專利名稱：可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，屬金屬連鑄工藝技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在金屬的連鑄過(guò)程中，金屬液在結(jié)晶器內(nèi)彎月面附近的初始凝固對(duì)于坯殼的質(zhì)量 有著至關(guān)重要的影響。連鑄坯的表面質(zhì)量主要取決于結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼凝固的均勻 性、鄰近彎月面處的傳熱強(qiáng)度和均勻性，坯殼的許多缺陷，如振痕、偏析、裂紋以及 夾渣等，都與初始凝固有重要關(guān)系。
連鑄過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)強(qiáng)冷的凝固過(guò)程，在此過(guò)程中結(jié)晶器彎月面處的傳熱最為 強(qiáng)烈，這種強(qiáng)冷方式往往會(huì)給坯殼的初始凝固帶來(lái)負(fù)面影響，產(chǎn)生裂紋、偏析等缺陷， 影響坯殼的質(zhì)量，研究表明采用弱冷的方式有利于防止這些缺陷的產(chǎn)生，改善坯殼質(zhì) 量；另外，由于結(jié)晶器的振動(dòng)而造成的自由液面的波動(dòng)，對(duì)初始凝固區(qū)域產(chǎn)生不可忽 視的影響，危機(jī)到坯殼傳熱和凝固的穩(wěn)定性。
為了生產(chǎn)高質(zhì)量坯殼以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，近幾年人們對(duì)連鑄過(guò)程中的初始凝 固進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，開(kāi)發(fā)了一些針對(duì)初始凝固的連鑄技術(shù)，比如軟接觸 電磁連鑄技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)是運(yùn)用電磁場(chǎng)控制初始凝固點(diǎn)處的彎月面形狀，使彎月面曲 率變??；同時(shí)拓寬了熔融保護(hù)渣的通道，使得液態(tài)金屬與結(jié)晶器的接觸壓小減小，實(shí) 現(xiàn)液態(tài)金屬與結(jié)晶器之間的軟接觸，改善潤(rùn)滑效果。根據(jù)此項(xiàng)技術(shù)人們開(kāi)發(fā)了各式各 樣的軟接觸式結(jié)晶器和復(fù)合式結(jié)晶器，但它們的結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，并且由于引入了 電磁場(chǎng)，應(yīng)用起來(lái)也比較困難，因此有必要開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，使用更加方便的 復(fù)合式結(jié)晶器來(lái)改善坯殼的初始凝固狀況。本發(fā)明結(jié)合結(jié)晶器的自身特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行 簡(jiǎn)單的改進(jìn)和完善，盡量減小它所產(chǎn)生的負(fù)面影響，以便更好地控制初始凝固坯殼的 生長(zhǎng)，得到更好的坯殼質(zhì)量，這就是本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在金屬連鑄過(guò)程中，通過(guò)一個(gè)感應(yīng)線圈加熱結(jié)晶器彎月面附近 的金屬液和保護(hù)渣來(lái)改善初始凝固坯殼的微觀組織結(jié)構(gòu)和坯殼與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑 效果，從而減少坯殼缺陷，提高初始凝固坯殼的強(qiáng)度，降低坯殼與結(jié)晶器壁之間的摩
擦力，減小連鑄過(guò)程中拉漏的幾率，提高坯殼質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明在原有的金屬連鑄結(jié)晶器裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)， 設(shè)計(jì)了一種可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置。
