專利名稱：水縫－分瓣體內(nèi)水冷式軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金連鑄結(jié)晶器，特別涉及一種水縫—分瓣體內(nèi)水冷式軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器。
背景技術(shù)：
目前，鋁和銅的電磁鑄造工藝已日趨成熟，同傳統(tǒng)的直接鑄造法相比，鑄坯表面質(zhì)量得到顯著提高。由于鋼的密度大，所需電磁推力大；電導(dǎo)率小，產(chǎn)生的電磁推力??；導(dǎo)熱系數(shù)低、熔點(diǎn)高且拉速較快，不利于坯殼生成，所以鋼很難完全實(shí)現(xiàn)無(wú)模電磁連鑄。法國(guó)學(xué)者Ch.Vives受鋁的電磁鑄造技術(shù)和冷坩堝技術(shù)的啟發(fā)，提出在連鑄結(jié)晶器外施加交流電磁場(chǎng)，利用電磁力使鋼液和結(jié)晶器在“軟接觸(Soft-Contact)”條件下實(shí)現(xiàn)凝固的鑄造方法，稱之為軟接觸電磁連鑄。但是這種工藝對(duì)連鑄結(jié)晶器提出了很高的要求。首先，結(jié)晶器要有足夠的強(qiáng)度，不輕易發(fā)生變形；同時(shí)，結(jié)晶器要有良好的冷卻效果，保證鑄坯不發(fā)生鼓肚拉漏事故。因此，鋼的軟接觸電磁連鑄技術(shù)能否在工業(yè)生產(chǎn)中得以成功應(yīng)用，關(guān)鍵取決于結(jié)晶器是否能同時(shí)滿足上述要求。
用于鋼的軟接觸電磁鑄造的結(jié)晶器同傳統(tǒng)結(jié)晶器相比較，采用了不同的材質(zhì)及特殊結(jié)構(gòu)。目前，鋼的軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器按其結(jié)構(gòu)的不同可分為切縫式軟接觸結(jié)晶器和無(wú)縫式軟接觸結(jié)晶器兩種。切縫式軟接觸結(jié)晶器一般采用直通式結(jié)構(gòu)，由本體、感應(yīng)線圈、分瓣體和分瓣體間切縫等構(gòu)成，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?6222452.9，發(fā)明人任忠鳴、周月明、鄧康、蔣國(guó)昌；發(fā)明名稱為金屬軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，就是這種結(jié)構(gòu)。切縫式軟接觸結(jié)晶器雖然提高了磁場(chǎng)穿透性，極大地改善了鑄坯質(zhì)量，但它仍存在一些缺陷。如(1)切縫采用上下直通式結(jié)構(gòu)，破壞了結(jié)晶器的整體性，降低了結(jié)晶器的整體強(qiáng)度，為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了不穩(wěn)定因素。(2)由于切縫的存在，每個(gè)金屬片層相互獨(dú)立，導(dǎo)致冷卻水回路系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)困難。(3)結(jié)晶器內(nèi)磁場(chǎng)分布不均勻，直接影響到鑄坯質(zhì)量的改善。盡管科技工作者對(duì)上述切縫式結(jié)晶器進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，但目前尚沒(méi)有將切縫式結(jié)晶器成功應(yīng)用于鋼的電磁連鑄工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)報(bào)道。無(wú)縫式軟接觸結(jié)晶器目前有以下兩種典型設(shè)計(jì)(1)分段式無(wú)縫軟接觸結(jié)晶器采用分段式結(jié)構(gòu)，其中結(jié)晶器上部由高電阻率的非磁性不銹鋼制成，下部由高電導(dǎo)率的銅質(zhì)材料制成。分段式無(wú)縫軟接觸結(jié)晶器同普通銅質(zhì)結(jié)晶器相比，透過(guò)結(jié)晶器壁的磁通密度為原來(lái)的1.8倍，對(duì)鑄模內(nèi)鋼水產(chǎn)生的電磁約束力為原來(lái)的3.4倍。