專利名稱：一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金軋制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置及方法。
背景技術(shù)：
雙輥鑄軋?jiān)阡X合金板帶材的生產(chǎn)中廣泛使用，各國(guó)雙輥鑄軋機(jī)主要用來生產(chǎn)鋁及鋁合金 板帶材，雙輥鑄軋機(jī)設(shè)備投資小、運(yùn)行費(fèi)用低，傳統(tǒng)雙輥鑄軋技術(shù)只能用于生產(chǎn)凝固溫度范 圍小的合金，對(duì)于凝固溫度范圍大的高合金元素合金很難鑄軋成型。
采用鑄軋工藝是有色金屬制備板帶材坯料的主要方法，也是今后鋼鐵材料的發(fā)展方向， 鑄軋坯料質(zhì)量控制著材料成品的質(zhì)量。由于鑄軋過程的不平衡凝固，會(huì)在晶界出現(xiàn)網(wǎng)狀脆性 第二相，合金組織嚴(yán)重不均勻，強(qiáng)度和塑性差。目前在提高鑄軋坯料質(zhì)量方面的技術(shù)主要有 提高鑄軋速度和冷卻強(qiáng)度，采用在鑄軋區(qū)前沿電磁振蕩達(dá)到攪拌和細(xì)化晶粒的目的。但是上 述兩種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在很大缺陷和難題，離生產(chǎn)實(shí)際還有一定距離。
鎂工業(yè)的發(fā)展途徑是大力發(fā)展鎂合金的應(yīng)用，但鎂合金制品的生產(chǎn)目前以鑄造為主要手 段，極大限制了鎂合金的應(yīng)用。因此必須大力發(fā)展鎂合金的變形加工工藝，提供高性能、低 價(jià)格的金屬板材。為了改變鎂工業(yè)的生產(chǎn)流程，擴(kuò)大以板材為中間材料，通過各種變形加工 的生產(chǎn)方法制造鎂合金零件。但變形加工的生產(chǎn)方法要求板材必須適合變形的要求，有良好 的冷熱變形能力，因此開發(fā)生產(chǎn)成本低、鑄軋坯料質(zhì)量高的雙輥鑄軋技術(shù)具有十分重大意義。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋機(jī)是在靜磁場(chǎng)鑄軋機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種嶄新的板帶材坯料生產(chǎn) 設(shè)備，其特征是在鑄軋輥縫間施加了一定強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)，同時(shí)通過金屬熔體的澆注口和鑄軋 坯料在鑄軋凝固區(qū)施加了一定頻率的交流電流， 一方面通過靜磁場(chǎng)的存在，有效抑制了鑄軋 過程中金屬熔體在鑄軋區(qū)內(nèi)的湍流現(xiàn)象，提高了流體流動(dòng)的均勻性，改善了金屬熔體溫度場(chǎng) 的均勻性，湍流現(xiàn)象的減少降低了夾雜物在鑄軋過程中被裹入熔體，凈化了金屬熔體，同時(shí)， 交流電流的引入，使得金屬熔體產(chǎn)生橫向交變的洛倫磁力，產(chǎn)生橫向的振蕩效應(yīng)，金屬熔體 在電磁振蕩作用下進(jìn)行形核、凝固、變形及晶粒長(zhǎng)大過程，首先打碎了合金結(jié)晶出的枝晶骨 架，細(xì)化合金內(nèi)部組織；同時(shí)提高了金屬熔體的流動(dòng)性，有利于后續(xù)金屬熔體的補(bǔ)充，減少 了內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的機(jī)會(huì)；再者，由于凝固過程的振蕩作用，打亂了凝固的平衡組織，提高了 合金元素在鎂合金的晶內(nèi)含量，提高了合金的強(qiáng)度和塑性；許光明、崔建忠提出了 "一種靜 磁場(chǎng)雙輥鑄軋機(jī)"，應(yīng)用上述原理己在鎂合金和鋁合金等材料上進(jìn)行了研究工作，'取得了明 顯的效果，所鑄軋的合金枝晶組織退化，晶粒得到細(xì)化；靜磁場(chǎng)雙輥鑄軋機(jī)利用直流電源在 銅管制作的線圈上施加電流，把線圈產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)通過鑄軋輥施加在輥縫間；降低了熔體流動(dòng)的速度，提高了熔體溫度的均勻性，減小了由于溫度不均勻引起的熱引力，減少鑄軋坯料 的裂紋傾向；同時(shí)，熔體流動(dòng)的均勻化，降低了熔體流動(dòng)的湍流，起到了減少夾雜效果，達(dá) 到了凈化熔體的目的。但靜磁場(chǎng)雙輥鑄軋機(jī)利用純鐵制作的磁臂和磁極，把磁場(chǎng)引入鑄軋輥 縫，磁場(chǎng)在通過磁臂和磁極時(shí)損失很大；該裝置較復(fù)辨，操作不夠簡(jiǎn)便，而且晶粒細(xì)化程度 仍不十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置及方法，目的在于通過簡(jiǎn)單的 鑄軋?jiān)O(shè)備制備出晶粒細(xì)化程度更高的鑄軋坯料。
