镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器技术

一种镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器，包括金属内套、冷却系统、励磁线圈、润滑油环和保护气环，金属内套处于结晶器的中心，金属内套外为腔体冷却系统，在冷却水腔内下部设有励磁线圈，在结晶器内套上沿设有油环，在油环的上方置有保护气环。本发明专利技术方法步骤是：首先在金属内套内壁涂上薄层润滑油，开启结晶器冷却系统；然后开启低频发生电源，向励磁线圈通低频交流电；将镁合金液引入置于结晶器内套心部的分流盘中，开启保护气环；待镁合金液充满引锭头顶部，开动铸造机并调控结晶器液面至稳定；加大冷却水流量，开启与调节控制油环的控制阀门。本发明专利技术可提高镁合金锭坯的表面质量，降低镁合金锭坯的表面车削量，提高铸造速度。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轻合金铸造
，特别涉及一种在低频电磁半连续立式铸造工艺中采用 带油滑的全金属内套结晶器系统实现高表面质量镁合金锭坯生产的立式半连续铸造方法及设 备。
技术介绍
传统半连续铸造工艺中，由于高温下金属液和金属初始凝壳与金属内套之间有较大的径 向正压力，因此有较大的界面摩擦阻力，并且由于金属液与内套壁面之间易于发生接触式粘 连，对于镁合金来说，粘连程度更为严重，甚至容易发生反应性粘连，这些都加重了锭坯表 面的划痕，而且这些划痕一般都是径向深入锭坯内部，显著增加锭坯的车削量，降低成材率。 对于热顶铸造来说，由于镁液与保温帽之间的高反应性，这种反应性粘连更易发生，不仅降 低了表面质量，而且由于反应所造成的保温帽粉化产物漂离界面，很容易嵌入锭坯表层甚至 进入金属液也加大了锭坯所需的车削量。目前镁合金锭坯生产企业的锭坯表面车削量一般高 达到半径8mm 15mm，甚至更多，车削率达到10% 20%,加上切除头尾(切除量 250mm 300mm)，成材率只有70% 80%，相当低。因此，提高镁合金锭坯的表面质量对于提 高锭坯成材率，降低生产成本，提高企业经济效益至关重要。众多研究均已表明，凝固时施加磁场(包括永磁场、电磁场、脉冲电磁场、组合电磁场等) 对DC铸造过程中合金液的温度场、流场、浓度场以及形核和长大等凝固行为均产生影响， 达到组织均匀化、晶粒细化、宏观偏析得到抑制等效果，从而显著改善半连续铸造锭坯的冶 金质量。同时，在电磁力径向分量作用下，结晶器中的金属液被推向中心，形成显著的弯液 面，降低了金属液与结晶器内套的接触压力，因此施加电磁场也可以对锭坯表面质量的提高 起到良好的作用。但是，由于高温下金属液与金属内套之间仍然有较大的径向正压力，从而 仍有较大的摩擦阻力，所以难以完全避免金属液与内套壁面之间的粘连。对于镁合金来说， 粘连程度更为严重，这些都加重了锭坯表面的划痕，而且这些划痕一般都是径向深入锭坯内 部，显著增加锭坯的车削量。另外，镁合金的低频电磁半连续立式铸造一般采用热顶加石墨 环结构的结晶器系统(见CN1216707)，由于保温帽和石墨环耐久性差，增加了成本消耗；同 时，尽管由于施加了低频电磁场所致的低铸造液穴可以大幅度提高铸造速度，但总体上来说， 热顶式结晶器铸造系统的铸造速度不高。而金属内套结晶器系统由于有很强的一次冷却，客 观上要求采用较高的铸造速度，否则会由于抱芯作用而使铸造过程难以持续，但此时一般均具有很深的液穴，锭坯中心组织粗大，宏观偏析严重，冶金质量差。
技术实现思路
针对目前镁合金锭坯表面质量不尽如人意，造成表面车削量大，成材率低等问题，本发 明提供一种镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器。本专利技术的结晶器包括金属内套、冷却系统、励磁线圈、润滑油环和保护气环，金属内套 处于结晶器的中心，在金属内套外为冷却水箱和挡板构成的腔体冷却系统，在冷却水腔内下 部设有励磁线圈，在结晶器内套的上沿设有油环，在油环的上方置有保护气环。金属内套为 竖直的圆筒型或其下半部分有3~10°的开口度。冷却系统设有进水口，设在冷却水腔体内的 励磁线圈浸末在冷却水中，励磁线圈与设在结晶器外部的低频电源相接。油环由下腔和上盖 构成，油环下腔设有3个凹槽与上盖一起构成3个储油室，储油室之间由若干缺口连通，在 油环下腔的上沿有一梢度，油环下腔与上盖之间留有油缝，油环与设在结晶器外的供油系统 相通；保护气环上设有保护气出口。本专利技术的方法采用前述镁合金锭坯油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，按以下步骤进行(1) 首先在金属内套内壁涂上薄层润滑油，对中引锭头，开启结晶器冷却系统，控制冷 却水流量先冷却励磁线圈；(2) 开启低频发生电源，向励磁线圈通低频交流电，如两组励磁线圈时一组通低频交流 电，另一组同时通直流电，为结晶器提供低频电磁场或低频电磁振荡场；使电磁场达到设定 值2000AT 4000AT;施加的电磁场为低频电磁场，频率范围为1Hz 90Hz，结晶器空载时结 晶器中心的电磁场强度为10mT 200mT，直流电磁感应强度为5 100mT;(3) 将镁合金液引入置于结晶器内套心部的分流盘中，由分流盘分流后进入结晶器的金 属内套与引锭头组成的空间中，同时开启保护气环为镁合金液提供气体保护；(4) 待镁合金液充满引锭头顶部，液面上升至接近正常铸造高度后，按设定铸造速度开 动铸造机并调控结晶器液面至稳定。