专利名称：一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置及方法
技术领域：
本发明属于特殊钢电渣冶金技术领域，特别涉及一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置 及方法。
背景技术：
电渣熔铸独具提高金属洁净度，控制凝固组织及最终成型达到毛坯精化三重功能。然而， 在电渣重熔高合金钢锭时，仍然存在着钢锭结晶组织粗大、宏观偏析及縮孔和縮松问题。特 别是中大型锻件或铸件中这些问题更加严重。因此改善电渣重熔钢锭质量、获得均匀组织结 构特殊钢对于发展我国工业经济具有重要的现实意义，《特殊钢》2008年第1期中的电磁搅 拌对电渣重熔钢锭温度场的影响，阐述了在外加电磁搅拌条件下电渣重熔钢锭凝固过程的数 学模型，此装置中的电磁搅拌器置于结晶器中部，这样加强了钢液内部传热，熔池也变平坦， 有利于消除电渣锭宏观偏析和縮孔等缺陷，同时也有利于晶核发展成等轴晶组织。但是，结 晶器与电磁搅拌器各.自独立，降低了磁场的穿透能力，影响了电磁铁发挥作用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置。 本发明的技术方案是这样实现的 一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置，包括带水套
的结晶器和电磁搅拌器，结晶器外壁套有一个环形磁铁，环形磁铁位于结晶器的中上部，在
环形电磁铁周围设有与结晶器水套连通的电磁搅拌器水套。
所述的结晶器的外壁与电磁搅拌器水套之间只有一层铜板。
一种应用带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置进行电渣熔铸的方法，按以下步骤进行
(1) 将冷却水通入结晶器内，未通电的电磁搅拌线圈和电磁铁也同时浸在冷却水内，在结 晶器的渣池内放入厚度为120毫米至200毫米电极渣料，移动电极通过电磁搅拌'器浸 入渣中20毫米至50毫米深度，电极通电，开始电渣重熔过程。
(2) 当结晶器内钢锭高度上升到结晶器高度的三分之一时，将电磁搅拌器线圈通电，由零 逐渐增大，当电极熔化端上升到电磁搅拌器的下端面时，线圈电流也达到正常工作值 约为300安培至500安培。
(3) 首先上升到电磁搅拌磁场有效作用区的是电极熔化端和渣层，熔化的自耗电极形成钢
液滴，并进入渣层，在外加旋转电磁场作用下，钢液滴在渣层中呈现螺旋线方式下落，
进入钢锭液池中，钢锭液池不断上升也进入电磁搅拌器的有效磁场作用区，此时钢液
中电流与旋转磁场作用产生电磁力驱动钢液旋转。(4)上述过程持续到自耗电极熔化结束、关闭电渣重熔电源，待钢锭完全凝固后关闭电磁 搅拌线圈电源，接着，钢锭完全冷却后，关闭冷却水，再出锭。 所述的外加电磁铁的作用中心处空载磁感应强度在350—2000高斯范围，频率在1-20 赫兹范围内。
本发明的有益效果是产生磁场的轭铁和线圈与结晶器结合在一起，结晶器内通入的冷 却水既用于钢锭凝固，也用于产生磁场的线圈冷却，不但简化设备系统结构，而且还能将电 磁铁产生磁纟务到达作用区穿过铜板层数从三层减少到一层，可大大降低由于磁场集肤效应造 成的磁能损失，电磁搅拌技术在改善铸坯的表面及皮下质量，改善铸坯凝固组织，提高'等轴 晶率，减轻中心偏析及中心疏松等内部缺陷方面都有显著的作用效果，而且具有不直接接触 金属熔体、对金属熔体无污染、明显降低金属熔体氧化等优点，提出采用水平旋转磁场，使 得产生的电磁力垂直于结晶器子午面，线圈缠绕在铁芯上，使得输出磁力线密度大，电磁搅 拌力强，通过优化操作参数，有望得到能提高精炼效率、改善特殊钢锭组织结构的磁场条件。
图1为一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置示意图； 图2为电磁搅拌器内磁铁及线圈构造图中r自耗电极，2电磁铁及线圈，3渣池，4金属液滴，5金属熔池，6两相区，7 铸锭，8底水箱，9电源，IO结晶器水套，ll电磁搅拌器水套。 '
具体实施例方式
如图1所示， 一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置，包括电源9、自耗电极l、结晶 器和搅拌器，结晶器包括渣池3和金属熔池5，结晶器和电磁搅拌器合为一体，结晶器内通 入的冷却水既用于钢锭凝固，也用于产生磁场的线圈冷却，不但简化设备系统结构，而且还 能将电磁铁产生磁场到达作用区穿过铜板层数从三层减少到一层，可大大降低由于磁场集肤 效应造成的磁能损失，结晶器外壁套有一个环形磁铁，环形磁铁位于结晶器的1/2以上位置， 环形磁铁的铁芯上绕有线圈。
