專利名稱：一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特殊鋼電渣冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置 及方法。
背景技術(shù)：
電渣熔鑄獨(dú)具提高金屬潔凈度，控制凝固組織及最終成型達(dá)到毛坯精化三重功能。然而， 在電渣重熔高合金鋼錠時，仍然存在著鋼錠結(jié)晶組織粗大、宏觀偏析及縮孔和縮松問題。特 別是中大型鍛件或鑄件中這些問題更加嚴(yán)重。因此改善電渣重熔鋼錠質(zhì)量、獲得均勻組織結(jié) 構(gòu)特殊鋼對于發(fā)展我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，《特殊鋼》2008年第1期中的電磁攪 拌對電渣重熔鋼錠溫度場的影響，闡述了在外加電磁攪拌條件下電渣重熔鋼錠凝固過程的數(shù) 學(xué)模型，此裝置中的電磁攪拌器置于結(jié)晶器中部，這樣加強(qiáng)了鋼液內(nèi)部傳熱，熔池也變平坦， 有利于消除電渣錠宏觀偏析和縮孔等缺陷，同時也有利于晶核發(fā)展成等軸晶組織。但是，結(jié) 晶器與電磁攪拌器各.自獨(dú)立，降低了磁場的穿透能力，影響了電磁鐵發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置，包括帶水套
的結(jié)晶器和電磁攪拌器，結(jié)晶器外壁套有一個環(huán)形磁鐵，環(huán)形磁鐵位于結(jié)晶器的中上部，在
環(huán)形電磁鐵周圍設(shè)有與結(jié)晶器水套連通的電磁攪拌器水套。
所述的結(jié)晶器的外壁與電磁攪拌器水套之間只有一層銅板。
一種應(yīng)用帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置進(jìn)行電渣熔鑄的方法，按以下步驟進(jìn)行
(1) 將冷卻水通入結(jié)晶器內(nèi)，未通電的電磁攪拌線圈和電磁鐵也同時浸在冷卻水內(nèi)，在結(jié) 晶器的渣池內(nèi)放入厚度為120毫米至200毫米電極渣料，移動電極通過電磁攪拌'器浸 入渣中20毫米至50毫米深度，電極通電，開始電渣重熔過程。
(2) 當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼錠高度上升到結(jié)晶器高度的三分之一時，將電磁攪拌器線圈通電，由零 逐漸增大，當(dāng)電極熔化端上升到電磁攪拌器的下端面時，線圈電流也達(dá)到正常工作值 約為300安培至500安培。
(3) 首先上升到電磁攪拌磁場有效作用區(qū)的是電極熔化端和渣層，熔化的自耗電極形成鋼
液滴，并進(jìn)入渣層，在外加旋轉(zhuǎn)電磁場作用下，鋼液滴在渣層中呈現(xiàn)螺旋線方式下落，
進(jìn)入鋼錠液池中，鋼錠液池不斷上升也進(jìn)入電磁攪拌器的有效磁場作用區(qū)，此時鋼液
中電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁力驅(qū)動鋼液旋轉(zhuǎn)。(4)上述過程持續(xù)到自耗電極熔化結(jié)束、關(guān)閉電渣重熔電源，待鋼錠完全凝固后關(guān)閉電磁 攪拌線圈電源，接著，鋼錠完全冷卻后，關(guān)閉冷卻水，再出錠。 所述的外加電磁鐵的作用中心處空載磁感應(yīng)強(qiáng)度在350—2000高斯范圍，頻率在1-20 赫茲范圍內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果是產(chǎn)生磁場的軛鐵和線圈與結(jié)晶器結(jié)合在一起，結(jié)晶器內(nèi)通入的冷 卻水既用于鋼錠凝固，也用于產(chǎn)生磁場的線圈冷卻，不但簡化設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且還能將電 磁鐵產(chǎn)生磁纟務(wù)到達(dá)作用區(qū)穿過銅板層數(shù)從三層減少到一層，可大大降低由于磁場集膚效應(yīng)造 成的磁能損失，電磁攪拌技術(shù)在改善鑄坯的表面及皮下質(zhì)量，改善鑄坯凝固組織，提高'等軸 晶率，減輕中心偏析及中心疏松等內(nèi)部缺陷方面都有顯著的作用效果，而且具有不直接接觸 金屬熔體、對金屬熔體無污染、明顯降低金屬熔體氧化等優(yōu)點(diǎn)，提出采用水平旋轉(zhuǎn)磁場，使 得產(chǎn)生的電磁力垂直于結(jié)晶器子午面，線圈纏繞在鐵芯上，使得輸出磁力線密度大，電磁攪 拌力強(qiáng)，通過優(yōu)化操作參數(shù)，有望得到能提高精煉效率、改善特殊鋼錠組織結(jié)構(gòu)的磁場條件。


