專利名稱：：磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，屬于鋁合金半連續(xù)鑄造
技術領域：
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背景技術：
：早在20世紀60年代，人們就開始研究如何應用電磁場來改善鋁合金半連續(xù)鑄錠的質量。前蘇聯(lián)鋁合金專家Getselev首次將交變電磁場引入到鋁合金的半連續(xù)鑄造領域，在鋁合金半連續(xù)鑄造的基礎上成功開發(fā)出鋁合金無模電磁鑄造技術，完全依靠電磁推力使鋁合金熔體在鑄造過程中始終處于懸浮狀態(tài)。由于此項技術鑄錠不與結晶器內壁接觸，因此制備的鑄錠表面非常光滑，可以不銑面而直接進行軋制，生產(chǎn)效率顯著提高。但是，該技術對電源設備和工藝控制精度的要求非常高，鑄錠成形較困難。在電磁鑄造技術的基礎上，各國學者相繼開發(fā)了電磁軟接觸鑄造技術，采用不同鑄造結晶器與電磁線圈集成的方式提高了電磁鑄造工藝的穩(wěn)定性和可操作性，鑄造成功率顯著提高。我國從1974年開始工業(yè)裝置電磁鑄造技術的研究和開發(fā)工作，東北輕合金加工廠、東北大學、大連理工大學等機構也相繼成功開發(fā)了多項鋁合金電磁軟接觸鑄造技術，顯著提高了鑄錠的綜合質量。但是，在電磁軟接觸鑄造技術的應用過程中發(fā)現(xiàn)，金屬制結晶器對交變電磁場的損耗較大，選擇非金屬材料結晶器的強度要求很難保證，為彌補結晶器對電磁場的損耗，保證結晶器內鋁合金熔體獲得足夠的磁場強度，線圈激發(fā)的交變電磁場強度必須足夠大。因此，給線圈的設計和磁場激發(fā)電源的選擇帶來一定的困難。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，包括結晶器本體和電磁線圈，特點是所述電磁線圈置于U形硅鋼片內，裝有電磁線圈的U形硅鋼片設置在結晶器本體的水腔中，將結晶器本體的水腔分割成相互獨立的外水腔和內水腔，所述U形硅鋼片的U形口朝向結晶器本體的內壁，電磁線圈上部的硅鋼片層和下部的硅鋼片層沿結晶器半徑方向排列，相鄰兩硅鋼片層間設置硅鋼片間隙層，硅鋼片間隙層沿圓周方向均勻分布，電磁線圈上部的硅鋼片層沿圓周均勻分布有空隙層，作為水腔分水孔；所述電磁線圈由外包絕緣層的扁銅線按螺旋方式纏繞而成，在電磁線圈的扁銅線層間設置線圈間隙層，由外水腔、硅鋼片空隙層、線圈間隙層以及內水腔共同構成冷卻水通路，在結晶器本體上設置有與外水腔相連通的進水孔以及與內水腔相連通的噴水孔，鑄造過程中冷卻水由進水孔進入結晶器，充滿內外兩個水腔后，最后經(jīng)噴水孔流出結晶器器冷卻鑄錠。進一步地，上述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，所述電磁線圈的匪數(shù)為550匝，呈層疊式排布，內外層間均設計線圈間隙層，作為冷卻水通道。更進一步地，上述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，所述結晶器本體的內壁設有若干個切縫，每個切縫內填充有橡膠條；每個切縫的高度為50150mm，寬度為15mm，深度為結晶器本體內壁厚度。再進一步地，上述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，所述結晶器本體的內壁襯有石墨內襯，所述石墨內襯由215塊分瓣石墨拼接而成，拼接后相鄰石墨間隙小于lmm。本發(fā)明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在由電磁線圈和U形硅鋼片共同構成磁場發(fā)生裝置，有效解決了電磁結晶器磁場強度低、鋁制結晶器本體磁場消耗大等問題；結晶器內壁的切縫設計和內襯的分體設計降低了交變電磁場的損耗，增加了電磁場在結晶器內的穿透能力，有效提高了結晶器鋁合金熔體內的磁場強度；結晶器內外獨立水腔和硅鋼片空隙層的設計分流了冷卻水，并將鑄錠的一次冷卻與線圈冷卻集成于一體，結構簡單，保證了電磁結晶器的冷卻效果和使用安全。通過電磁場發(fā)生裝置和結晶器結構的優(yōu)化設計顯著減小了結晶器對交變電磁場的損耗，大幅度提高了作用于鋁合金熔體內的有效磁場強度。