式结构。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于水冷套(6)上的长条窄缝隙(4)的宽度为0.01～1.0mm，缝隙数量为8～30条，长度范围为50～150mm。
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