本發(fā)明的電磁場(chǎng)振蕩鑄軋?jiān)O(shè)備主要由鑄軋機(jī)、夾送輥和巻取機(jī)組成，鑄軋機(jī)包括上鑄軋 輥、澆注咀子、下鑄軋輥、機(jī)架和聯(lián)接軸，其中上鑄軋輥上設(shè)有勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈與上鑄 軋輥之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料或不設(shè)有非導(dǎo)磁材料；澆注咀子內(nèi)設(shè)有電極，該電極與夾送輥分別 與交流電源的兩極連fe。
當(dāng)勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間不設(shè)有非導(dǎo)磁材料時(shí)，.勵(lì)磁線圈固定在機(jī)架上，勵(lì)磁線圈與 鑄軋輥不接觸；當(dāng)勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料時(shí)，勵(lì)磁線圈與非導(dǎo)磁材料接觸， 非導(dǎo)磁材料與鑄軋輥接觸，并且非導(dǎo)磁材料固定在機(jī)架上。
當(dāng)勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料時(shí)，勵(lì)磁線圈固定在非導(dǎo)磁材料或機(jī)架上。
勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間的間距越小越好，在設(shè)置的間距較小的情況下，為保證勵(lì)磁線 圈的安全和鑄軋工藝的順利進(jìn)行，用非導(dǎo)磁材料將勵(lì)磁線圈與鑄軋輥隔開。
上述的非導(dǎo)磁材料為鋁板、銅板或lCrl8Ni9Ti不銹鋼板。
上述的勵(lì)磁線圈為銅管，該銅管外徑為8-12mm，勵(lì)磁線圈由一組線圈或兩組并列線圈 組成，每組勵(lì)磁線圈的匝數(shù)為100~500。
本發(fā)明的電磁場(chǎng)振蕩鑄軋方法采用上述裝置，按^下步驟進(jìn)行
將金屬溶液通過澆注咀子進(jìn)行澆注，采用鑄軋機(jī)進(jìn)行鑄軋，同時(shí)向勵(lì)磁線圈中通入直流 電，使輥縫中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為(U 0.7T;當(dāng)鑄軋輥壓制出的鑄軋坯料進(jìn)入夾送輥后，向 夾送輥和電極中通入交流電，使輥縫間的電流密度為0.1~lA/mm2。
本發(fā)明是在"一種靜磁場(chǎng)雙輥鑄軋機(jī)"的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，將勵(lì)磁線圈直接設(shè)置在鑄 軋輥表面，縮短了磁路，減少了磁損，在相同電流條件下靜磁場(chǎng)強(qiáng)度提高了 1倍以上，且制 作成本低，安裝簡(jiǎn)單；實(shí)踐證明在省去了鑄軋機(jī)的各種隔磁塊后，靜磁場(chǎng)在鑄軋機(jī)上的磁損 少于原技術(shù)中由磁臂和磁極造成的磁損。
另外本發(fā)明與靜磁場(chǎng)雙輥鑄軋機(jī)在技術(shù)上的改進(jìn)還在于在施加直流磁場(chǎng)的同時(shí)，通過澆注咀子和夾送輥之間施加交流電流，使得鑄軋區(qū)的熔體在交變洛倫磁力的作用下進(jìn)行凝固 和變形。在提高靜磁場(chǎng)鑄軋機(jī)原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用靜磁場(chǎng)與交流電流共同作用產(chǎn)生的電 磁振蕩，由于電流密度與兩輥間距成反比，越接近凝固區(qū)域電流密度越大，振蕩效果越好； 通過電磁振蕩打碎了凝固過程首先結(jié)晶的骨架結(jié)構(gòu)，提高了熔體的流動(dòng)性能，有利于后續(xù)熔 體的補(bǔ)充，細(xì)化了內(nèi)部組織，提高了合金元素的分布均勻性，降低了鑄軋坯料產(chǎn)生裂紋的傾 向。 .
