外加磁場的電渣熔鑄裝置製造方法

2023-04-28 19:33:21

外加磁場的電渣熔鑄裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種外加磁場的電渣熔鑄裝置，其磁場發生裝置由錐形磁場線圈和錐形磁場發生電源組成，錐形磁場線圈套在結晶器銅內管外圍，即安置在結晶器水冷套的內部，或者錐形磁場線圈圍繞在結晶器外管外部，向錐形磁場線圈中通入電流，即在錐形磁場線圈內腔中產生錐形磁場，推動錐形磁場線圈做豎直升降運動，使自耗電極的熔化末端、金屬熔滴和液態渣池始終置於錐度磁場之內，使自耗電極的末端熔化產生的金屬液膜發生旋轉流動，並驅動自耗電極末端的金屬熔滴作旋轉運動，同時在液態渣池和金屬匯流熔池中產生微區流動。本實用新型通過施加外部軸向錐度磁場以優化精煉效果，提高除雜效率，提高淨化效率，降低鑄錠徑向偏析。
【專利說明】外加磁場的電渣熔鑄裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電渣重熔工藝裝備，特別是還涉及一種精煉工藝裝置，應用於純淨鋼製備裝備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電渣重熔工藝已經被廣泛的應用於冶金工業中。傳統的電渣重熔工藝的原理是在盛有高鹼性熔渣的水冷結晶器中，用合金鋼作為自耗電極，利用熔融渣的導電性，在電流通過熔渣時產生的電阻熱作為熱源來重熔自耗電極的二次精煉法。研究表明，在電渣重熔過程中，自耗電極熔化形成熔滴。熔滴穿過渣層時，其中的夾雜物被鹼性渣層吸附。鑑於此，如何讓金屬熔滴與高鹼性熔渣充分接觸成為了提高除雜效率的關鍵因素。
[0003]針對提高電渣重熔淨化效率發展出了多種新型方法，主要有施加旋轉磁場複合電渣重熔、超聲波複合電渣重熔、施加水平靜磁場電渣重熔等方法。但客觀上講上述方法均有不足之處。如施加旋轉磁場複合電渣重熔可以在一定程度上驅動渣液和金屬熔池旋轉，但是會產生卷渣這樣的負面作用；超聲波複合電渣重熔由於功率容易受到限制、本身的方向性以及衰減的速度過快等因素，限制了其在工業上的應用；施加水平靜磁場電渣重熔由於能量密度較低以及具有方向性的特點，其提高淨化效果的能力仍然有限。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種外加磁場的電渣熔鑄裝置，在電渣重熔過程中，通過施加外部軸向錐度磁場以優化精煉效果，實現電渣重熔淨化精煉各種電渣錠產品，提高除雜效率，有效提高淨化效率，降低鑄錠的徑向偏析。
[0005]為達到上述發明創造目的，本實用新型的發明構思如下:
[0006]提供一種帶有施加軸向錐度磁場的電渣重熔裝置。原理在於將軸向錐度磁場施加在傳統電渣重熔的結晶器周圍，將自耗電極熔化末端、金屬熔滴、金屬熔池置於軸向錐度磁場之內。錐度磁場是一種磁場方向與自耗電極所處軸向成一定角度的磁場。由於軸向錐度磁場的施加，自耗電極末端的液膜、熔滴以及渣池中，將形成與自耗電極熔煉電流成垂直的磁場分量，該磁場分量呈輻射狀沿徑向分布。