其最大缺點(diǎn)是由于上下兩段采用性質(zhì)各異的材料，兩者在交接處平滑銜接困難，而且，由于熱膨脹系數(shù)的差異，在高溫?zé)釕?yīng)力的作用下，這種缺陷表現(xiàn)得更加明顯，尚無(wú)法在實(shí)際冶金生產(chǎn)中應(yīng)用。(2)整體式無(wú)縫軟接觸結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是對(duì)切縫式軟接觸結(jié)晶器進(jìn)行了改進(jìn)，在高電導(dǎo)率的銅質(zhì)材料片層之間填充高電阻率的銅(銅合金)粉末，經(jīng)熱等靜壓燒結(jié)加工而成為一體。它使結(jié)晶器強(qiáng)度得到大幅提高，冷卻水回路的布置簡(jiǎn)單化，與純銅質(zhì)結(jié)晶器相比，其磁場(chǎng)透磁率可提高3倍，結(jié)晶器內(nèi)磁場(chǎng)分布比較均勻。然而這種設(shè)計(jì)的結(jié)晶器依舊未能完全解決大幅提高透磁率及磁場(chǎng)均勻化的難題，而且必須克服其在材質(zhì)的選擇、制備工藝上的困難。上述結(jié)晶器目前均處于開發(fā)研究階段，都沒(méi)應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述已知技術(shù)存在的缺陷，并基于傳統(tǒng)連鑄結(jié)晶器和切縫式結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供一種新型水縫—分瓣體內(nèi)水冷式軟接觸電磁連鑄用切縫結(jié)晶器，使結(jié)晶器既具有均勻良好的透磁性，同時(shí)又能使結(jié)晶器有足夠的強(qiáng)度和較高的耐熱變形性能，還能使液態(tài)金屬具有良好的冷卻效果，最終達(dá)到可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的目的。
本發(fā)明水縫—分瓣體內(nèi)水冷式軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，主要由上法蘭、下法蘭、線圈、結(jié)晶器套管、冷卻水套、殼體、連接件、冷卻水管、進(jìn)出口水箱、切縫、分瓣體、導(dǎo)向輥軸承、吊裝裝置構(gòu)成，要點(diǎn)是結(jié)晶器套管上部采用局部中間切縫結(jié)構(gòu)，在分瓣體內(nèi)設(shè)置有冷卻水管，結(jié)晶器套管下部與冷卻水套間形成水縫結(jié)構(gòu)。
在結(jié)晶器套管所設(shè)的切縫位置是在結(jié)晶器上部，距其頂端0～30mm以下位置，采用局部中間切縫結(jié)構(gòu)。該切縫結(jié)構(gòu)為0.1～3mm寬，80～300mm長(zhǎng)，切縫里填充云母片或密封膠絕緣材料。
所述的分瓣體內(nèi)設(shè)置的冷卻水管位置是在結(jié)晶器套管上部彎月面附近。該冷卻水管選取尺寸為Φ5～25mm。關(guān)于分瓣體數(shù)量和長(zhǎng)度是根據(jù)鑄坯尺寸不同而變化。
結(jié)晶器套管下部與冷卻水套間形成的水縫選取1～7mm。由此冷卻方式采用水縫和分瓣體內(nèi)水冷相結(jié)合的方式，分別對(duì)結(jié)晶器的上部和下部的銅管進(jìn)行冷卻，促進(jìn)鋼液的凝固并保證冷卻效果的連續(xù)性。通過(guò)進(jìn)出口處的水箱分別連接進(jìn)水口、水縫和分瓣體水管、出水口，從而保證水壓均勻。
上述的結(jié)晶器套管，根據(jù)鑄坯要求不同，可以是圓柱形或方形。同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要，在結(jié)晶器內(nèi)可以安裝電磁攪拌裝置，如旋轉(zhuǎn)電磁攪拌參數(shù)為100～250KW，200～500A，150～400V，1～50HZ；結(jié)晶器套管上的切縫處的中心位置，安裝有高頻線圈，線圈高度根據(jù)生產(chǎn)要求可調(diào)。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比較，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和效果。