本發(fā)明的裝置和方法在實(shí)驗(yàn)過程中，有效解決了金屬熔體不穩(wěn)定，氧化膜破壞，鑄軋坯 料表面產(chǎn)生裂紋等問題，鑄軋坯料內(nèi)部及表面的裂紋基本不存在，提高成材率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的電磁振蕩鑄軋機(jī)俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的電磁振蕩鑄軋裝置側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中1、直流電機(jī)，2、減速機(jī)，3、上聯(lián)接軸，4、機(jī)架，5、上鑄軋輥、6、下鑄軋輥， 7、水冷系統(tǒng)，8、直流電源，9下聯(lián)接軸，10、勵(lì)磁線圈，11、電極，12、夾送輥，13、巻 取機(jī)，14、交流電源，15、澆注咀子，16、金屬熔體，17、鑄軋坯料。
圖3為采用普通鑄軋方式生產(chǎn)的鎂合金微觀組織顯微圖。 . 圖4為采用直流電磁場(chǎng)鑄軋方式生產(chǎn)的鎂合金微觀組織顯微圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中生產(chǎn)的鎂合金微觀組織顯微圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例中不設(shè)置非導(dǎo)磁材料時(shí)，勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間的間距為5 10rnrn。 本發(fā)明實(shí)施例中采用的非導(dǎo)磁材料厚度為l~5mm。
本發(fā)明實(shí)施例中澆注的金屬熔體為鎂合金熔體和鋁合金熔體，其中鎂合金牌號(hào)為AZ61， 鋁合金為5000系鋁合金。
以下為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。 實(shí)施例1
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，直流電機(jī)1連接減速機(jī)2，減速機(jī)2連接 上聯(lián)接軸3和下聯(lián)接軸9，上聯(lián)接軸3連接上鑄軋輥5，下聯(lián)接軸9連接下鑄軋輥6，上鑄軋 輥5和下鑄軋輥6裝配在機(jī)架4上，上鑄軋輥5和下鑄軋輥6的一端分別設(shè)有水冷系統(tǒng)7; 其中上鑄軋輥5上設(shè)有勵(lì)磁線圈10固定在機(jī)架4上，勵(lì)磁線圈10與上鑄軋輥5間距為 5~10mm。其中鑄軋輥采用炮鋼制作而成，直徑500mm。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，澆注咀子15內(nèi)設(shè)有電極11，電極11與夾送輥12分別通過導(dǎo)線與交流電源14的兩極連接。 '
上述的勵(lì)磁線圈材質(zhì)為銅管，匝數(shù)為300,銅管外徑為10mm。
采用上述設(shè)備生產(chǎn)鋁合金鑄軋坯料，將鋁合金溶液向澆注咀子進(jìn)行澆注，澆注溫度為 700~720°C，向勵(lì)磁線圈中通入直流電，電流為800A，使輥縫中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T; 向水冷系統(tǒng)中通入15'C的冷水，鑄軋速度為1.5m/min，輥縫為5mm，鑄軋區(qū)長(zhǎng)度為60mm， 澆注咀子內(nèi)鋁合金熔體液面高度為100mm;當(dāng)鑄軋輥壓制出的鋁合金坯料進(jìn)入夾送輥后，向 夾送輥和電極中通入交流電，交流電電流為IOOA，使輥縫間的電流密度為0.5A/mm2。
鑄軋過程中金屬熔體穩(wěn)定，鑄軋坯料表面未產(chǎn)生裂紋。 實(shí)施例2
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于:'勵(lì)磁線圈匝數(shù)500，所用的銅管外徑 為12匪。
采用上述設(shè)備生產(chǎn)鎂合金鑄軋坯料，將鎂合金溶液向澆注咀子進(jìn)行澆注，澆注溫度為 72(TC，澆注時(shí)采用氬氣進(jìn)行保護(hù)；向勵(lì)磁線圈中通入直流電，電流為800A，使輥縫中產(chǎn)生 的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.7T;向水冷系統(tǒng)中通入15。C的冷水，鑄軋速度為1.5m/min，輥縫為5mm， 鑄軋區(qū)長(zhǎng)度為60mm,澆注咀子內(nèi)鎂合金熔體液面高度為100mm;當(dāng)鑄軋輥壓制出的鎂合金 坯料進(jìn)入夾送輥后，向夾送輥和電極中通入交流電，交流電電流為200A，使輥縫間的電流密 度為1A/mm2。
分別采用普通鑄軋方式和直流電磁場(chǎng)鑄軋方式澆注同牌號(hào)的鎂合金進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，制備 出的坯料微觀組織分別如圖3、圖4和圖5所示。圖3'為普通鑄軋鎂合金的顯微組織，晶粒 主要為發(fā)達(dá)的枝晶組織。而施加靜磁場(chǎng)后的鎂合金顯微組織如圖4所示，枝晶組織有一定程 度的退化，晶粒得到一定程度的細(xì)化。在同時(shí)施加靜磁場(chǎng)和交流電流鑄軋時(shí)的鎂合金顯微組 織如圖5所示，鎂合金的鑄軋組織明顯細(xì)化，組織更加均勻，枝晶進(jìn)一步退化。 實(shí)施例3