在這種呈輻射狀沿徑向的磁場分量與熔煉電流作用形成的交變洛倫茲力的作用下將產生以下的效應:第一，驅動自耗電極末端的液膜作正反向旋轉，從而可以促進液膜的不斷更新，使液膜內部的夾雜物被帶到表面，與熔渣接觸而被熔渣吸收，提高夾雜物和雜質元素的去除效率；第二，驅動自耗電極末端的熔滴作正反向旋轉，破壞表面張力對稱性和穩定性，這將避免形成大的熔滴，因此熔滴直徑將顯著細化，熔滴直徑的細化將顯著提升熔滴的比表面積，縮短夾雜物及雜質從熔滴內部遷移到表面距離和時間，從而提高精煉效率；第三，驅動液態渣池產生微區流動，使液態渣池中的溫度更加均勻，從而可以使整個液態渣池具有良好的穩定吸收夾雜的能力，同時可以促進鋼錠凝固界面處的溫度更為均勻，進而形成平直的凝固界面，這對降低鑄錠的徑向偏析以及及時排除凝固界面前沿的夾雜物更為有利。而通過控制自耗電極熔煉電流的頻率，還可以改變液膜、熔滴、熔渣呈正反向旋轉的周期，並在合適的頻率下獲得最佳的精煉效果。
[0007]根據上述發明構思，本實用新型採用下述技術方案:
[0008]一種外加磁場的電渣熔鑄裝置，包括熔煉鑄造裝置和磁場發生裝置，熔煉鑄造裝置是由結晶器銅內管、結晶器外管、結晶器水冷套、結晶器底部密封座以及結晶器上部密閉罩組成的電渣重熔結晶器裝置，結晶器上部密閉罩和結晶器底部密封座分別將結晶器銅內管的上下兩埠封閉，形成密封的電渣爐工作腔，結晶器底部密封座同時還形成水冷銅板底電極，結晶器底部密封座可拆卸地安裝在電渣重熔結晶器裝置的底部，自耗電極從結晶器上部密閉罩的電極插孔插入結晶器銅內管的內腔中，自耗電極和結晶器底部密封座分別接到外部熔煉電源的兩極，通過結晶器上部密閉罩的澆注渣入口或者通過打開結晶器上部密閉罩，向結晶器銅內管內注入的熔渣，在結晶器底部密封座上方的結晶器銅內管的內腔中形成液態渣池，將自耗電極底端插入結晶器銅內管中的液態渣池中，使液態渣池、自耗電極、外部熔煉電源、結晶器底部密封座之間形成導電迴路，自耗電極熔化後產生的金屬熔滴向下穿過液態渣池匯入金屬匯流熔池，最終在結晶器底部密封座的強制冷卻作用下形成凝固鑄錠，磁場發生裝置由錐形磁場線圈和錐形磁場發生電源組成，錐形磁場線圈與電渣重熔結晶器裝置之間保持絕緣，錐形磁場線圈套在結晶器銅內管外圍，即安置在結晶器水冷套的內部，或者錐形磁場線圈圍繞在結晶器外管外部，錐形磁場線圈由一組或者多組螺線管錐度線圈形成錐管形線圈，錐形磁場發生電源向錐形磁場線圈中通入電流，即在錐形磁場線圈內腔中產生以結晶器銅內管的軸向為中心軸的錐形磁場，線圈升降平臺推動錐形磁場線圈沿著結晶器銅內管的軸向做豎直升降運動，使自耗電極的熔化末端、金屬熔滴和液態渣池始終置於錐度磁場之內，錐度磁場作用於自耗電極的熔化末端，在洛倫茲力作用下，使自耗電極的末端熔化產生的金屬液膜發生旋轉流動，並驅動自耗電極末端的金屬熔滴作旋轉運動，同時錐度磁場與液態渣池和金屬匯流熔池中的電流相互作用將產生微區流動。
[0009]上述錐形磁場線圈的錐度最好可調，使錐形磁場線圈內腔中產生的磁場方向與結晶器銅內管的軸向在0°、0°角度範圍內變化。
[0010]上述自耗電極優選採用單電極或多電極，同時自耗電極優選採用小截面電極或大截面電極。