下面結合附圖對本發(fā)明技術方案作進一步說明圖1:本發(fā)明結晶器的結構剖視圖；圖2:硅鋼片層的結構示意圖；圖3:電磁線圈的結構示意圖。圖中各附圖標記的含義見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>具體實施例方式本發(fā)明提供一種磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，通過優(yōu)化電磁線圈結構和結晶器結構，降低交變電磁場在結晶器內的損耗，提高電磁場的利用率。如圖1所示，磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，包括結晶器本體1、石墨內襯4和電磁線圈5，結晶器本體1由軋制鋁合金板經(jīng)機加工而成，電磁線圈5置于U形硅鋼片6內并且彼此固定，防止通入交流電后線圈在結晶器內振動，電磁線圈5與U形硅鋼片6構成電磁場發(fā)生裝置；裝有電磁線圈5的U形硅鋼片6設置在結晶器本體1的水腔中，U形硅鋼片6和絕緣墊圈7共同構成隔水墻，將結晶器本體1的水腔分割成相互獨立的外水腔10和內水腔ll，U形硅鋼片6的U形口朝向結晶器本體的內壁，電磁線圈5上部的硅鋼片層和下部的硅鋼片層沿結晶器半徑方向排列，相鄰兩硅鋼片層間設置硅鋼片間隙層8，硅鋼片間隙層8沿圓周方向均勻分布，電磁線圈上部的硅鋼片層排布方式如圖2所示；電磁線圈5上部的硅鋼片層沿圓周均勻分布有空隙層，作為水腔分水孔，為兩獨立水腔的連接通道，對結晶器冷卻水起分流作用，保證冷卻水流出結晶器時噴水孔流量的均勻；電磁線圈5由絕緣層包覆2mmX6mm扁銅線按照螺旋方式纏繞而成，電磁線圈5中纏繞扁銅線的排布方式如圖3所示，電磁線圈5的匝數(shù)為550匝，呈層疊式排布，在電磁線圈5的扁銅線層13間設置線圈間隙層14，內外層間均設計間隙層，提供線圈的冷卻水路；外水腔10經(jīng)硅鋼片空隙層8和線圈間隙層14與內水腔11構成冷卻水通路，在結晶器本體1上設置有與外水腔10相連通的進水孔12以及與內水腔11相連通的噴水孔9。結晶器內壁采用切縫設計，在結晶器本體1的內壁設有若干個切縫3，每個切縫3內過盈配合填充橡膠條，滿足結晶器水腔的密封要求；每個切縫3的高度為50150mm，寬度為15mm，深度為結晶器本體內壁厚度。結晶器本體1的內壁襯有石墨內襯4，石墨內襯4由215塊分瓣石墨拼接而成，拼接后相鄰石墨間隙小于lmm。電磁線圈5的底部、頂部和外側布置10mm100mm厚層疊的硅鋼片，呈U形，起增強線圈內部電磁場，降低鋁制結晶器本體磁場消耗的作用。結晶器內部的冷卻水腔被硅鋼片層和絕緣墊圈分隔成內外兩個獨立水腔，外水腔進行一次蓄水，依靠硅鋼片層的空隙層作為分水孔分流冷卻水，使其沿周向均勻流進內水腔，保證結晶器各噴水孔流量均勻；內水腔進行二次蓄水，提供鑄錠的一次冷卻，同時又冷卻置于水腔內的電磁線圈。位于電磁線圈內部的結晶器內壁采用切縫設計，增加交變電磁場在結晶器內的穿透能力，降低電磁損耗。單個切縫內采用過盈配合的絕緣橡膠條填充，這樣既降低了內壁的電磁消耗，同時橡膠條與切縫間過盈配合，又保證了結晶器的密封要求。內襯材料選擇電阻率高且具有自潤滑功能的高純石墨加工而成，內襯結構采用分瓣設計，由若干塊石墨拼接而成，拼接構成內襯的石墨塊數(shù)目與結晶器的透磁要求和鑄錠質量有關，石墨塊數(shù)目越多，拼接后內襯整體的導電性能越差，磁場消耗也越小；但若石墨塊數(shù)過多，內襯中石墨塊拼接縫隙也越多，容易使鑄錠表面產(chǎn)生沿鑄造方向的表面缺陷，同時縫隙處滲鋁縫隙也增大。因此，該結晶器內襯由215塊石墨拼接而成，并且拼接縫隙小于lmm。具體應用時，冷卻水由進水孔12進入結晶器后，首先注滿外水腔IO，然后沿圓周均勻分布的間隙層8進入內水腔ll，并沿線圈間隙層14充滿內水腔冷卻電磁線圈，在冷卻水流動的過程中通過結晶器內壁與內襯的熱傳導對鑄錠實施一次冷卻；最后，冷卻水沿圓周均勻分布的噴水孔9流出結晶器，對鑄錠實施二次冷卻；采用此種水路設計既保證了結晶器各噴水孔水流量的均勻一致，又最大效率地冷卻了電磁線圈，滿足了電磁線圈的冷卻要求。半連續(xù)鑄造過程中，結晶器內通入冷卻水，當冷卻水注滿結晶器各水腔并由噴水孔流出后電磁線圈5中通入交變電流，依靠電磁線圈5和U形硅鋼片6激發(fā)交變電磁場。采用此電磁發(fā)生裝置硅鋼片層外鋁合金結晶器側壁對電磁場的消耗能夠降至3%以下，內部兩獨立水腔設計均勻了結晶器各噴水孔流量，并且對電磁發(fā)生裝置實施了有效冷卻。