專利名稱：軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器。
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)晶器按其材質(zhì)及結(jié)構(gòu)的不同可分為切縫式軟接觸結(jié)晶器和無縫式軟接觸結(jié)晶器兩種。切縫式軟接觸結(jié)晶器雖然提高了磁場穿透性，極大改善了鑄坯質(zhì)量，但它仍存在一些不可克服的缺陷。如(1)切縫多，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)帶來不穩(wěn)定因素。(2)由于切縫的存在，每個金屬片層相互獨立，導(dǎo)致冷卻水回路系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)計困難。(3)結(jié)晶器內(nèi)磁場分布不均勻，直接影響到鑄坯質(zhì)量的改善。無縫式軟接觸結(jié)晶器目前有以下兩種典型設(shè)計①分段式無縫軟接觸結(jié)晶器采用分段式結(jié)構(gòu)，其中與鋼液面相同高度的結(jié)晶器壁由高電阻率的磁性不銹鋼制成，下部為高電導(dǎo)率的銅質(zhì)材料組成。分段式無縫軟接觸結(jié)晶器同普通銅質(zhì)結(jié)晶器相比，透過結(jié)晶器壁的磁通密度1.8倍，對鑄模內(nèi)鋼水產(chǎn)生的電磁約束力約為原來的3.4倍。其最大缺點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，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，尚無法在實際冶金生產(chǎn)中應(yīng)用。②整體式無縫軟接觸結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)特點是對切縫式軟接觸結(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單化；與純銅質(zhì)結(jié)晶器相比，其磁場透磁率可提高三倍；結(jié)晶器內(nèi)磁場分布比較均勻。然而這種設(shè)計的結(jié)晶器依舊未能完全解決大幅提高透磁率及磁場均勻化的難題，而且必須克服其在材質(zhì)的選擇、制備工藝上的困難。
綜上所述，切縫式軟接觸結(jié)晶器顯著提高了透磁性，但同時帶來結(jié)晶器內(nèi)磁場分布不均勻，結(jié)晶器強(qiáng)度下降，以及冷卻水回路設(shè)計復(fù)雜等難題。無縫式軟接觸結(jié)晶器雖然具有提高了結(jié)晶器的整體強(qiáng)度，在一定程度上保證了磁場的穿透性，使結(jié)晶器內(nèi)磁場分布均勻，且簡化了冷卻水回路系統(tǒng)的優(yōu)點，但在材質(zhì)的選擇、制備工藝上存在較大的困難。因而，上述結(jié)晶器目前均處于開發(fā)研究階段，都沒應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)。在目前的研究中，由于設(shè)計簡單等緣故，科技工作者往往采用切縫式銅制結(jié)晶器。但這種單一材料結(jié)晶器無法同時達(dá)到上述要求，具有一定的局限性，這極大地限制了它在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明由結(jié)晶器套管、結(jié)晶器殼體和感應(yīng)線圈等構(gòu)成。核心部分的結(jié)晶器套管厚度為10～60mm之間，采用兩段式結(jié)構(gòu)，分別由下部的銅(銅合金)和上部的銅基復(fù)合材料構(gòu)成，銅(銅合金)采用目前結(jié)晶器中普遍使用的脫氧銅、鉻銅或者鉻鋯銅等銅質(zhì)材料，銅(銅合金)表面進(jìn)行鍍鉻或鍍鎳鐵處理。銅基復(fù)合材料要求具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，高溫耐磨性好，且具有較高的電阻率，采用含體積比為3％～30％的Al2O3顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，或者含重量比＜20％的Mn、重量比＜20％的Al、重量比＜20％的Ni、重量比＜15％的Zn、重量比＜10％的Si、重量比＜10％的Fe以及少量P和Ti金屬的銅基原位復(fù)合材料。銅(銅合金)和銅基復(fù)合材料兩者間采用真空電子束焊等特種焊接法、梯度材料法或者機(jī)械法平滑銜接，而且結(jié)晶器套管壁上無切隙。兩段式套管下部的銅(銅合金)和上部的銅基復(fù)合材料連接可采用以下三種方法1、采用真空電子束焊實施金屬銅(銅合金)和銅基復(fù)合材料的復(fù)合問題，使兩者平滑、牢固銜接，交界面具有較高的強(qiáng)度，滿足連鑄拉鋼坯的使用要求。