[0011]上述外部熔煉電源優選採用直流電源、交變電源或調壓調頻交流電源，當採用交變電源或調壓調頻交流電源時，自耗電極的末端熔化產生的金屬液膜發生周期性的正反向旋轉流動，並驅動自耗電極末端的金屬熔滴作周期性的正反向旋轉運動。
[0012]在上述錐形磁場線圈內腔中產生的錐形磁場的磁力線的方向優選為沿錐形磁場線圈內壁斜向上方向。
[0013]上述錐形磁場線圈的口徑優選採用小於3000mm的口徑尺寸。
[0014]上述結晶器銅內管的內腔橫截面形狀優選採用圓形或方形，用於外加軸向錐度磁場控制電渣重熔裝置重熔精煉的金屬可以是圓形鑄錠，也可以是方形鑄錠，亦可以是異性鑄錠，只需保證鑄錠可以放置於結晶器內。
[0015]在本實用新型上述技術方案中，熔煉電源是頻率為Ο.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΟΗζ的電源，軸向錐度磁場發生電源的電壓範圍為5?2000V，由錐度磁場線圈產生的錐度磁場磁感應強度可在0.1?30Tesla範圍變化。控制熔煉電壓為10-200V，熔煉電流為100-20000A。軸向錐度磁場強度通過調節電壓實現，錐度磁場發生線圈可以是單組，也可以是多組，其產生的錐度磁場的角度可以根據熔煉效果的需要在0°、0°改變。電渣重熔過程可以由固態渣引弧啟動，也可由液態渣直接啟動，亦可以添加弓I弧劑保證弓I弧成功。外加錐度磁場控制電渣重熔裝置適用於各種型號的電渣爐。外加錐度磁場控制電渣重熔裝置可以用於精煉各種電渣錠產品，鑄錠可以是鋼鐵等黑色金屬，也可以是鈦合金、高溫合金及精密合金、鋁合金、鎂合金、銅合金等多有可以用於電渣重熔的其他合金。
[0016]本實用新型在傳統電渣重熔設備的水冷結晶器外圍或水冷套內部設置一組或者多組螺線管錐度線圈，在線圈中通入電流，即可產生軸向錐形磁場。錐度磁場作用於自耗電極末端，在洛倫茲力作用下，金屬液膜形成旋轉流動，加速液膜更新和與渣液接觸，錐度磁場與熔煉電流作用將細化熔滴，提高熔滴比表面積和增加在液渣中沉降時間，縮短夾雜物及雜質元素從熔滴中心到渣金表面的距離，從而提高了電渣重熔過程的淨化效果，獲得更為純淨的電渣錠；而錐度磁場與渣池和金屬匯流池中金屬中電流相互作用將產生微區流動，使溫度均勻和金屬熔池淺平，對排除凝固界面前沿的夾雜物更為有利。該實用新型工藝簡單，環境友好，淨化效率高，適用於淨化精煉各種電渣錠產品。
[0017]本實用新型與現有技術相比較，具有如下實質性特點和優點:
[0018]1.本實用新型電渣熔鑄裝置將傳統電渣重熔裝置放置於軸向錐度磁場中，利用錐度磁場對金屬液膜產生的洛倫茲力形成液膜的正反向旋轉流動，從而增強熔滴的細化作用、熔滴與渣池的接觸作用，當軸向錐度磁場作用於自耗電極末端液膜時，驅動自耗電極末端的液膜作正反向旋轉，從而可以促進液膜的不斷更新，使液膜內部的夾雜物被帶到表面，與熔渣接觸而被熔渣吸收，提高夾雜物和雜質元素的去除效率；
[0019]2.本實用新型電渣熔鑄裝置通過在軸向錐度磁場的作用下，將形成細小的熔滴。熔滴的細化，增加了熔滴在液態渣池中的沉降時間，同時縮短了夾雜物及雜質從熔滴內部遷移到表面的距離和時間，從而提高精煉效率；