結晶器內壁的切縫設計以及石墨內襯結構的分體設計顯著降低了電磁線圈內內壁和內襯的磁場損耗，增強了作用于鋁合金熔體內的有效磁場強度，提高了電磁結晶器整體的作用效果。綜上所述，本發(fā)明由電磁線圈和U形硅鋼片共同構成磁場發(fā)生裝置，有效解決了電磁結晶器磁場強度低、鋁制結晶器本體磁場消耗大等問題；結晶器內壁的切縫設計和內襯的分體設計降低了交變電磁場的損耗，增加了電磁場在結晶器內的穿透能力，有效提高了結晶器鋁合金熔體內的磁場強度；結晶器內外獨立水腔和硅鋼片空隙層的設計分流了冷卻水，并將鑄錠的一次冷卻與線圈冷卻集成于一體，結構簡單，保證了電磁結晶器的冷卻效果和使用安全。通過電磁場發(fā)生裝置和結晶器結構的優(yōu)化設計顯著減小了結晶器對交變電磁場的損耗，大幅度提高了作用于鋁合金熔體內的有效磁場強度。以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明權利保護范圍之內。權利要求磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，包括結晶器本體(1)和電磁線圈(5)，其特征在于所述電磁線圈(5)置于U形硅鋼片(6)內，裝有電磁線圈(5)的U形硅鋼片(6)設置在結晶器本體(1)的水腔中，將結晶器本體(1)的水腔分割成相互獨立的外水腔(10)和內水腔(11)，所述U形硅鋼片(6)的U形口朝向結晶器本體的內壁，電磁線圈(5)上部的硅鋼片層和下部的硅鋼片層沿結晶器半徑方向排列，相鄰兩硅鋼片層間設置硅鋼片間隙層(8)，硅鋼片間隙層(8)沿圓周方向均勻分布，電磁線圈(5)上部的硅鋼片層沿圓周均勻分布有空隙層，作為水腔分水孔；所述電磁線圈(5)由外包絕緣層的扁銅線按螺旋方式纏繞而成，在電磁線圈(5)的扁銅線層(13)間設置線圈間隙層(14)，外水腔(10)經(jīng)硅鋼片空隙層(8)和線圈間隙層(14)與內水腔(11)構成冷卻水通路，在結晶器本體(1)上設置有與外水腔(10)相連通的結晶器進水孔(12)以及與內水腔(11)相連通的噴水孔(9)。2.根據(jù)權利要求1所述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，其特征在于所述電磁線圈(5)的匝數(shù)為550匝，呈層疊式排布，內外層間均設計間隙層(14)。3.根據(jù)權利要求1所述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，其特征在于所述結晶器本體(1)的內壁設有若干個切縫，每個切縫內填充有橡膠條。4.根據(jù)權利要求3所述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，其特征在于每個切縫的高度為50150mm，寬度為15mm，深度為結晶器本體內壁厚度。5.根據(jù)權利要求1所述的磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，其特征在于所述結晶器本體(1)的內壁襯有石墨內襯(4)，所述石墨內襯(4)由215塊分瓣石墨拼接而成，拼接后相鄰石墨間隙小于lmm。全文摘要本發(fā)明涉及磁場集聚型切縫式鋁合金電磁結晶器，電磁線圈置于U形硅鋼片內，U形硅鋼片設置在結晶器本體的水腔中，將水腔分割成相互獨立的外水腔和內水腔，U形硅鋼片的U形口朝向結晶器本體的內壁，電磁線圈上部的硅鋼片層和下部的硅鋼片層沿結晶器半徑方向排列，相鄰兩硅鋼片層間設置硅鋼片間隙層，電磁線圈上部的硅鋼片層沿圓周均勻分布有空隙層，作為水腔分水孔；電磁線圈由外包絕緣層的扁銅線按螺旋方式纏繞而成，在電磁線圈的扁銅線層間設置線圈間隙層，在結晶器本體上設置有與外水腔相連通的進水孔以及與內水腔相連通的噴水孔。該項優(yōu)化設計顯著減小結晶器對交變電磁場的損耗，大幅提高作用于鋁合金熔體內的有效磁場強度。文檔編號B22D27/02GK101698221SQ20091021157公開日2010年4月28日申請日期2009年11月6日優(yōu)先權日2009年11月6日發(fā)明者劉金炎,李新濤,王家淳,薛冠霞,郭世杰申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司