圖1為一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置示意圖； 圖2為電磁攪拌器內(nèi)磁鐵及線圈構(gòu)造圖中r自耗電極，2電磁鐵及線圈，3渣池，4金屬液滴，5金屬熔池，6兩相區(qū)，7 鑄錠，8底水箱，9電源，IO結(jié)晶器水套，ll電磁攪拌器水套。 '
具體實(shí)施例方式
如圖1所示， 一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置，包括電源9、自耗電極l、結(jié)晶 器和攪拌器，結(jié)晶器包括渣池3和金屬熔池5，結(jié)晶器和電磁攪拌器合為一體，結(jié)晶器內(nèi)通 入的冷卻水既用于鋼錠凝固，也用于產(chǎn)生磁場的線圈冷卻，不但簡化設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且還 能將電磁鐵產(chǎn)生磁場到達(dá)作用區(qū)穿過銅板層數(shù)從三層減少到一層，可大大降低由于磁場集膚 效應(yīng)造成的磁能損失，結(jié)晶器外壁套有一個環(huán)形磁鐵，環(huán)形磁鐵位于結(jié)晶器的1/2以上位置， 環(huán)形磁鐵的鐵芯上繞有線圈。
將冷卻水'從冷卻水入口通入結(jié)晶器內(nèi)，未通電的電磁鐵及線圈2也同時浸在冷卻水內(nèi)， 在結(jié)晶器的渣池3內(nèi)放入厚度為180毫米的電極渣料，移動自耗電極1浸入渣中30毫米^度， 自耗電極l通電，開始電渣重熔過程，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼錠高度上升到結(jié)晶器高度的三分之一時， 將電磁攪拌器線圈通電，由零逐漸增大，當(dāng)自耗電極l熔化端上升到電磁攪拌器的下端面時， 線圈電流也達(dá)到正常工作值約為400安培，熔化的自耗電極1形成鋼液滴，并進(jìn)入渣層3， 在外加旋轉(zhuǎn)電磁場作用下，鋼液滴呈現(xiàn)螺旋線方式下落，進(jìn)入鋼錠液池中，隨著鋼錠液池的上升也進(jìn)入電磁攪拌器的有效磁場作用區(qū)，外加電磁鐵的作用中心處空載磁感應(yīng)強(qiáng)度為380 高斯，頻率為15赫茲，此時鋼液中電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁力驅(qū)動鋼液旋轉(zhuǎn)，在此'過程 中電磁力驅(qū)動的垂直于柱狀晶的流動可以均勻凝固前沿的溫度，促進(jìn)凝固前沿的夾雜物和氣 泡的運(yùn)動，同時打壞或折彎柱狀枝晶，并將富積于凝固前沿的合金元素溶質(zhì)再分布于熔體中， 被打碎的枝晶碎片進(jìn)入熔體后成為新的結(jié)晶核，將導(dǎo)致等軸晶數(shù)量的增加，此過程持續(xù)到自 耗電極熔化結(jié)束、關(guān)閉電渣重熔電源，待鋼錠完全凝固后關(guān)閉電磁攪拌線圈電源，鋼錠完全 冷卻后，關(guān)閉冷卻水，再出錠。
電磁攪拌技術(shù)提高電渣重熔精煉效率的原理是自耗電極熔化的金屬液滴在旋轉(zhuǎn)磁場作用 下，在非導(dǎo)電的渣層中以螺旋線方式下落，相對于未施加磁場、直接下落的精煉過程，運(yùn)動 路程增加，與渣層的相對速度增加，從而增強(qiáng)了金屬液滴去除雜質(zhì)、深度脫硫等能力，可達(dá) 到提高精煉效率的效果。
針對實(shí)際鋼錠的質(zhì)量問題都是出現(xiàn)在鋼錠的中上部位或者兩種不同幾何體結(jié)合處，本發(fā) 明提出外加旋轉(zhuǎn)磁場施加于電渣熔鑄結(jié)晶器中部以上位置或者兩種不同幾何體結(jié)合處，根據(jù) 研究結(jié)果提出外加電磁攪拌作用于直徑大于350毫米以上的圓鋼錠及具有兩種不同幾何體的 結(jié)合部位。
采用本發(fā)明所述的在結(jié)晶器中上部加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置生產(chǎn)了兩批熔鑄件，兩批 熔鑄件采用的材質(zhì)、斷面形狀和尺寸見表1，熔鑄之后，熔鑄之后對兩批熔鑄件進(jìn)行等晶軸 率和縱向剖面檢查，其結(jié)果見表2，其檢查按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
