專利名稱：驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法
技術領域：
本發明涉及金屬鑄造技術領域，尤其是一種在金屬鑄錠過程中驅動鑄錠內尚未凝 固的金屬熔液流動的方法和裝置。
背景技術：
在金屬材料的連續和半連續鑄造過程中，往往需要將金屬熔液鑄造成不同幾何形 狀的鑄錠，如圓錠、扁錠或方錠。在鑄造過程中，由于鑄錠的外表面冷卻速度較快，而心部冷 卻速度較慢，鑄錠的心部與鑄錠的外部存在較大的溫差，這是造成鑄錠心部組織疏松、晶粒 粗大、出現宏觀偏析，甚至產生裂紋等缺陷的重要原因。因此在鑄造過程中采取適當方法， 使鑄錠內尚未凝固的熔液在鑄錠的心部與鑄錠的凝固殼間流動，從而降低鑄錠心部與外部 的溫差，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析是降低鑄錠缺陷、提高鑄錠質量的重要手段。
發明內容
本發明的目的是提供一種(在金屬連續和半連續鑄錠過程中)驅動鑄錠內尚未凝 固的金屬熔液流動的方法，其方法合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該方法，通過設 定的移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場 影響范圍內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等 缺陷，從而大大提高了鑄錠質量。本發明是這樣實現的一種驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征 在于
a、首先根據鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上(含兩個)區域，每個區域包括一 段鑄錠外部的邊沿；
b、設定這些區域內金屬熔液的流動路徑，區域的各邊界作為熔液流動的路徑；相鄰兩 區域共用邊界上，熔液的流動方向一致，鑄錠的同一邊沿相鄰兩區域靠近鑄錠邊沿部分的 熔液，熔液流動方向相反；各區域金屬熔液的流動路徑中的一段應當流經鑄錠的中心部 位；
C、在鑄錠的凝固殼已經形成或即將形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的鑄錠部位，圍繞 著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈構成移動磁場產生裝置，鐵芯和線圈的數量及具體結 構根據鑄錠的品種、幾何尺寸及鑄錠形狀確定；線圈的布置及接線方式根據設定的流動路 徑確定；
d、給線圈通入交流電流，使由鐵芯和線圈組成的移動磁場產生裝置產生移動磁場，移 動磁場使金屬熔液產生流動；改變線圈組中電流的方向，即可改變移動磁場的方向，進而可 改變金屬熔液的流動方向；根據設定的熔液流動的路徑設定移動磁場的方向，即可使鑄錠 內的尚未凝固的熔液按設定的路徑流動。所述的根據鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上(含兩個)區域，可以這樣劃 分圓錠可以劃分成以圓錠中心為頂點的扇形區域或以直徑為界線的兩個半圓區域，圓錠
3可分成2η (η=1，2，3…)個區域；相鄰兩邊長度不相等的扁錠可以沿長邊方向分成若干方形 或矩形的區域；如果鑄錠比較厚，即短邊比較大，比如超過300mm，也可以在短邊方向分成 兩個區域；方錠則可根據方錠的大小，沿一邊或相鄰兩邊劃分，從而形成兩個或四個區域； 所述的由鐵芯和線圈組構成移動磁場產生裝置的安裝位置，在鑄錠的外部，在鑄錠的 凝固殼已經形成或即將形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的鑄錠部位；這個部位往往在鑄錠 的結晶器附近，因此由鐵芯和線圈構成移動磁場產生裝置也可以安裝在鑄錠的結晶器外 面；如果結晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯和線圈構成移動磁場產生裝置也可以安裝在鑄錠的 結晶器的水箱里面。所述的線圈組的繞組形式為克蘭姆繞組或采用集中繞組形式較好。其他達到要求 的繞組形式也可。電流頻率在0. 3Hz IOOHz之間較好。所述的金屬為鋼、鐵、鋁合金、鈦合金或銅合金等黑色金屬或有色金屬。本發明的積極效果是有效解決了長期以來現有技術中一直存在的且一直未能解 決的問題，其方法合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該方法或裝置，通過設定的移動 磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場影響范圍 內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而 大大提高了鑄錠質量。以下結合實施例及其附圖作詳述說明，但不作為對本發明的限定。
圖1為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組驅動金屬熔 液流動的方法示意圖。圖2為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為矩形的扁錠，繞組方式為集中繞組驅動金 屬熔液流動的方法示意圖。圖中各標號說明1-鐵芯，2-鑄錠，3-線圈，4-區域分界面，+ -線圈繞制時的起 始端，--線圈繞制時的末端。
