低頻脈沖電磁鑄造方法
【專利摘要】一種低頻脈沖電磁鑄造方法，涉及金屬鑄造工藝，解決現有電磁鑄造工藝對金屬凝固過程控制不佳的問題，本方法包含：在中間澆注裝置的鑄機上安裝結晶器；在結晶器上安裝與低頻脈沖電源連接的勵磁線圈；開澆時，金屬熔體通過中間澆注裝置注入結晶器內，鑄機起步升速，引錠裝置將鑄坯拉出結晶器，同時開啟低頻脈沖電源，脈沖電流通過勵磁線圈產生低頻強磁場強度的低頻脈沖磁場，該磁場作用于金屬熔體上起攪拌和磁壓作用；終澆時，鑄機升速降低，同時切閉低頻脈沖電源。本方法磁場強度大，可產生高強度的低頻脈沖磁場，從而獲得大的電磁力，產生的電磁場具有攪拌和磁壓雙重功能，不僅能夠改善鑄坯的表面質量，而且細化鑄坯的凝固組織，提高等軸晶比率。
【專利說明】低頻脈沖電磁鑄造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬鑄造工藝，尤其是指一種低頻脈沖電磁鑄造方法。
【背景技術】
[0002] 無缺陷鑄坯對內部質量和外部質量都有極高的要求，利用電磁力控制鑄坯的凝固 行為是一項有效的提高鑄坯質量的手段，比如：利用高頻磁場（>l〇 3Hz)的軟接觸技術，可以 很好的消除鑄坯表面的振痕；利用低頻磁場（〈?ο?ζ)的電磁攪拌技術，可以去除夾雜，減少 偏析和內裂等缺陷。
[0003] 上世紀 90 年代，法國 Vives 提出 CREM 技術（Casting, Ref inement, Electromagnet ic field)，其主要是利用低頻交變磁場（101?103Hz)，具有細化晶粒和改善鑄坯表面質量 的復合作用。但該技術的磁場強度峰值較低(磁場強度峰值大約為〇. 2T)，對于密度較大的 鋼，其不能滿足磁場強度要求，而增大磁場強度，由于該磁場是穩態的交變，這需要龐大的 水冷設備，且對電源設備提出了更加嚴格的要求，要求低電壓下實現大電流輸出，這需要較 為昂貴的可控硅整流設備。
[0004] 脈沖技術具有鮮明的瞬時突變特性，將其引用于電磁場領域，具有以下優點：一、 根據電磁感應定律，脈沖電磁場在短時間內產生很強的感生電流，這就為產生較強的力場 提供了可能；二、脈沖電磁場平均消耗功率底，并且由于產生焦耳熱的時間極短，可以省去 龐大的冷卻設備，這就為產生較強的磁場提供了可能。目前已有利用脈沖電流通入勵磁線 圈以產生脈沖磁場，對熔體產生電磁振蕩作用。也有利用磁振振蕩技術細化金屬晶粒的方 法。這兩種產生脈沖磁場的方法主要是采用高電壓，大電容式脈沖電源，其原理都是利用大 電容儲能瞬間釋放，產生強磁場，這些技術只具有利用脈沖磁場引起的聲波效應細化凝固 組織的單一功能，并且由于趨膚效應的影響，該技術對于小尺寸試樣效果明顯，但對于工業 生產大尺寸鑄坯細化效果尚不明確。另外，這種類型的電源充電和放電時間過長，單位時間 內放電次數過低(大約3次左右)，不利于對金屬凝固過程進行控制。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了克服現有技術存在的問題，提供一種控制鋼、鋁金屬凝固過 程的低頻脈沖電磁鑄造方法，該方法具有復合作用效果，不僅能夠獲得良好的鑄坯表面質 量，而且能夠獲得細化的凝固組織。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種低頻脈沖電磁鑄造方法，其包含：
[0008] S1，在中間澆注裝置的鑄機上安裝結晶器；
[0009] S2,在所述結晶器上安裝一個與低頻脈沖電源連接的勵磁線圈；
[0010] S3,當開澆時，金屬熔體通過中間澆注裝置注入結晶器內，鑄機起步升速，引錠裝 置將鑄坯拉出結晶器，同時開啟低頻脈沖電源，脈沖電流通過勵磁線圈產生低頻強磁場強 度的低頻脈沖磁場，該低頻脈沖磁場作用于金屬熔體上起攪拌和磁壓作用；
[0011] S4,當終澆時，鑄機升速降低，同時切閉低頻脈沖電源。
[0012] 所述結晶器是切縫水冷式結晶器，切縫處插入云母或者陶瓷，并采用密封膠密封。
[0013] 所述勵磁線圈安裝在結晶器金屬熔體的彎月面處。
[0014] 所述勵磁線圈連接低頻脈沖電源組成了一個低頻脈沖磁場發生電路，其中，低頻 脈沖電源是一個電容儲能式低頻脈沖電源，該電源的輸出端與所述勵磁線圈連接后產生所 述低頻強磁場強度的低頻脈沖磁場。
[0015] 所述低頻范圍是ΙΟ^ΚΛ?ζ。
[0016] 所述強磁場強度是磁場強度>1Τ。
[0017] 所述低頻脈沖磁場的脈沖電流波形為正弦波，脈沖放電頻率fT為1?25Hz，脈沖 波形頻率f w為10?50Hz，脈沖峰值電壓Um為100?500V。
[0018] 本發明的有益效果：
[0019] 1.本發明磁場強度大（>ιτ)。由于該類型脈沖磁場是先將能量存儲，然后瞬時放 電，可產生較高強度的磁場，從而獲得大的電磁力。
