一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置
专利汇可以提供一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种空心金属 管坯 的电磁连续 铸造 方法属于金属材料制备领域，特别涉及到空心金属管坯连续铸造过程中施加电 磁场 的工艺技术。本 发明 的技术特征是通过空心管坯内、外结晶器结构设计及外结晶器外侧施加低频、工频、中频和高频 电磁场 或低、工频与中、高频复合电磁场的技术方案实现了空心金属管坯的电磁连续铸造工艺过程。其特点是工艺简单，显著降低了空心管坯的生产成本；所制备的空心管坯壁厚均匀，误差控制在1%，表观 质量 好，粗糙度控制在0.2mm， 凝固 组织周向均匀性高、晶粒细小，铸态下可直接进行 轧制 。本方法可制备圆形、三 角 形、矩形、多边形等各种形状的空心金属管坯，在军工、核工业、高温耐蚀及石油化工等领域有广阔的应用前景。，下面是一种空心金属管坯电磁连续铸造方法及其所用的装置专利的具体信息内容。
1.一种空心金属管坯的电磁连续铸造方法，其特征是将1570-1590℃的金属 液体连续注入由热顶(2)、水冷开缝式外结晶器(11)和复合式水冷内结晶器 (8)所形成的空腔内，液面控制在距热顶(2)顶端40mm，启动搅拌电磁场发 生器(7)电源，以0.8m/min的速度拉动底模(12)，随着钢水的不断浇入和底 模(12)的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内，并在连续铸造过程中 施加低、工频搅拌电磁场和中、高频电磁场或二者复合的电磁场，搅拌电磁场 的频率范围为：5-60Hz，中频磁场的频率范围为：1000-9000Hz，高频磁场的频 率范围为：10000-100000Hz。
2.一种实施权利要求1所述方法的电磁连续铸造装置，其特征还在于，它 包括：水冷开缝式外结晶器(10)，型壁周向均匀开设与轴线相平行的等宽缝隙 (12)，缝宽0.4-1.0mm，缝内填塞耐火材料；热顶(2)和水冷开缝式外结晶器 (11)之间设置外接晶器连接环(5)，其材质为BN；复合式水冷内结晶器(8) 由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水冷铜质结晶器，二者连接部 位设置内接晶器连接环(6)，材质为BN；复合式水冷内结晶器(8)下部与二 冷喷水装置(9)相连，复合式水冷内结晶器(8)内的冷却水直接进入二冷装 置，对空心金属管坯进行二次冷却，内外结晶器通过固定架连接。
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，特别涉及到空心金属管坯连续铸造过程中 施加电磁场的连续铸造方法及其所用的装置。
背景技术
1989年公开的JP01249242专利提出在凝固末端施加搅拌电磁场的方法。该 法采用无芯法生产空心管坯，在凝固的末端施加搅拌电磁场消除内表面枝晶生 长引起的突起物，得到内表面较为光滑的空心金属管坯。但该法生产空心管坯 存在两个方面缺陷，一是凝固末端的金属液无法得到更新；二是管坯壁厚由凝 固坯壳自然生长决定，均匀性差，周向及轴向壁厚控制难以实现。因此，目前 高质量的空心金属管坯制备仍然是实现管材的近终形技术的关键所在。
发明内容
实现本发明的技术方案为：
(1)设计空心管坯结晶器。外结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热 顶，下部为水冷开缝式铜质结晶器，其周向上均匀开设与轴线相互平行的等宽 缝隙，可增强型腔内的磁感应强度，缝宽0.4-1.0mm，缝隙内填塞耐火材料，在 热顶与水冷开缝式结晶器连接部位之间设置外结晶器连接环，材质为BN，即氮 化硼；复合式水冷内结晶器由两部分组成，上部为耐火材料质热顶，下部为水 冷铜质结晶器，二者连接部位之间设置内结晶器连接环，材质为BN；内结晶器 下部与二冷喷水装置相连，内结晶器内的冷却水直接进入二冷装置，对空心金 属管坯进行二次冷却，内外结晶器通过固定架连接，材质为0Cr18Ni9Ti。
(2)设计电磁场施加模式。空心金属管坯连续铸造过程中，在外结晶器外 侧单独施加5-60Hz的搅拌电磁场、1000-9000Hz的中频电磁场和 10000-100000Hz的高频电磁场或搅拌电磁场与中、高频电磁场复合的电磁场。
本发明的效果和益处是实现了空心金属管坯的电磁连续铸造工艺过程，不 经穿孔直接得到中空的金属铸坯，从而减少无缝金属管的生产工序，降低能耗， 提高效率，显著降低了生产成本。本工艺技术可制备合金管坯如高合金钢管坯、 铜管坯及圆形、三角形、矩形、多边形等异形空心管坯。在军工、核工业、高 温耐蚀及石油化工等领域有广阔的应用前景。
附图说明
附图1是空心金属管坯电磁连续铸造原理结构示意图。
图中：1固定架，2热顶，3冷却水，4金属熔体，5外结晶器连接环， 6内结晶器连接环，7搅拌电磁场发生器，8复合式水冷内结晶器，9二冷 喷水装置，10凝固坯壳，11水冷开缝式外结晶器，12底模。
图2是水冷开缝式外结晶器剖视图(A-A剖视)。
图中13等宽缝隙。
图3是施加复合式电磁场的空心管坯连续铸造原理图。
图中14中频或高频电磁场发生器。
具体实施方式
实施例一