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例l，不同點(diǎn)在于勵(lì)磁線圈匝數(shù)IOO，所用的銅管外徑 為8腿。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋方法同實(shí)施例l，不同點(diǎn)在于(1)直流電電流為600A，輥縫中產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1T; (2)夾送輥和電極中通入的交流電電流為20A，使輥縫間的電流密度為 O.lA/匪2。 ' 實(shí)施例4
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1,不同點(diǎn)在于鑄軋輥上設(shè)有非導(dǎo)磁材料鋁板，鋁板接觸上鑄軋輥并固定在機(jī)架上；勵(lì)磁線圈分為兩組，并列固定在鋁板上。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋方法同實(shí)施例1,不同點(diǎn)在于(1)直流電電流為700A，輥縫中產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T; (2)夾送輥和電極中通入的交流電電流為120A，使輥縫間的電流密度為 0.6A/腿2。
實(shí)施例5
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例4,不同點(diǎn)在于非導(dǎo)磁材料為銅板，銅板接觸上鑄 軋輥并固定在機(jī)架上；勵(lì)磁線圈分為兩組，并列固定在銅板上。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋方法同實(shí)施例4，不同點(diǎn)在于(1)直流電電流為600A，輥縫中產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.3T; (2)夾送輥和電極中通入的交流電電流為160A，使輥縫間的電流密度為 0.8A/mm2。 實(shí)施例6
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于非導(dǎo)磁材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼板， 鋼板接觸上鑄軋輥并固定在機(jī)架上；勵(lì)磁線圈分為兩組；并列固定在1Crl8Ni9Ti不銹鋼板上。
電磁場(chǎng)振蕩鑄軋方法同實(shí)施例l，不同點(diǎn)在于(1)直流電電流為600A，輥縫中產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.21 (2)夾送輥和電極中通入的交流電電流為80A，使輥縫間的電流密度為 0.4A/腿2。
權(quán)利要求
1、一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置，主要由鑄軋機(jī)和夾送輥組成，鑄軋機(jī)包括澆注咀子和上鑄軋輥，其特征在于上鑄軋輥上設(shè)有勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈與上鑄軋輥之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料或不設(shè)有非導(dǎo)磁材料；澆注咀子內(nèi)設(shè)有電極，該電極與夾送輥分別與交流電源的兩極連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置，其特征在于當(dāng)勵(lì)磁線,與上鑄軋 輥之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料時(shí)，勵(lì)磁線圈與非導(dǎo)磁材料接觸，非導(dǎo)磁材料與上鑄軋輥接觸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置，其特征在于所述的勵(lì)磁線圈為銅 管，銅管外徑為8 12mm，勵(lì)磁線圈的匝數(shù)為100-500。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置，其特征在于所述的非導(dǎo)磁材料為 銅板、鋁板或1Crl8Ni9Ti不銹鋼板。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)施電磁振蕩鑄軋的方法，其特征在于按以下步驟 進(jìn)行將金屬溶液通^鑄軋機(jī)的澆注咀子進(jìn)行澆注，然后進(jìn)行鑄軋，同時(shí)向勵(lì)磁線圈中通入 直流電，使輥縫中的碎感應(yīng)強(qiáng)度為0.1~0.7T，當(dāng)鑄軋輥壓制出的鑄軋坯料進(jìn)入夾送輥后，向 夾送輥和電極中通入交流電，使輥縫間的電流密度為0.1~lA/mm2。
全文摘要
一種電磁場(chǎng)振蕩鑄軋裝置及方法，裝置主要由鑄軋機(jī)和夾送輥組成，鑄軋機(jī)包括澆注咀子和上鑄軋輥，其特征在于上鑄軋輥上設(shè)有勵(lì)磁線圈，澆注咀子內(nèi)設(shè)有電極，該電極與夾送輥分別與交流電源的兩極連接。方法為鑄軋時(shí)向勵(lì)磁線圈中通入直流電，使輥縫中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1～0.7T；向夾送輥和電極中通入交流電，使輥縫間的電流密度為0.1～1A/mm²。本發(fā)明的裝置和方法提高了熔體的流動(dòng)性能，細(xì)化了內(nèi)部組織，提高了合金元素的分布均勻性，降低了鑄軋坯料產(chǎn)生裂紋的傾向。
文檔編號(hào)B22D11/06GK101602095SQ20091001239
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者崔建忠, 許光明 申請(qǐng)人:東北大學(xué)