表l實(shí)施例熔鑄件所用材質(zhì)、斷面形狀和尺寸
批號材質(zhì)'斷面形狀和尺寸
1H13模具鋼圓柱坯(D400 nm，高1600 nm
2H13模具鋼圓柱坯①450 mm,高700 mm與方坯300 mmX300 mm的結(jié)合處
表2實(shí)施例熔鑄件產(chǎn)品進(jìn)行等晶軸率和縱向剖面檢查結(jié)果
批號等晶軸率縱向剖面檢査
140%以上呈細(xì)小柱狀晶組織均勻無縮孔縮松現(xiàn)象
240%以上呈細(xì)小柱狀晶組織均勻無縮孔縮松現(xiàn)象
權(quán)利要求
1、一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置，包括帶水套的結(jié)晶器和電磁攪拌器，結(jié)晶器外壁套有一個環(huán)形磁鐵，其特征在于環(huán)形磁鐵位于結(jié)晶器的中上部，在環(huán)形電磁鐵周圍設(shè)有與結(jié)晶器水套連通的電磁攪拌器水套。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置，其特征在于所述的結(jié)晶器 的外壁與電磁攪拌器水套之間只有一層。
3、 一種應(yīng)用權(quán)利要求l所述的帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置進(jìn)行電渣熔鑄的方法，其特 征在于按以下步驟進(jìn)行(1) 將冷卻水通入結(jié)晶器內(nèi)，在結(jié)晶器的渣池內(nèi)放入厚度為120毫米至200毫米的電極渣 料，自耗電極通過電磁攪拌器浸入渣中20毫米至50毫米的深度，電極通電，開始電 渣重熔；(2) 當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼錠高度上升到結(jié)晶器高度的三分之一時，將電磁攪拌器線圈通電，當(dāng)電 極熔化端上升到電磁攪拌器的下端面時，線圈電流達(dá)到正常工作值為300安培至500 安培；(3) 熔化的自耗電極形成鋼液滴，并進(jìn)入渣層和鋼錠液池，鋼錠液池進(jìn)入電磁攪拌器的有 效磁場作用區(qū)，鋼液中電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁力驅(qū)動鋼液旋轉(zhuǎn)；(4) 當(dāng)自耗電極熔化結(jié)束、關(guān)閉電渣重熔電源，待鋼錠完全凝固后關(guān)閉電磁攪拌線圈電源， 鋼錠冷卻后，關(guān)閉冷卻水，出錠。 '
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置進(jìn)行電渣熔鑄的方法，其特 征在于所述的外加電磁鐵空載磁感應(yīng)強(qiáng)度在350—2000高斯范圍，頻率在1-20赫茲范圍 內(nèi)。
全文摘要
一種帶有外加電磁攪拌的電渣熔鑄裝置及方法，屬于特殊鋼電渣冶金技術(shù)領(lǐng)域，包括結(jié)晶器、結(jié)晶器水套和電磁攪拌器，結(jié)晶器外壁套有一個環(huán)形磁鐵，環(huán)形磁鐵位于結(jié)晶器的中上部，環(huán)形磁鐵的鐵芯上繞有線圈，在環(huán)形電磁鐵周圍設(shè)有電磁攪拌器水套，電磁攪拌器水套與結(jié)晶器水套連通；熔化的自耗電極形成鋼液滴進(jìn)入渣層，在外加旋轉(zhuǎn)電磁場作用下，鋼液滴在渣層中呈現(xiàn)螺旋線方式下落，進(jìn)入鋼錠液池中，鋼錠液池不斷上升也進(jìn)入電磁攪拌器的有效磁場作用區(qū)，此時鋼液中電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁力驅(qū)動鋼液旋轉(zhuǎn)；本發(fā)明設(shè)備簡單，在改善鑄坯的表面及皮下質(zhì)量，改善鑄坯凝固組織，提高等軸晶率，減輕中心偏析及中心疏松等內(nèi)部缺陷方面都有顯著的作用效果。
文檔編號B22D23/10GK101480715SQ20091001024
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者李寶寬, 芳 王, 齊鳳升 申請人:東北大學(xué)