[0020]3.採用本實用新型電渣熔鑄裝置，熔滴在渣池下落過程中，由於具有周期性的旋轉效應，這種搓捻效應將改變熔滴的形貌，使得其沉降產生複雜軌跡，從而延長液渣與熔滴的接觸時間，這就增大了熔滴與熔渣池的接觸作用提高了夾雜物被渣池吸附的機率，進一步提升淨化效率；
[0021]4.利用本實用新型電渣熔鑄裝置，處於錐度磁場中的金屬熔池和液態渣池在錐度磁場作用下將產生微區流動，從而得到更加均勻的溫度分布，降低凝固界面前沿的溫度梯度，進而形成平直的凝固界面，這對降低鑄錠的徑向偏析以及及時排除凝固界面前沿的夾雜物更為有利有助於凝固組織的生長；
[0022]5.本實用新型電渣熔鑄裝置的錐度磁場不直接接觸金屬熔體，無汙染；
[0023]6.本實用新型電渣熔鑄裝置可顯著提高電渣重熔過程中非金屬夾雜物以及雜質元素的去除效率，提高淨化效果；
[0024]7.本實用新型設備工藝簡單，便於維護和使用，環境友好，精鍊金屬淨化效率高，適用於淨化精煉各種電渣錠產品應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型實施例一外加磁場的電渣熔鑄裝置的結構示意圖。
[0026]圖2是本實用新型實施例一外加錐度磁場對金屬熔體的作用原理圖。[0027]圖3是本實用新型實施例二外加錐度磁場對金屬熔體的反向旋轉作用原理圖。【具體實施方式】
[0028]本實用新型的優選實施例結合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0029]實施例一:
[0030]在本實施例中，參見圖1和圖2，一種外加磁場的電渣熔鑄裝置，包括熔煉鑄造裝置和磁場發生裝置，熔煉鑄造裝置是由結晶器銅內管13、結晶器外管2、結晶器水冷套8、結晶器底部密封座6以及結晶器上部密閉罩14組成的電渣重熔結晶器裝置，結晶器上部密閉罩14和結晶器底部密封座6分別將結晶器銅內管13的上下兩埠封閉，形成密封的電渣爐工作腔，結晶器底部密封座6同時還形成水冷銅板底電極，結晶器底部密封座6可拆卸地安裝在電渣重熔結晶器裝置的底部，自耗電極I從結晶器上部密閉罩14的電極插孔插入結晶器銅內管13的內腔中，自耗電極I和結晶器底部密封座6分別接到外部熔煉電源9的兩極，自耗電極I採用大截面單電極，外部熔煉電源9是直流電源，通過結晶器上部密閉罩14的澆注渣入口或者通過打開結晶器上部密閉罩14，向結晶器銅內管13內注入的熔渣，在結晶器底部密封座6上方的結晶器銅內管13的內腔中形成液態渣池3，將自耗電極I底端插入結晶器銅內管13中的液態渣池3中，使液態渣池3、自耗電極1、外部熔煉電源9、結晶器底部密封座6之間形成導電迴路，自耗電極I熔化後產生的金屬熔滴7向下穿過液態渣池3匯入金屬匯流熔池4，最終在結晶器底部密封座6的強制冷卻作用下形成凝固鑄錠5，磁場發生裝置由錐形磁場線圈10和錐形磁場發生電源11組成，錐形磁場線圈10與電渣重熔結晶器裝置之間保持絕緣，錐形磁場線圈10套在結晶器銅內管13外圍，即安置在結晶器水冷套8的內部，或者錐形磁場線圈10圍繞在結晶器外管2外部，錐形磁場線圈10由一組或者多組螺線管錐度線圈形成錐管形線圈，錐形磁場發生電源11向錐形磁場線圈10中通入電流，即在錐形