设定铸造速度依合金牌号和锭坯规格而异， 一般为 50~300mm/min;(5) 加大冷却水流量，开启与调节控制油环的控制阀门为金属内套内壁提供连续润滑。 本专利技术在完全金属内套的结晶器系统中施加低频电磁场，并采用连续供油方式实现金属内套壁面的润滑，实现低频电磁铸造与金属内套结晶器系统的结合(附图l)，达到两者的优 势互补。在铸造过程中低频电磁场的电磁表面压力所致的熔体与结晶器内壁的软接触效应， 大大降低了界面接触压力，更重要的是促进了润滑剂在熔体与结晶器内套内壁之间的渗入，从而易于使熔体与内套之间形成连续的润滑油膜层，大大降低了界面的滑动摩擦系数，同时 还可以采用下半部内壁具有一定开口度的金属内套以进一步降低初始凝壳与内套的摩擦。界 面接触压力和滑动摩擦系数的降低均对界面摩擦力的降低起到良好作用，从而导致锭坯表面 质量的显著提高。而连续润滑油膜层的形成，则可以降低镁液通过结晶器内壁的导热通量， 有效减小了金属内套的一次冷却作用，减小初始凝壳厚度和降低初始凝固点高度，这有利于 增强电磁的软接触效果。两者相互促进，并结合特别设计的保护气供给系统，可以实现表面 质量十分优良的镁合金锭坯的生产与制备。同时，低频电磁场通过对流场的改变，降低了锭坯凝固的径向温度梯度，降低了凝固液 穴深度，提高了传统全金属内套结晶器系统铸造工艺生产的锭坯的内部冶金质量；全金属内 套结晶器系统则避免了低频电磁铸造一般采用的热顶铸造结晶器系统的相对低速和铸造成本 (保温帽消耗)高等缺陷，并可显著提高低频电磁铸造工艺的铸造速度。内套壁面油膜的存 在也有利于促进液穴中合金液的对流范围与强度，同时也有利于增强电磁细化效果。因此， 本研究的工艺方法也可实现镁合金锭坯的高速高质量铸造，并可降低铸造耗材成本。因此，本专利技术通过结晶器系统的优化设计，实现了电磁、油滑、水冷、保护气的有机结 合，可极大提高镁合金锭坯的表面质量，大幅度降低镁合金锭坯的表面车削量，同时可以显 著提高铸造速度，提高劳动生产率。 附图说明图1是本专利技术的油滑低频电磁半连续铸造结晶器系统结构示意图；图2为本专利技术的油滑低频电磁半连续铸造结晶器的油环与保护气环的部分结构示意图；图3为本专利技术的油滑低频电磁半连续铸造结晶器金属内套的结构示意图；图4是本专利技术的低位励磁线圈所形成的液穴与对流涡旋形状示意图；图中，l水箱盖，2水箱底，3挡水板，4金属内套，5二次冷却水缝，6油环，7保护气环，8励磁线圈，9进水口， IO内套上沿与油环的接触点，ll油环下腔，12油环上盖，13保护气环下底，14保护气环上盖，15油缝，16结晶器内套内壁，17分流盘，18弯液面，19润滑油膜，20液一固相区界面。图5为采用本专利技术方法与传统DC铸造方法制备的AZ80镁合金锭坯的表面特征对比图；其中(a)为采用传统DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于该结晶器包括金属内套、冷却系统、励磁线圈、润滑油环和保护气环，金属内套处于结晶器的中心，在金属内套外为冷却水箱和挡板构成的腔体冷却系统，在冷却水腔内下部设有励磁线圈，在结晶器内套的上沿设有油环，在油环的上方置有保护气环。

【技术特征摘要】
1、一种镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于该结晶器包括金属内套、冷却系统、励磁线圈、润滑油环和保护气环，金属内套处于结晶器的中心，在金属内套外为冷却水箱和挡板构成的腔体冷却系统，在冷却水腔内下部设有励磁线圈，在结晶器内套的上沿设有油环，在油环的上方置有保护气环。2、 如权利要求1所述的镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于所述 金属内套为竖直的圆筒型或其下半部分有3 10。的开口度。3、 如权利要求1所述的镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于所述 冷却系统设有进水口，设在冷却水腔体内的励磁线圈浸末在冷却水中，励磁线圈与设在结 晶器外部的低频电源相接，且励磁线圈较靠近结晶器底部。4、 如权利要求1所述的镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于所述 油环由下腔和上盖构成，油环下腔设有3个凹槽与上盖一起构成3个储油室，储油室之间 由若干缺口连通，在油环下腔的上沿有一梢度，油环下腔与上盖之间留有油缝，油环与设 在结晶器外的供油系统相通，所用的润滑剂为工业蓖麻油或工业椰子油等在室温下具有适 当流动性并与镁合金液接触时具有较少油烟的含碳量较高的油脂。5、 如权利要求1所述的镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造用的结晶器，其特征在于所述 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，张志强，崔建忠，赵志浩，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]