CN204975244U - 双金属复层圆坯电磁连铸设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双金属复层圆坯电磁连铸设备，包括内、外结晶器、内层热顶、外层熔体浇注盘及引锭装置，所述内、外结晶器同轴布置，其特征在于：内结晶器插入外结晶器中，外结晶器内设有一级水冷环腔并在一级水冷环腔中设有与中频电源发生器连接的中频磁场线圈，外结晶器的内环侧壁表面设有石墨内衬层，内结晶器内设有环形水腔并在环形水腔中设有与脉冲电源连接的脉冲磁场线圈，内结晶器内、外环侧壁均设有保温层且外环侧壁的保温层由上至下延伸至距内结晶器底端20mm～30mm高度处。其生产工艺简单，制备产品的内外层金属凝固组织细化、外层金属表面质量高、复合界面清晰稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属材料凝固加工领域，特别是一种双金属复层圆坯电磁连铸设备。
背景技术
双金属复层材料是将两种物理、化学和力学性能不同的合金在界面处实现牢固结合的一种新型复合材料，该类材料通过扬长补短，可以满足不同环境下对材料的特殊要求。制备复层材料的方法主要有轧制复合法、爆炸焊法、挤压法等，近年来连续铸造法制备双金属复层材料技术受到研究者的广泛关注。
公开号为US3421569的专利申请中提出，利用两个同轴的石墨结晶器，首先获得外层为高熔点的合金管坯，然后将低熔点的合金浇注到管坯芯部，从而连续铸造出双金属复层铸坯。该方法适用于复层圆坯连续铸造，但是其内外层金属的结合方式为固态-液态结合，界面结合效果没有半固态-液态或者液态-液态的结合效果好，外层固态金属的温度控制是能否实现良好结合的关键因素，而该方法的温度控制只能靠改变浇注温度以及调节二级水冷来实现，较为困难，另外，该专利没有涉及到改善复层铸坯凝固组织的问题。公开号为US4567936的专利申请中提到复层材料的铸造，介绍了一种外层为高固相线金属、内层为低固相线金属的复层铸锭直接水冷连续铸造方法，其中外层金属必须完全凝固之后才能与内层低固相线金属接触，该专利也同样是利用固态-液态结合的方法使两种金属实现结合，故存在相同的上述问题。
公开号为WO92/18271的专利申请介绍了一种复层铸坯的连续铸造方法，利用电磁制动将结晶器分为上下两个溶池，解决了两种金属液的混合问题，并成功地生产出了内外层界面清晰的不锈钢和碳钢复层材料。该专利所采用的电磁场为直流恒定磁场，其作用是避免两种金属液混熔，CN1413782、CN101549392同样公开了一种复层材料的电磁连续铸造方法，其电磁场的使用目的与WO92/18271一致，都是为了避免内外层金属熔体发生混流，但都没有改善复层铸坯凝固组织。因此，现有的双金属复层材料的连铸方法及设备仍需改进。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种生产工艺简单、制备产品的内外层金属凝固组织细化、外层金属表面质量高、复合界面清晰稳定的双金属复层圆坯电磁连铸设备。
本实用新型的技术方案是：
一种双金属复层圆坯电磁连铸设备，包括内、外结晶器、设于内结晶器顶部的内层热顶、设于外结晶器顶部的外层熔体浇注盘以及引锭装置，所述内、外结晶器同轴布置，其特征在于：所述内结晶器插入外结晶器中，所述外结晶器内设有一级水冷环腔并在一级水冷环腔中设有与中频电源发生器连接的中频磁场线圈，所述外结晶器的内环侧壁表面设有石墨内衬层，所述内结晶器内设有环形水腔并在环形水腔中设有与脉冲电源连接的脉冲磁场线圈，所述内结晶器内、外环侧壁均设有保温层且外环侧壁的保温层由上至下延伸至距内结晶器底端20mm～30mm高度处，所述外结晶器底部另设有二级水冷环腔，所述二级水冷环腔的内侧壁均匀布置喷射水孔。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述外结晶器的一级水冷环腔外壁下部设有一级水冷进水口，外壁上部设有一级水冷出水口，所述二级水冷环腔外壁设有二级水冷进水口。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述内结晶器的环形水腔上部分别设有内结晶器进、出水口。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述外结晶器的一级水冷环腔内设有用于支撑中频磁场线圈的环形支架。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述外结晶器的外壳采用环氧树脂板制成，外结晶器的内环侧壁采用由不导磁材料制成的环形支撑架，所述石墨内衬层嵌于环形支撑架外表面。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述内结晶器外壳采用不锈钢材料制成。
上述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，所述保温层采用硅酸钙保温层。
本实用新型的有益效果是：
1、内结晶器中的脉冲磁场线圈形成脉冲电磁场，脉冲电磁场所产生的洛伦兹力使内结晶器内金属液产生强烈的振荡和强迫对流，使内结晶器侧壁上先形成的大量晶坯脱落，游离到熔体中，进而增加形核率，同时熔体的强迫对流，使得整个内结晶器区域内的熔体温度区域均匀，最终使内层金属凝固组织均匀、晶粒细化，无溶质元素偏析。
2、外结晶器中的中频磁场线圈形成中频电磁场，利用特斯拉计实际测量发现，外结晶器的石墨内衬层边缘液固界面处的电磁压力略大于液体金属自身静压力，因此中频电磁场使外层金属液与外结晶器的石墨内衬层虚接触甚至不接触，最终起到提高铸坯表面质量、降低表面裂纹数量的作用；另外，中频电磁场所产生的洛伦兹力会使外层金属液内部形成强迫流动，能够使已经形成的枝晶发生熔断，使得外层金属液各处温度趋于均匀，有利于等轴晶生长，进而起到细化晶粒的作用。