磁場線圈10內腔中產生以結晶器銅內管13的軸向為中心軸的錐形磁場，在錐形磁場線圈10內腔中產生的錐形磁場的磁力線16的方向為沿錐形磁場線圈10內壁斜向上方向，線圈升降平臺12推動錐形磁場線圈10沿著結晶器銅內管13的軸向做豎直升降運動，使自耗電極I的熔化末端、金屬熔滴7和液態渣池3始終置於錐度磁場之內，錐度磁場作用於自耗電極I的熔化末端，在洛倫茲力作用下，使自耗電極I的末端熔化產生的金屬液膜15發生旋轉流動，並驅動自耗電極I末端的金屬熔滴7作旋轉運動，同時錐度磁場與液態渣池3和金屬匯流熔池4中的電流相互作用將產生微區流動。
[0031]採用GCrl5軸承鋼作為本實施例用特殊鋼冶煉原料，將CGrl5軸承鋼鑄造成Φ300πιπι、長度2000mm的自耗電極1，並在電渣重熔前除去表面的氧化皮。錐度磁場線圈10放置在線圈升降平臺12上，錐度磁場線圈10與電渣重熔結晶器裝置之間具有良好絕緣，且錐度磁場線圈10可以沿著電渣重熔結晶器裝置自由移動，同時保證電渣重熔的熔化河凝固過程都在有效磁場作用區內。
[0032]在本實施例中，參見圖1和圖2，將自耗電極I與結晶器底部密封座6分別接到外部熔煉電源9兩極，給結晶器水冷套8通入冷卻水。調節錐度磁場線圈10與自耗電極I軸向夾角為30°。將2kg由60%CaF2、20%Ca0和20%A1203構成的高鹼性液態熔渣倒入結晶器銅內管13中，結晶器銅內管13的內孔口徑為500mm，高度為1500mm。關閉結晶器上部密閉罩14。將自耗電極I連接好外部熔煉電源9，並插入結晶器銅內管13中的液態渣池3中。開啟外部熔煉電源9，採用工頻直流電電流，調節輸入電流為5000A。開啟錐度磁場發生電源11，使得錐度磁場線圈10中電壓為1000V，使得錐度磁場線圈10中的磁感應強度為2T，磁力線為沿錐度磁場線圈10內壁斜向上方向16，錐度磁場線圈10產生的磁力線與結晶器銅內管13的軸向呈45度夾角。由於電流的通過，液態渣池3溫度升高，達到自耗電極I的熔點時，自耗電極I的末端開始熔化，熔化的金屬在向下流動的過程中在自耗電極I末端形成金屬液膜。在軸向錐度磁場與熔煉電流作用形成的洛倫茲力的作用下，金屬液膜15在向自耗電極I末端匯集的過程中發生形成逆時針方向的快速轉動，同時向下流動，如圖2所示。金屬液膜15旋轉流動促進了金屬液膜15的更新，使金屬液膜15內部的夾雜物被帶到表面，與液態渣池3接觸而被液態渣池3吸收，提高夾雜物和雜質元素的去除效率。金屬液膜15不斷流動的過程中匯聚細小的金屬熔滴7，金屬熔滴7亦受到軸向錐度磁場的作用不斷轉動。在錐度磁場與熔煉電流作用形成的洛倫茲力的驅動下，金屬熔滴7內部熔體亦作旋轉流動，金屬熔滴7表面張力對稱性和穩定性被破壞。這樣可以避免較大金屬熔滴7的形成，金屬熔滴7的直徑將顯著細化。由此將顯著提升金屬熔滴7的比表面積，縮短夾雜物及雜質從金屬熔滴7內部遷移到表面的距離和時間，從而提高精煉效率。金屬熔滴7下落通過熔渣池，最後到結晶器中凝固。由於金屬熔滴7的尺寸更加細小，在與液態渣池3中渣液充分接觸淨化後，金屬熔滴7中的夾雜物以及雜質元素被液態渣池3吸附。隨後金屬熔滴7穿過液態渣池3匯入金屬匯流熔池4。