由于在結(jié)晶器套管上部采取了局部中間切縫結(jié)構(gòu)，可以保證在金屬?gòu)澰旅娓浇哂芯鶆蚯伊己玫耐复判裕瑫r(shí)又能使結(jié)晶器有足夠的強(qiáng)度和較高的耐熱變形性能；另外本發(fā)明又采用水縫和分瓣體內(nèi)水冷相結(jié)合的冷卻方式，使結(jié)晶器對(duì)液態(tài)金屬具有良好的冷卻效果，達(dá)到軟接觸電磁連鑄的需要。另外，考慮到結(jié)晶器的生產(chǎn)成本，所采用的切縫結(jié)構(gòu)和冷卻方式保證結(jié)晶器套管易于加工、成型。該結(jié)晶器可以實(shí)現(xiàn)鋼等高熔點(diǎn)金屬的圓坯、方坯甚至板坯的軟接觸電磁連鑄，有效提高金屬鑄坯的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。由此可見，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，加工成本低，與已有技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，完全可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圓坯結(jié)晶器套管的結(jié)構(gòu)剖面視圖；圖3是圖2的A-A剖面圖；圖1、2、3中1上法蘭，2下法蘭，3線圈，4支撐架，5結(jié)晶器套管，6冷卻水套，7殼體，8連接件，9彎月面，10吊裝裝置，11導(dǎo)向輥軸承，12進(jìn)水口，13出水口，14冷卻水管，15固定螺栓、螺母，16水縫，17進(jìn)口水箱，18出口水箱，19切縫，20分瓣體，21絕緣材料。
具體實(shí)施例方式
例1、參見圖1、2、3，本發(fā)明的結(jié)晶器有一個(gè)結(jié)晶器套管(5)，直徑為178mm的圓坯結(jié)晶器套管，采用磷脫氧銅材料制成，結(jié)晶器套管上部距頂端10mm處以下，開有長(zhǎng)150mm，寬0.2mm的中間切縫結(jié)構(gòu)，切縫(19)內(nèi)填加有絕緣材料云母片，所形成的分瓣體(20)共32個(gè)，其內(nèi)設(shè)置有Φ8mm的冷卻水管(14)；結(jié)晶器套管(5)和殼體(7)的上、下兩端分別通過(guò)上法蘭(1)和下法蘭(2)加以固定，在殼體(7)內(nèi)，圍繞結(jié)晶器套管(5)上部切縫(19)處的中心位置，安裝有高頻線圈(3)，線圈(3)通過(guò)支撐架(4)安裝在冷卻水套(6)上部的水平面上。冷卻水套(6)處于外殼體(7)和結(jié)晶套管(5)外壁之間，下部通過(guò)連接件(8)與外殼體(7)連接，上部水平面端頭與結(jié)晶器套管(5)壁面間裝填密封件后，上面用壓板壓緊，并用螺母固定。結(jié)晶器套管(5)下部通過(guò)冷卻水套(6)和結(jié)晶器套管(5)間形成的水縫(16)進(jìn)行冷卻，水縫選用4mm。結(jié)晶器套管(5)上部彎月面(9)附近通過(guò)均勻分布在分瓣體(20)內(nèi)的冷卻水管(14)進(jìn)行分瓣體內(nèi)冷卻。進(jìn)水口(12)通過(guò)進(jìn)口水箱(17)和水縫(16)相連；出水口(13)與冷卻水管(14)上端處的出口水箱(18)相連。一對(duì)吊裝裝置(10)、焊接在殼體(7)外壁上，其下方是一個(gè)用于將結(jié)晶器裝配于結(jié)晶器支架上固定件(15)，用做與導(dǎo)向支撐輥相匹配的導(dǎo)向輥軸承(11)裝配在結(jié)晶器下方。
例2、其它結(jié)構(gòu)均與例1相同，不同的是結(jié)晶器套管(5)采用銀銅材質(zhì)制成，結(jié)晶器套管(5)上部距頂端30mm處以下開有長(zhǎng)80mm，寬3mm的中間切縫結(jié)構(gòu)，且切縫(19)內(nèi)填加有絕緣材料密封膠，所形成的分瓣體(20)共16個(gè)，其內(nèi)設(shè)置有Φ25mm的冷卻水管(14)。冷卻水套(6)和結(jié)晶器套管(5)間形成的水縫為7mm。
例3、其它結(jié)構(gòu)與例1相同，不同的是，選的100×100mm2方坯結(jié)晶器套管(5)，采用鉻鋯銅制成，結(jié)晶器套管(5)上部距頂端20mm處以下開有長(zhǎng)300mm，寬0.1mm的中間切縫結(jié)構(gòu)，且切縫(19)內(nèi)填加有絕緣材料的云母片，所形成的分瓣體(20)共24個(gè)，其內(nèi)設(shè)置有Φ5mm的冷卻水管(14)，冷卻水套(6)和結(jié)晶器套管(5)間形成的水縫為1mm。