具體實施例方式以下所描述的具體實施例僅用以進一步解釋本發明，并不適于限定本發明。在鑄造過程中，鑄錠橫截面可為圓形、矩形、方形等形狀，本方法首先是將不同橫 截面的鑄錠按其不同的形狀劃分成若干個區域，可以在每個區域外部邊沿布置由三個線圈 3組成的線圈組，不同規格的鑄錠可以布置不同數量的線圈組，大規格的鑄錠往往需要布置 較多的線圈組；不同的供電方式⑶卩三相供電，各相相位差120° ；兩相供電，相電位差90° 等)也會影響線圈組的數量和每組線圈的數量。給線圈組通以交流電流，使鐵芯1和線圈組 產生移動磁場，該移動磁場使鑄錠的每個區域產生特定的流場。下面分別附圖對上述情況 加以說明，線圈的繞組形式可為克蘭姆繞組、集中繞組，采用三相交流供電。劃分的每個區域包括一段鑄錠外部的邊沿，圍繞著這個邊沿安置由鐵芯1和線圈 3構成移動磁場產生裝置，在線圈3中通以交流電流，形成移動磁場，移動磁場作用于鑄錠 內的金屬熔液，驅動金屬熔液流動。實施例1 見圖1，所示鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組
將圓錠橫截面劃分成2η個區域，取n=l，即2X1=2兩個區域區域1、區域2。在區域 1、區域2內設定金屬熔液流動的方向如圖1所示。在鑄錠2的外部設置由鐵芯1和線圈3 組成的移動磁場產生裝置。在每個區域外部所對應的鐵芯1上繞制由三個線圈3組成的線 圈組，分別為A相線圈、B相線圈、C相線圈，每個線圈3的引線由“ + ”、“_”號標示，共12處 接線點，按A、B、C三相交流電供電，線圈的繞線方向、安置及次序如圖1所示。具體接線方式為所有線圈3的標有“_”的引線相連接；兩個A相線圈的標有“ + ” 號的引線相連接后接到三相電源的A相；兩個B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到 三相電源的B相；兩個C相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的C相；
采取如上所示的接線方式，給線圈組通以交流電后，形成兩個相鄰區域移動方向相反 的移動磁場，磁場方向如圖1所示。兩個移動磁場使金屬熔液在鑄錠邊沿產生兩個流向相 反的流場，兩個流場在兩個區域的分界面4處匯合，沿著分界面4流動，在分界面4處，相鄰 兩區域流場的流向相同，流場的軌跡即是設置的金屬熔液流動路徑。通過改變各線圈組中線圈3的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的 流動方向。如將兩個A相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；兩個B 相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相，即可實現移動磁場方向的改變。實施例2:
見圖2，在鑄造過程中，形成的鑄錠為扁錠，繞組方式為集中繞組扁錠的區域劃分可 以沿長邊方向分成若干方形或長方形，圖2以將扁錠橫截面劃分成區域1、區域2、區域3三 個區域為例加以說明。沿著鑄錠的兩個長邊分別設置由鐵芯1和線圈3組成的移動磁場產生裝置。設定 金屬熔液流動的方向如圖3所示。在每個區域外部所對應的鐵芯1上繞制由三個線圈3組 成的線圈組，每個線圈3的引線由“ + ”、“-”號標示，共36處接線點，線圈的繞制方向如圖所
7J\ ο具體接線方式為所有線圈3的標有“_”的引線相連接；六個A相線圈的標有“ + ” 號的引線相連接后接到三相電源的A相；六個B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到 三相電源的B相；六個C相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的C相。采取如上接線方式，給線圈組通以交流電后，形成三個沿著鑄錠外沿相鄰兩區域 移動方向相反的移動磁場，磁場方向如圖2所示，三個移動磁場使金屬熔液產生三個在鑄 錠邊沿部分流向相反，在鑄錠流場的分界面流向相同的流場，該流場即是金屬熔液設置的 流動路徑。通過改變各線圈組中線圈3的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的 流動方向。如將六個A相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；六個B 相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相，即可實現移動磁場方向的改變。合理的設定鑄錠的區域及熔液流動方向，通過移動磁場產生的電磁力驅動熔液按 確定的區域及方向流動，可減小鑄錠內流場影響范圍內的溫差，同時可以使得熔液內的合 金成分更加均勻，達到提高鑄錠質量的目的。應當說明，所說的扁錠、方錠或圓錠，是一種比較宏觀的定義，扁錠可以有比較大 的圓角，圓錠可以包括橢圓的形式等，這些不影響本發明的實施。
線圈3的繞組形式可為克蘭姆繞組、也可以采用集中繞組等形式，這些均為電機 行業的常規技術。調整線圈3中線圈的圈數，或改變通過線圈3的電流的大小即可調整磁場的強度， 從而調整在熔液中產生的電磁推力，達到調整熔液的流動速度的目的。調整通入線圈3的 相應線圈的電流方向，即可調整磁場的方向，進而調整熔液流動的方向。改變線圈3中電流 的頻率，可以改變電磁力在鑄錠中的影響范圍和電磁推力的大小。電流頻率一般在0. 3Hz— IOOHz之間。在安裝由線圈3及鐵芯1所組成的移動磁場產生裝置時，需要考慮與鑄錠結晶器 的連接，如果結晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯1和線圈3構成的移動磁場產生裝置可以安裝在 結晶器水箱內，由于鐵芯和線圈在水中浸泡，需要做好鐵芯的防腐和線圈的絕緣問題，這是 常規技術容易解決的。所述的金屬為鋼、鐵、鋁合金、鈦合金或銅合金等黑色金屬或有色金屬ο