[0020] 2.本發明具有攪拌和磁壓功能。由于該類型脈沖磁場頻率處于101?10 3Ηζ范圍 內，根據電磁學定律，其產生的電磁場具有攪拌和磁壓雙重功能，不僅能夠改善鑄述的表面 質量，比如鋼連鑄工藝產生的振痕，而且細化鑄坯的凝固組織，提高等軸晶比率。
[0021] 3.本發明電源設備簡單。由于該類型磁場是瞬時作用，這區別于電磁攪拌的持續 作用，所以不需要龐大的水冷設備；同時，電磁攪拌為了實現較高磁場強度，需要低電壓、大 電流輸出，這就對電源設備提出了要求，需要昂貴的可控硅整流裝置，而該類型脈沖磁場因 為是將磁場能量存儲，然后釋放，這不需要整流設備，即可獲得較大強度的電流值。
[0022] 本發明不僅可以應用于鋼鐵黑色金屬連鑄工藝，也可應用于鋁、鎂等有色金屬工 藝。對于鋼坯而言，熔體高度及液穴的深度通常達到數米，對于鎂、鋁合金而言，熔體與液穴 的總高度約為15cm左右，即約為結晶器的高度，其結果就是要在結晶器與二次冷卻水之間 相對狹小的空間里布置體積龐大的電磁攪拌設備，在實際生產過程中難以實現。而該技術 采用的脈沖磁場的線圈高度可以滿足要求。
[0023] 為進一步說明本發明的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發明進 行詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明中低頻脈沖磁場發生電路的示意圖；
[0025] 圖2為圖1電路產生的低頻脈沖磁場電流波形圖；
[0026] 圖3為本發明中使用的結晶器；
[0027] 圖4為本發明使用在160 X 160mm方坯連鑄機上的示意簡圖；
[0028] 圖5為本發明低頻脈沖電磁鑄造方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合實施例的附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0030] 基于現有CREM技術的原理和脈沖磁場瞬間能夠釋放大能量的特性，本發明提出 低頻脈沖電磁鑄造技術 CR-PMF (Casting, Refinement, Pulsed Magneticfield)。首先，該 磁場的頻率處于?ο1?l〇3Hz范圍內，具有改善鑄坯表面質量和細化晶粒的復合作用。另外 該技術主要利用儲能電容將能量儲存，然后在很短時間內向勵磁線圈放電，產生所需的脈 沖強磁場強度峰值（>ιτ)。
[0031] 根據電磁場原理，交變磁場激發的洛侖茲力可分為非回轉項fimt和回轉項f Mt，一 般認為：
[0032]
【權利要求】
1. 一種低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于包含： S1，在中間澆注裝置的鑄機上安裝結晶器； 52, 在所述結晶器上安裝一個與低頻脈沖電源連接的勵磁線圈； 53, 當開澆時，金屬熔體通過中間澆注裝置注入結晶器內，鑄機起步升速，引錠裝置將 鑄坯拉出結晶器，同時開啟低頻脈沖電源，脈沖電流通過勵磁線圈產生低頻強磁場強度的 低頻脈沖磁場，該低頻脈沖磁場作用于金屬熔體上起攪拌和磁壓作用； 54, 當終澆時，鑄機升速降低，同時切閉低頻脈沖電源。
2. 如權利要求1所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述結晶器是切縫水冷式結晶器，切縫處插入云母或者陶瓷，并采用密封膠密封。
3. 如權利要求1所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述勵磁線圈安裝在結晶器金屬熔體的彎月面處。
4. 如權利要求1所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述勵磁線圈連接低頻脈沖電源組成了一個低頻脈沖磁場發生電路，其中，低頻脈沖 電源是一個電容儲能式低頻脈沖電源，該電源的輸出端與所述勵磁線圈連接后產生所述低 頻強磁場強度的低頻脈沖磁場。
5. 如權利要求4所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述低頻范圍是
6. 如權利要求4所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述強磁場強度是磁場強度>1T。
7. 如權利要求4所述的低頻脈沖電磁鑄造方法，其特征在于： 所述低頻脈沖磁場的脈沖電流波形為正弦波，脈沖放電頻率fT為1?25Hz，脈沖波形 頻率fw為10?50Hz，脈沖峰值電壓Un為100?500V。
【文檔編號】B22D27/02GK104057046SQ201310091447
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月21日 優先權日:2013年3月21日
【發明者】華駿山, 張永杰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司