2、利用熱等靜壓等粉末冶金法實施金屬銅(銅合金)和銅基復(fù)合材料的復(fù)合問題，用梯度材料使兩者平滑、牢固銜接，滿足了連鑄拉鋼坯的使用要求。
3、利用機(jī)械法實施金屬銅(銅合金)和銅基復(fù)合材料的銜接問題，銅(銅合金)上有槽，銅基復(fù)合材料上帶有可伸展于銅(銅合金)內(nèi)的突起，實現(xiàn)平滑、牢固銜接，并保證界面具有較高的強(qiáng)度，滿足了連鑄拉鋼坯的使用要求。
本發(fā)明可以使彎月面下部在銅質(zhì)材料與銅基復(fù)合材料的交界面附近，保證在金屬彎月面附近具有均勻且良好的透磁性，在彎月面以下對液態(tài)金屬具有良好的冷卻效果，極大地解決目前的銅制切縫式結(jié)晶器冷卻和透磁效果不能兩立的弊端。而且結(jié)晶器有足夠的強(qiáng)度和較高的耐熱變形性能。該結(jié)晶器可以實現(xiàn)鋼等高熔點金屬的圓坯、方坯和板坯的軟接觸電磁連鑄，有效提高金屬鑄坯的表面質(zhì)量，提高其性能價格比，尤其是板坯的電磁連鑄生產(chǎn)技術(shù)，本發(fā)明與傳統(tǒng)的結(jié)晶器相比具有明顯的優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。
圖2為用機(jī)械法實現(xiàn)本發(fā)明兩段式套管結(jié)合的示意圖。
圖中1上法蘭，2下法蘭，3線圈，4結(jié)晶器套管，5外層壁，6殼體，7連接件，8鋼液面，9銅基復(fù)合材料，10銅(銅合金)。
參見圖2，其結(jié)晶器套管4采用兩段式結(jié)構(gòu)，其上部為銅基復(fù)合材料，下部為銅(銅合金)，用機(jī)械法實現(xiàn)銅基復(fù)合材料與銅(銅合金)的兩段套管的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器，由上法蘭、下法蘭、線圈、結(jié)晶器套管、外層壁、殼體、連接件構(gòu)成，其特征在于其結(jié)晶器套管采用兩段式結(jié)構(gòu)，由下部的銅或銅合金和上部的銅基復(fù)合材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器，其特征在于所說的兩段式套管下部的銅或銅合金和上部的銅基復(fù)合材料的連接可采用以下三種方法a、采用真空電子束特種焊接方法，b、采用熱等靜壓粉末冶金法，c、采用機(jī)械法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器，其特征在于所說的結(jié)晶器套管下部的銅或銅合金采用銅質(zhì)材料，銅或銅合金表面進(jìn)行鍍鋯或鍍鎳鐵處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器，其特征在于所說的兩段式結(jié)晶器套管上部采用的銅基復(fù)合材料可采用含體積比為3％～30％的Al2O3顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，或者含重量比＜20％的Mn、重量比＜20％的Al、重量比＜20％的Ni、重量比＜15％的Zn、重量比＜10％的Si、重量比＜10％的Fe以及少量P和Ti金屬的銅基原位復(fù)合材料。
全文摘要
一種軟接觸電磁連鑄用無切縫結(jié)晶器，屬于冶金連鑄技術(shù)領(lǐng)域，由結(jié)晶器套管、結(jié)晶器殼體和感應(yīng)線圈等構(gòu)成，其結(jié)晶器套管采用兩段式結(jié)構(gòu)，由下部的銅(銅合金)和上部的銅基復(fù)合材料構(gòu)成，兩者采用真空電子束焊、梯度材料或機(jī)械法平滑銜接，本發(fā)明既可以保證磁場在金屬彎月面附近具有均勻良好的透磁性達(dá)到“軟接觸”的效果，同時又保證在彎月面以下液態(tài)金屬具有良好的冷卻效果，解決目前軟接觸電磁連鑄用切縫式結(jié)晶器冷卻和透磁效果不能兩立的弊端，而且該結(jié)晶器具有足夠的強(qiáng)度和較高的耐熱變形性能。本發(fā)明可以實現(xiàn)鋼的圓坯、方坯和板坯軟接觸電磁連鑄生產(chǎn)，有效提高金屬鑄坯的表面質(zhì)量，提高其性能價格比，具有明顯的優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號B22D11/049GK1415443SQ0213286
公開日2003年5月7日 申請日期2002年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月5日
發(fā)明者王強(qiáng), 赫冀成, 王恩剛 申請人:東北大學(xué)