例4、其它結(jié)構(gòu)與例1相同，不同的是選取直徑Φ100的圓坯結(jié)晶器套管(5)，采用銀銅材料制成，在結(jié)晶器套管(5)上部距頂端2mm處以下開有長(zhǎng)200mm，寬0.3mm的中間切縫結(jié)構(gòu)，且切縫(19)內(nèi)填加有絕緣材料的云母片，所形成的分瓣體(20)共24個(gè)，其內(nèi)設(shè)置有Φ7mm的冷卻水管(14)，冷卻水套(6)和結(jié)晶器套管(5)間形成的水縫為5mm。
權(quán)利要求
1.一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，主要由上法蘭、下法蘭、線圈、結(jié)晶器套管、冷卻水套、殼體、連接件、冷卻水管、吊裝裝置構(gòu)成，其特征在于結(jié)晶器套管上部采用局部中間切縫結(jié)構(gòu)，在分瓣體內(nèi)設(shè)置有冷卻水管，結(jié)晶器套管下部與冷卻水套間形成水縫結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于在結(jié)晶器套管上部距頂端0～30mm以下采用局部中間切縫結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于所述的切縫結(jié)構(gòu)為0.1～3mm寬，80～300mm長(zhǎng)，切縫里填充有云母片或密封膠絕緣材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于結(jié)晶器套管上部彎月面附近的分瓣體內(nèi)設(shè)置有冷卻水管，冷卻水管通過(guò)水箱和出水口相連。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于分瓣體內(nèi)設(shè)置有Φ5～25mm的冷卻水管。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于結(jié)晶器套管上的切縫處的中心位置安裝有高頻線圈，線圈高度根據(jù)生產(chǎn)要求可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于結(jié)晶器套管可以是圓柱形也可以是方形，根據(jù)生產(chǎn)需要，結(jié)晶器內(nèi)可以安裝電磁攪拌裝置。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，其特征在于結(jié)晶器套管下部與冷卻水套間形成的水縫選取1～7mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及水縫－分瓣體內(nèi)水冷式軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器，主要由上法蘭、下法蘭、線圈、結(jié)晶器套管、冷卻水套、冷卻水管、連接件、吊裝裝置構(gòu)成，其特點(diǎn)是結(jié)晶器套管上部采用局部中間切縫結(jié)構(gòu)，在分瓣體內(nèi)設(shè)置有冷卻水管，結(jié)晶器套管下部與冷卻水套間形成水縫結(jié)構(gòu)，從而形成水縫和分瓣體內(nèi)水冷相結(jié)合的冷卻方式，保證冷卻效果的連續(xù)性；結(jié)晶器套管的切縫處的中心位置附近安裝有高頻線圈；上述新結(jié)構(gòu)，可以保證在金屬?gòu)澰旅娓浇哂芯鶆蚯伊己猛复判裕瑢?duì)液態(tài)金屬具有良好的冷卻效果，達(dá)到軟接觸電磁連鑄的需要，而且結(jié)晶器有足夠的強(qiáng)度和較高的耐熱變形性能，較易于加工，可實(shí)現(xiàn)鋼等高熔點(diǎn)金屬的圓坯、方坯的軟接觸電磁連鑄，本發(fā)明可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22D11/049GK1597183SQ20041002156
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者赫冀成, 王強(qiáng), 王恩剛, 鄧安元 申請(qǐng)人:東北大學(xué)