本發(fā)明涉及一種可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，包括有加熱線圈、 結(jié)晶器、冷卻水殼體、振動(dòng)裝置、坯殼、金屬液中間包、浸入式水口、保護(hù)渣、金屬 液和引錠桿；其特征在于主體結(jié)晶器與加熱線圈配合使用，加熱線圈放置并纏繞于 結(jié)晶器內(nèi)側(cè)產(chǎn)月面附近上方，以通入交流電加熱初始凝固區(qū)域；所述加熱線圈為1 50匝，形狀為長(zhǎng)方、正方或圓形，視結(jié)晶器的形狀而定；線圈由方形、橢圓形或圓 形銅管制成，銅管當(dāng)量直徑為3 50mm，外部絕緣，內(nèi)部通水冷卻；結(jié)晶器中心位 置上方設(shè)有一金屬液中間包，其下面接有浸入式水口；結(jié)晶器的外側(cè)設(shè)置有包圍于它 們的可通入冷卻水的冷卻水殼體；在殼體下面設(shè)有振動(dòng)裝置；在結(jié)晶器的底部設(shè)置有 引錠桿；結(jié)晶器內(nèi)的金屬液經(jīng)冷卻凝固并帶著初始凝固的坯殼一起隨引錠桿拉引出， 最終得到金屬鑄坯。
所述的加熱線圈放置于結(jié)晶器自由液面上方5 100mm處。 所述的金屬液包括有鋼、鋁、鎂、合金等金屬液的任一種。 所述的初始凝固形成的坯殼與結(jié)晶器器壁之間形成有一層保護(hù)渣。 本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用原理如下所述
本發(fā)明裝置在結(jié)晶器內(nèi)側(cè)彎月面附近的上部設(shè)置有一加熱感應(yīng)線圈，使其在連鑄 過(guò)程中對(duì)初始凝固點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，從而改變?cè)搮^(qū)域的熱流大小和方向，使 其在連鑄過(guò)程中對(duì)初始凝固點(diǎn)附近區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，從而改變?cè)搮^(qū)域的熱流大小和 方向， 一方面減小初始凝固點(diǎn)區(qū)域的溫度梯度，使該區(qū)域的傳熱方式由原來(lái)的強(qiáng)冷變 為弱冷，傳熱更加均勻，這樣可以防止裂紋、偏析等缺陷的產(chǎn)生；同時(shí)，由于初始凝 固區(qū)域的溫度升高，使得初始凝固點(diǎn)的位置下移，遠(yuǎn)離金屬液的自由表面，這樣不僅 可以減小自由液面的波動(dòng)對(duì)初始凝固的影響(對(duì)傳質(zhì)的影響)，而且也可以減小由于 結(jié)晶器的振動(dòng)而產(chǎn)生的溫度波動(dòng)對(duì)初始凝固的影響(對(duì)傳熱的影響)；其三可以改善 初始凝固坯殼的微觀組織，由于熱流方向的變化，可能會(huì)使枝晶方向發(fā)生改變，即由 原來(lái)的垂直于結(jié)晶器壁到現(xiàn)在的與結(jié)晶器壁成一定的角度，這樣可以增強(qiáng)坯殼抵抗結(jié) 晶器壁摩擦力的強(qiáng)度，從而有助于拉坯的順利進(jìn)行；另外，置于結(jié)晶器頂部的感應(yīng)線 圈不僅對(duì)彎月面附近的金屬液進(jìn)行加熱，同時(shí)也對(duì)該區(qū)域保護(hù)渣產(chǎn)生了熱作用，這樣 就消除了結(jié)渣現(xiàn)象，使保護(hù)渣更容易進(jìn)入渣道，從而改善了坯殼與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑。上可以看出，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)原有結(jié)晶器的構(gòu)造稍加改進(jìn)，利用其上部的 加熱線圈既減小了金屬坯殼缺陷的產(chǎn)生，改善了初始凝固坯殼性能，又解決了結(jié)晶器 內(nèi)結(jié)渣問(wèn)題，增強(qiáng)了潤(rùn)滑、順利了拉坯過(guò)程，有利于生產(chǎn)高質(zhì)量鑄坯和提高連鑄生產(chǎn) 率；同時(shí)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1沿中心線剖開(kāi)的一半裝置的局部放大示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步敘述于后。 參見(jiàn)圖1和圖2，本裝置包括有加熱線圈1、結(jié)晶器2、冷卻水殼體3、振動(dòng)裝置 4、坯殼5、金屬液中間包6、浸入式水口7、保護(hù)渣8、金屬液9和引錠桿10;主體 結(jié)晶器2與加熱感應(yīng)線圈1配合使用，加熱感應(yīng)線圈1放置并纏繞于結(jié)晶器2內(nèi)側(cè)彎 月面附近上方，以通入交流電加熱初始凝固區(qū)域；所述加熱線圈為鄰匝，形狀為圓 形；線圈l由圓形銅管制成，銅管當(dāng)量直徑為14mm,外部包覆絕緣材料，空心銅管 內(nèi)可通水進(jìn)行冷卻；結(jié)晶器2中心位置上方設(shè)有一金屬液中間包6，該金屬液為鋼液， 中間包6下面連接有一浸入式水口 7;結(jié)晶器2的外側(cè)設(shè)置有包圍于它的可通入冷卻 水的冷卻水殼體3;在該殼體3下面設(shè)有振動(dòng)裝置，以便于坯殼的順利脫模；在結(jié)晶 器2的底部設(shè)置有引錠桿10;結(jié)晶器2內(nèi)的鋼液9經(jīng)冷卻凝固并帶著初始凝固的殼 坯5—起隨引錠桿10拉引出，最終得到鋼鑄坯。