3、内结晶器的内、外环侧壁均设有保温层，防止了内、外层金属液与内结晶器外壁直接接触造成激冷凝固而产生引锭困难的现象发生。
4、内结晶器的外环侧壁的保温层延伸至距内结晶器底端20mm～30mm高度处，则直接裸露在外的内结晶器的外环侧壁具有较大的冷却能力，外层金属液遇该区域时就会形成半固态支撑层，并利用该半固态支撑层与冷却后的内层金属液接触结合，从而有效防止内、外层金属液混合，使得两种金属液的复合界面清晰稳定。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1.引锭装置、2.双金属复层圆坯、3.二级水冷环腔、301.喷射水孔、302.二级水冷进水口、4.外结晶器、5.一级水冷环腔、501.一级水冷进水口、502.一级水冷出水口、6.中频磁场线圈、7.外层熔体浇注盘、8.保温层、9.内结晶器、10.内层热顶、11.环形水腔、1101.内结晶器进水口、1102.内结晶器出水口、12.脉冲磁场线圈、13.环形支撑架、14.石墨内衬层、15.环形支架。
具体实施方式
如图1所示，该双金属复层圆坯电磁连铸设备包括内、外结晶器9、4、设于内结晶器9顶部的内层热顶10、设于外结晶器4顶部的外层熔体浇注盘7以及引锭装置1。所述内、外结晶器9、4同轴布置且内结晶器9插入外结晶4中，所述外结晶器4内设有一级水冷环腔5并在一级水冷环腔5中设有与中频电源发生器连接的中频磁场线圈6，所述外结晶器4的内环侧壁采用由不导磁材料制成的环形支撑架13且环形支撑架13外表面嵌有石墨内衬层14，本实施例中，外结晶器4的外壳由环氧树脂板制成，内环侧壁采用环形铝支撑架，外结晶器4的一级水冷环腔5内设有用于支撑中频磁场线圈6的环形支架15，外结晶器4的一级水冷环腔5外壁下部设有一级水冷进水口501，外壁上部设有一级水冷出水口502，外结晶器4底部另设有二级水冷环腔3，二级水冷环腔3外壁设有二级水冷进水口302，二级水冷环腔3的内侧壁均匀布置喷射水孔301。所述内结晶器9内设有环形水腔11并在环形水腔11中设有与脉冲电源连接的脉冲磁场线圈12，所述内结晶器9外壳采用304不锈钢材料制成且内、外环侧壁均设有保温层8，本实施例中，采用硅酸钙保温层，内结晶器9的外环侧壁的硅酸钙保温层由上至下延伸至距内结晶器9底端面20mm～30mm高度处，所述内结晶器9的环形水腔11上部分别设有内结晶器进、出水口1101、1102。
工作过程：1)、将引锭装置1送入外结晶器4中与内结晶器9底端紧密接触，分别向外结晶器的一、二级水冷环腔5、3中及内结晶器9的环形水腔11中注入循环冷却水，然后通过外层熔体浇注盘7向外结晶器4内浇注外层金属液，外层金属液经外结晶器4冷却，同时与内结晶器9下端的裸露在外的外环侧壁接触后形成半固态支撑层，浇注时间≥40s，且当外层金属液的液面高于内结晶器9底端40mm～50mm时引锭装置1开始下移，同时通过内层热顶10向内结晶器9中浇注内层金属液，内层金属液经内结晶器9冷却，同时与外层金属液的半固态支撑层接触结合形成复合界面；2)、当连铸过程进入稳定阶段，即当外层金属液的液面低于外结晶器4上沿15～20mm、内层金属液充满内结晶器9，引锭装置1的引锭速度恒定时，同时接通脉冲电源和中频电源发生器，通过脉冲磁场线圈12在内结晶器9中施加脉冲电磁场，通过中频磁场线圈6在外结晶器4中施加中频电磁场,随着引锭装置1的下移通过所述外结晶器4底部的二级水冷环腔3的喷射水孔301向移出外结晶器4的双金属复层圆坯2喷射冷却水，最终实现双金属复层圆坯的电磁连铸。
Claims (7)
1.一种双金属复层圆坯电磁连铸设备，包括内、外结晶器、设于内结晶器顶部的内层热顶、设于外结晶器顶部的外层熔体浇注盘以及引锭装置，所述内、外结晶器同轴布置，其特征在于：所述内结晶器插入外结晶器中，所述外结晶器内设有一级水冷环腔并在一级水冷环腔中设有与中频电源发生器连接的中频磁场线圈，所述外结晶器的内环侧壁表面设有石墨内衬层，所述内结晶器内设有环形水腔并在环形水腔中设有与脉冲电源连接的脉冲磁场线圈，所述内结晶器内、外环侧壁均设有保温层且外环侧壁的保温层由上至下延伸至距内结晶器底端20mm～30mm高度处，所述外结晶器底部另设有二级水冷环腔，所述二级水冷环腔的内侧壁均匀布置喷射水孔。
2.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述外结晶器的一级水冷环腔外壁下部设有一级水冷进水口，外壁上部设有一级水冷出水口，所述二级水冷环腔外壁设有二级水冷进水口。
3.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述内结晶器的环形水腔上部分别设有内结晶器进、出水口。
4.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述外结晶器的一级水冷环腔内设有用于支撑中频磁场线圈的环形支架。
5.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述外结晶器的外壳采用环氧树脂板制成，外结晶器的内环侧壁采用由不导磁材料制成的环形支撑架，所述石墨内衬层嵌于环形支撑架外表面。
6.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述内结晶器外壳采用不锈钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的双金属复层圆坯电磁连铸设备，其特征在于：所述保温层采用硅酸钙保温层。
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