一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄造冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前工業(yè)上應用的鋁熔體攪拌技術(shù)共分兩種:機械式攪拌和非接觸式攪拌。非接觸式攪拌主要利用磁場的作用原理來設計，其中又包含兩種工藝方法:旋轉(zhuǎn)電磁場式和永磁體式。
[0003]其中，利用旋轉(zhuǎn)電磁場在熔體中感生的電磁力對熔體進行強烈的攪拌，已經(jīng)成為鋁合金熔化和半連續(xù)鑄造過程中均勻化熔體和細化晶粒組織的常用方法，得到長期的工業(yè)應用。但由于旋轉(zhuǎn)電磁場的集膚效應和安裝的限制(需要攪拌的區(qū)域位于結(jié)晶器高度范圍內(nèi)，為了保證鑄造過程的順利完成，攪拌線圈只能安裝在結(jié)晶器外圍，造成磁場強度和目標作用區(qū)域的錯配，鑄錠中心區(qū)域得不到理想的攪拌效果)，達不到最好效果；此外在最重要的液穴底部很難產(chǎn)生有效攪拌。
[0004]而永磁鋁液攪拌器，是利用特定組合的永磁體運動后產(chǎn)生的交變磁場對金屬液體進行非接觸攪拌。永磁攪拌器相當于一個氣隙很大的使用永磁體磁場的電機，感應器相當于電機的定子，鋁熔液相當于電機的轉(zhuǎn)子。攪拌器內(nèi)置的多極磁場在電機的帶動下產(chǎn)生行波磁場，磁場和熔池中的金屬液體相互作用產(chǎn)生磁力，從而推動金屬液體做定向運動，起到攪拌的作用。顯然，這種方式不能迅速產(chǎn)生作用，而且形成的流動方式不可控，部分熔體的運動不是由電磁力驅(qū)動，而是由熔體的粘度造成的拖曳力帶動的，所以這種方式不適合應用到半連續(xù)鑄造過程中的熔體成分均勻化和組織細化上，它流動形成的時間較長，不能適應半連續(xù)鑄造高速的凝固速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置及方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置，包括用于承載熔體的流槽，所述流槽下方設有結(jié)晶器，所述結(jié)晶器的下出口處設有冷卻水噴射區(qū)，所述結(jié)晶器外側(cè)成對設置有永磁體，所述熔體內(nèi)插置有石墨電極，所述冷卻水噴射區(qū)的下方設有若干滑動電極，所述石墨電極和滑動電極分別連接至脈沖直流電源的兩極。
[0007]較佳地，所述永磁體為電磁攪拌提供磁場，所述流槽、結(jié)晶器、熔體與鑄造機組成的體系與外界絕緣。
[0008]本發(fā)明還提供了一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌方法，應用于如上所述的鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置中，根據(jù)需要鑄造的鋁錠的形狀和組織要求，調(diào)節(jié)脈沖直流電源的電流大小和方向、永磁體的位置和數(shù)量以及滑動電極的位置和數(shù)量。
[0009]較佳地，若鋁錠的橫截面為圓形，則采用對半式的永磁體。
[0010]較佳地，若鋁錠的橫截面為矩形，則采用相對設置的多個永磁體。
[0011]較佳地，通過調(diào)節(jié)脈沖直流電源的電流大小，調(diào)節(jié)熔體的攪拌強度。
[0012]較佳地，所述脈沖直流電源采用低電壓大電流。
[0013]較佳地，所述脈沖直流電源的電流大小為1A?50A。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置及方法，該裝置包括用于承載熔體的流槽，所述流槽下方設有結(jié)晶器，所述結(jié)晶器的下出口處設有冷卻水噴射區(qū)，所述結(jié)晶器外側(cè)成對設置有永磁體，所述熔體內(nèi)插置有石墨電極，所述冷卻水噴射區(qū)的下方設有若干滑動電極，所述石墨電極和滑動電極分別連接至脈沖直流電源的兩極。本發(fā)明利用電流在磁場中受到安培力作用的原理，采用直流電流和永磁體結(jié)合的方法，可以根據(jù)鋁錠的尺寸、形狀、材料成分設計不同的熔體在結(jié)晶器區(qū)域的流動方式和流動強度，控制合金元素的偏析行為和枝晶的生長方式，達到組織均勻化與細化的目的。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一【具體實施方式】的鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實施例一中永磁體和滑動電極的排布方式俯視圖。
[0017]圖中:10-流槽、11-熔體、12-鋁錠、20-結(jié)晶器、30-冷卻水噴射區(qū)、40-永磁體、50-石墨電極、60-滑動電極、70-脈沖直流電源。
【具體實施方式】
[0018]為了更詳盡的表述上述發(fā)明的技術(shù)方案，以下列舉出具體的實施例來證明技術(shù)效果；需要強調(diào)的是，這些實施例用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。
[0019]本發(fā)明提供的一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置，如圖1所示，包括用于承載熔體11的流槽10，所述流槽10下方設有結(jié)晶器20，所述結(jié)晶器20的下出口處設有冷卻水噴射區(qū)30，所述結(jié)晶器20外側(cè)成對設置有永磁體40，所述熔體11內(nèi)插置有石墨電極50，所述冷卻水噴射區(qū)30的下方設有若干滑動電極60，所述石墨電極50和滑動電極60分別連接至脈沖直流電源70的兩極。具體地，根據(jù)安培力的公式，f = IBLsina，其中f為安培力，I為電流值，B為磁場強度，L為導線長度，a為磁場與電流方向的夾角，由此可知，電流強度和磁場強度為影響安培力的兩個主要因素:當磁場強度一定時，通過調(diào)節(jié)電流的大小和方向，可以控制攪拌的強度和流場參數(shù)，達到控制攪拌效果的目的。本發(fā)明利用電流在磁場中受到安培力作用的原理，采用直流電流和永磁體40結(jié)合的方法，可以根據(jù)鋁錠的尺寸、形狀、材料成分設計不同的熔體11在結(jié)晶器20區(qū)域的流動方式和流動強度，控制合金元素的偏析行為和枝晶的生長方式，達到組織均勻化與細化的目的。
[0020]較佳地，所述永磁體為電磁攪拌提供磁場，且所述流槽10、結(jié)晶器20、熔體與鑄造機組成的體系與外界絕緣，也就是說，在鑄造期間，與整個裝置接觸的鋁合金保溫爐以及鑄造機等設備均需要與大地絕緣，以防止電流散失。
[0021]本發(fā)明還提供了一種鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌方法，應用于如上所述的鋁合金半連續(xù)鑄造電磁攪拌裝置中，根據(jù)需要鑄造的鋁錠12的形狀和組織要求，調(diào)節(jié)脈沖直流電源70的電流大小和方向、永