上述的初始凝固形成的坯殼5與結(jié)晶器2器壁之間形成有一層保護(hù)渣8，該層保 護(hù)渣8在結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面可起到防止空氣的氧化作用，在結(jié)晶器器壁可起到潤(rùn)滑作 用使易于脫模。
權(quán)利要求
1.一種可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，包括有加熱線圈(1)、結(jié)晶器(2)、冷卻水殼體(3)、振動(dòng)裝置(4)、坯殼(5)、金屬液中間包(6)、浸入式水口(7)、保護(hù)渣(8)、金屬液(9)和引錠桿(10)；其特征在于主本結(jié)晶器(2)與加熱線圈(1)配合使用，加熱線圈(1)放置并纏繞于結(jié)晶器(2)內(nèi)側(cè)產(chǎn)月面附近上方，以通入交流電加熱初始凝固區(qū)域；所述加熱線圈為1～50匝，形狀為長(zhǎng)方、正方或圓形，視結(jié)晶器的形狀而定；線圈由方形、橢圓形或圓形銅管制成，銅管當(dāng)量直徑為3～50mm，外部絕緣，內(nèi)部通水冷卻；結(jié)晶器(2)中心位置上方設(shè)有一金屬液中間包(6)，其下面接有浸入式水口(7)；結(jié)晶器(2)的外側(cè)設(shè)置有包圍于它們的可通入冷卻水的冷卻水殼體(3)；在殼體(3)下面設(shè)有振動(dòng)裝置(4)；在結(jié)晶器(2)的底部設(shè)置有引錠桿(10)；結(jié)晶器(2)內(nèi)的金屬液(9)經(jīng)冷卻凝固并帶著初始凝固的坯殼(5)一起隨引錠桿(10)拉引出，最終得到金屬鑄坯。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種可控制初始化凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，其特征 在于所述的加熱線圈(1)放置于結(jié)晶器(2)自由液面上方5 100mm處。
3. 如權(quán)利要求l所述的一種可控制初始化凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，其特征 在于所述的金屬液包括有鋼、鋁、鎂、合金等金屬液的任一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可控制初始凝固的金屬連鑄結(jié)晶器復(fù)合裝置，屬金屬連鑄工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置在原有結(jié)晶器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以便更好地控制初始凝固坯殼的生長(zhǎng)，得到更好的坯殼質(zhì)量。本發(fā)明裝置的特點(diǎn)是通過(guò)設(shè)置一個(gè)加熱感應(yīng)線圈來(lái)加熱結(jié)晶彎月面附近的金屬液和保護(hù)渣來(lái)改善凝固坯殼的微觀組織結(jié)構(gòu)和坯殼與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑效果，從而減少坯殼缺陷，提高初始凝固坯殼的強(qiáng)度，并且有利于連鑄效率的提高。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)包括有加熱線圈(1)、結(jié)晶器(2)、冷卻水殼體(3)、振動(dòng)裝置(4)、坯殼(5)、金屬液中間包(6)、浸入式水口(7)、保護(hù)渣(8)、金屬液(9)和引錠桿(10)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)B22D11/11GK101185956SQ200710171810
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者任忠鳴, 康 鄧, 金小禮, 雷作勝, 馬寧博 申請(qǐng)人:上海大學(xué)