權利要求
1.一種驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征在于a、首先根據鑄錠(2)橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上區域，每個區域至少包括一 段鑄錠外部的邊沿；b、設定這些區域內金屬熔液的流動路徑，區域的各邊界作為熔液流動的路徑；相鄰兩 區域共用邊界上，熔液的流動方向一致，鑄錠的同一邊沿相鄰兩區域靠近鑄錠邊沿部分的 熔液，熔液流動方向相反；各區域金屬熔液的流動路徑中的一段應當流經鑄錠的中心部 位；C、在鑄錠的凝固殼已經形成或即將形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的鑄錠部位，圍繞 著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯(1)和線圈(3)構成移動磁場產生裝置，鐵芯(1)和線圈(3) 的數量及具體結構根據鑄錠的品種、幾何尺寸及鑄錠形狀確定；線圈(3)的布置及接線方 式根據設定的流動路徑確定；d、給線圈(3)通入交流電流，使由鐵芯(1)和線圈(3)組成的移動磁場產生裝置產生移 動磁場，移動磁場使金屬熔液產生流動；改變線圈組中電流的方向，即可改變移動磁場的方 向，進而可改變金屬熔液的流動方向；根據設定的熔液流動的路徑設定移動磁場的方向，即 可使鑄錠內的尚未凝固的熔液按設定的路徑流動。
2.根據權利要求1所述的驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征在 于所述的根據鑄錠(2)橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上區域，區域劃分方法為圓錠 劃分成以圓錠中心為頂點的扇形區域或以直徑為界線的兩個半圓區域，圓錠可分成2η個 區域，η=1，2，3…；相鄰兩邊長度不相等的扁錠可以沿長邊方向分成若干方形或矩形的區 域；如果鑄錠比較厚，即短邊比較大，比如超過300mm，也可以在短邊方向分成兩個區域；方 錠則可根據方錠的大小，沿一邊或相鄰兩邊劃分，從而形成兩個或四個區域。
3.根據權利要求1所述的驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征在于所 述的由鐵芯(1)和線圈組(3)構成移動磁場產生裝置的安裝位置為，在鑄錠的外部，在鑄錠 的凝固殼已經形成或即將形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的鑄錠部位；這個部位往往在鑄 錠的結晶器附近，因此由鐵芯(1)和線圈(3)構成移動磁場產生裝置也可以安裝在鑄錠的 結晶器外面；如果結晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯(1)和線圈(3)構成移動磁場產生裝置也可 以安裝在鑄錠的結晶器的水箱里面。
4.根據權利要求1、2或3所述的驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征 在于所述的線圈(3)的繞組形式為克蘭姆繞組或采用集中繞組等形式。
5.根據權利要求4所述的驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征在于電 流頻率在0. 3Hz IOOHz之間。
6.根據權利要求4所述的驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，其特征在于所 述的金屬為鋼、鐵、鋁合金、鈦合金或銅合金黑色金屬或有色金屬。
全文摘要
本發明提供了一種驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的方法，涉及金屬鑄造技術領域。它是根據鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上(含兩個)區域及金屬熔液的流動路徑，沿著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈組構成的移動磁場產生裝置，其產生的移動磁場，使各個區域金屬熔液分別產生流動。本發明方法合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該方法，通過設定的移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場影響范圍內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質量。
文檔編號B22D27/02GK102107266SQ20101056635
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者張殿彬 申請人:河北優利科電氣有限公司