将冷却水'从冷却水入口通入结晶器内，未通电的电磁铁及线圈2也同时浸在冷却水内， 在结晶器的渣池3内放入厚度为180毫米的电极渣料，移动自耗电极1浸入渣中30毫米^度， 自耗电极l通电，开始电渣重熔过程，当结晶器内钢锭高度上升到结晶器高度的三分之一时， 将电磁搅拌器线圈通电，由零逐渐增大，当自耗电极l熔化端上升到电磁搅拌器的下端面时， 线圈电流也达到正常工作值约为400安培，熔化的自耗电极1形成钢液滴，并进入渣层3， 在外加旋转电磁场作用下，钢液滴呈现螺旋线方式下落，进入钢锭液池中，随着钢锭液池的上升也进入电磁搅拌器的有效磁场作用区，外加电磁铁的作用中心处空载磁感应强度为380 高斯，频率为15赫兹，此时钢液中电流与旋转磁场作用产生电磁力驱动钢液旋转，在此'过程 中电磁力驱动的垂直于柱状晶的流动可以均匀凝固前沿的温度，促进凝固前沿的夹杂物和气 泡的运动，同时打坏或折弯柱状枝晶，并将富积于凝固前沿的合金元素溶质再分布于熔体中， 被打碎的枝晶碎片进入熔体后成为新的结晶核，将导致等轴晶数量的增加，此过程持续到自 耗电极熔化结束、关闭电渣重熔电源，待钢锭完全凝固后关闭电磁搅拌线圈电源，钢锭完全 冷却后，关闭冷却水，再出锭。
电磁搅拌技术提高电渣重熔精炼效率的原理是自耗电极熔化的金属液滴在旋转磁场作用 下，在非导电的渣层中以螺旋线方式下落，相对于未施加磁场、直接下落的精炼过程，运动 路程增加，与渣层的相对速度增加，从而增强了金属液滴去除杂质、深度脱硫等能力，可达 到提高精炼效率的效果。
针对实际钢锭的质量问题都是出现在钢锭的中上部位或者两种不同几何体结合处，本发 明提出外加旋转磁场施加于电渣熔铸结晶器中部以上位置或者两种不同几何体结合处，根据 研究结果提出外加电磁搅拌作用于直径大于350毫米以上的圆钢锭及具有两种不同几何体的 结合部位。
采用本发明所述的在结晶器中上部加电磁搅拌的电渣熔铸装置生产了两批熔铸件，两批 熔铸件采用的材质、断面形状和尺寸见表1，熔铸之后，熔铸之后对两批熔铸件进行等晶轴 率和纵向剖面检查，其结果见表2，其检查按国家有关标准进行。
表l实施例熔铸件所用材质、断面形状和尺寸
批号材质'断面形状和尺寸
1H13模具钢圆柱坯(D400 nm，高1600 nm
2H13模具钢圆柱坯①450 mm,高700 mm与方坯300 mmX300 mm的结合处
表2实施例熔铸件产品进行等晶轴率和纵向剖面检查结果
批号等晶轴率纵向剖面检査
140%以上呈细小柱状晶组织均匀无縮孔縮松现象
240%以上呈细小柱状晶组织均匀无縮孔縮松现象
权利要求
1、一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置，包括带水套的结晶器和电磁搅拌器，结晶器外壁套有一个环形磁铁，其特征在于环形磁铁位于结晶器的中上部，在环形电磁铁周围设有与结晶器水套连通的电磁搅拌器水套。
2、 根据权利要求l所述的一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置，其特征在于所述的结晶器 的外壁与电磁搅拌器水套之间只有一层。
3、 一种应用权利要求l所述的带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置进行电渣熔铸的方法，其特 征在于按以下步骤进行(1) 将冷却水通入结晶器内，在结晶器的渣池内放入厚度为120毫米至200毫米的电极渣 料，自耗电极通过电磁搅拌器浸入渣中20毫米至50毫米的深度，电极通电，开始电 渣重熔；(2) 当结晶器内钢锭高度上升到结晶器高度的三分之一时，将电磁搅拌器线圈通电，当电 极熔化端上升到电磁搅拌器的下端面时，线圈电流达到正常工作值为300安培至500 安培；(3) 熔化的自耗电极形成钢液滴，并进入渣层和钢锭液池，钢锭液池进入电磁搅拌器的有 效磁场作用区，钢液中电流与旋转磁场作用产生电磁力驱动钢液旋转；(4) 当自耗电极熔化结束、关闭电渣重熔电源，待钢锭完全凝固后关闭电磁搅拌线圈电源， 钢锭冷却后，关闭冷却水，出锭。 '
4、 根据权利要求2所述的应用带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置进行电渣熔铸的方法，其特 征在于所述的外加电磁铁空载磁感应强度在350—2000高斯范围，频率在1-20赫兹范围 内。
全文摘要
一种带有外加电磁搅拌的电渣熔铸装置及方法，属于特殊钢电渣冶金技术领域，包括结晶器、结晶器水套和电磁搅拌器，结晶器外壁套有一个环形磁铁，环形磁铁位于结晶器的中上部，环形磁铁的铁芯上绕有线圈，在环形电磁铁周围设有电磁搅拌器水套，电磁搅拌器水套与结晶器水套连通；熔化的自耗电极形成钢液滴进入渣层，在外加旋转电磁场作用下，钢液滴在渣层中呈现螺旋线方式下落，进入钢锭液池中，钢锭液池不断上升也进入电磁搅拌器的有效磁场作用区，此时钢液中电流与旋转磁场作用产生电磁力驱动钢液旋转；本发明设备简单，在改善铸坯的表面及皮下质量，改善铸坯凝固组织，提高等轴晶率，减轻中心偏析及中心疏松等内部缺陷方面都有显著的作用效果。
文档编号B22D23/10GK101480715SQ20091001024
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者李宝宽, 芳 王, 齐凤升 申请人:东北大学