以用搅拌电磁场发生器7，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例， 具体步骤如下：
步骤1：装置准备
搅拌电磁场发生器7采用二对极线圈，频率为5-60Hz，相位角为90°，电 源功率为1-6kW，每个线圈内侧与水冷开缝式外结晶器11的间距为5-10mm。 热顶2材质为高铝石墨质，尺寸为Φ140×20mm，高度为120mm。用外结晶器 连接环5连接热顶2与水冷开缝式外结晶器11，尺寸为Φ110×5mm，高度为 30mm，外结晶器连接环5上端面位于热顶下端面之上15mm。水冷开缝式外结 晶器11外径为Φ140mm，内径为Φ100mm，高度为80mm，材质为紫铜；自水 冷开缝式外结晶器11上端面之下5mm处沿周向向下均匀开设8条其宽度为 0.4mm长度为60mm的等宽缝隙13，等宽缝隙13内填塞耐火材料；复合式水冷 内结晶器8上部保温段耐火材料为高铝石墨质，其外径为Φ70mm，高度为130 mm，下部冷却段材质为紫铜，外径为Φ60mm，高度为50mm。线圈轴线平面 与热顶2下端面平齐。固定复合式水冷内结晶器8，调整固定架1位置，将复合 式水冷内结晶器8对中。
步骤2：高合金钢坯料熔化
采用真空感应电炉将高合金钢坯料熔化至1600-1620℃，精炼，除气、除渣 后保温待用。
步骤3：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后， 将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差 为±10％。启动搅拌电磁场发生器电源7，以0.8m/min的速度拉动底模12。随 着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内；当 铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源，关闭冷却系统，停机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；将断 面抛光、腐蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，不但凝固组 织周向均匀性显著提高，而且凝固组织的晶粒明显细化。
实施例二
以用中频电磁场发生器14，制备Φ100×20mm的空心高合金钢管坯为例， 具体步骤如下：
步骤1：装置准备
中频电磁场发生器14为圆、方铜管制成的环行线圈，线圈内腔尺寸Φ 150mm，高度为50mm；电源功率为20-40kW，频率为1000-9000Hz。空心管 坯结晶器设计同实施例1。中频电磁场发生器14顶端平面高于热顶2下端面 15mm。固定复合式水冷内结晶器同实施例1。
步骤2：高合金钢坯料熔化
同实施例1。
步骤3：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后， 将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差 为±10％。启动中频电磁场发生器14电源，以0.8m/min的速度拉动底模12。 随着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在要求允许的范围内； 当铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源，关闭冷却系统，停 机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；比较 铸坯表面光洁度，施加中频电磁场后内外表面质量明显提高；将断面抛光、腐 蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，内部凝固组织晶粒明显 细化。
实施例三
以用搅拌电磁场7和中频电磁场14产生的复合式电磁场，制备Φ100× 20mm的空心高合金钢管坯为例，具体步骤如下：
步骤1：装置准备
搅拌电磁场发生器7同实施例1，中频电磁场发生器14同实施例2。空心 管坯结晶器设计同实施例1。搅拌电磁场发生器7中心面位于液面下30mm，中 频电磁场发生器14顶端平面高于热顶下端面15mm。固定复合式水冷内结晶器 同实施例1。
步骤2：高合金钢坯料熔化
同实施例1。
步骤三：空心管坯电磁连续铸造
将底模12置入铸型内的空腔，检查冷却系统并保证其处于正常工作状态后， 将1570-1590℃的钢液浇入铸型内，液面控制在距热顶2顶端40mm，允许误差 为±10％。启动中频电磁场发生器14和搅拌电磁场发生器7电源，以0.8m/min 的速度拉动底模12。随着钢水的不断浇入和底模12的下移，始终将液面控制在 要求允许的范围内；当铸造管坯达到要求长度时，停止浇注金属液，切断电源， 关闭冷却系统，停机。
步骤4：质量检查
将管坯按1.5m长度切断、冷却后，检测壁厚均匀度，误差在1％以内；比较 铸坯表面光洁度，施加中频电磁场后内外表面质量显著提高；将断面抛光、腐 蚀后观察金相组织，与不施加搅拌电磁场的管坯相比，内部凝固组织晶粒明显 细化。
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