同時，在錐度磁場的驅動下液態渣池3產生微區流動，使液態渣池3中的溫度更加均勻，從而可以使整個液態渣池3具有良好的穩定吸收夾雜的能力，同時可以促進凝固鑄錠5凝固界面處的溫度更為均勻，進而形成平直的凝固界面。液態渣池3與自耗電極I末端不斷上升。故為確保整個過程中金屬熔滴7都處於同等的錐度磁場作用下，錐度磁場線圈10隨著自耗電極I末端同時上移。最終，當自耗電極I熔化結束，在水冷銅板底電極形成的結晶器底部密封座6的強制冷卻作用下，凝結成凝固鑄錠5。當電渣重熔過程結束時，關閉外部熔煉電源9和錐度磁場發生電源11。待結晶器銅內管13中凝固鑄錠5完全凝固至冷卻到室溫時，關閉結晶器水冷套8的冷卻水，。從結晶器銅內管13中取出凝固鑄錠5，即可得到高純淨度的軸承鋼電渣錠。液態渣池3在軸向錐度磁場的驅動下產生微區流動，使液態渣池3中的溫度更加均勻，從而使整個液態渣池3具有良好的穩定吸收夾雜的能力，同時促進了鋼錠凝固界面處的溫度更為均勻，進而形成平直的凝固界面。在本實施例中，參見圖1和圖2，當使用直流電源為自耗電極I的外部熔煉電源9時，金屬液膜15和金屬熔滴7將進行單向旋轉流動，這種單向旋轉流動也將帶動金屬液膜15更新，細化金屬熔滴7、使液態渣池3溫度均勻從而提高精煉效率的作用。本實施例在傳統的電渣重熔過程中通過外加軸向錐度磁場裝置達到提高淨化效率，提升電渣重熔精煉效果，以獲得更為純淨的金屬材料。
[0033]實施例二:
[0034]本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於:
[0035]在本實施例中，參見圖3，外部熔煉電源9採用採用調壓調頻交流電源，正反向流動的周期會隨著熔煉電源的頻率改變，自耗電極I的末端熔化產生的金屬液膜15發生周期性的正反向旋轉流動，並驅動自耗電極I末端的金屬熔滴7作周期性的正反向旋轉運動。在軸向錐度磁場的作用下，金屬液膜15形成逆時針方向的快速轉動，如圖3所示。當外部熔煉電源9的電流方向發生改變時，金屬液膜15形成順時針方向的快速轉動，加速金屬液膜15的表面更新，細化金屬熔滴7尺寸，提高金屬熔滴7比表面積和增加在液態渣池3中沉降時間，縮短夾雜物及雜質元素從金屬熔滴7中心到渣金表面的距離，可以顯著提高電渣重熔過程的淨化效率，如圖3。隨著外部熔煉電源9電流方向的不斷改變，金屬液膜不斷受到正反向的驅動力，形成正反向轉動。金屬液膜15不斷周期性正反向下流動的過程中匯聚細小的金屬熔滴7。金屬熔滴7亦受到軸向錐度磁場的作用，形成正反向周期性轉動。在錐度磁場與熔煉電流作用形成的交變洛倫茲力的作用下，金屬液膜在向自耗電極I末端匯集的過程中發生正反向周期性旋轉，同時向下流動。在錐度磁場與熔煉電流作用形成的交變洛倫茲力的驅動下，金屬熔滴7內部熔體亦作正反向旋轉流動,金屬熔滴7表面張力對稱性和穩定性被破壞。在本實施例中，軸向錐形磁場與液態渣池3和金屬匯流熔池4中金屬中交變電流相互作用將產生微區流動，使溫度均勻和金屬熔池淺平，對排除凝固界面前沿的夾雜物更為有利。
[0036]實施例三:
[0037]本實施例與前述實施例一基本相同，特別之處在於:
[0038]在本實施例中，自耗電極I採用由2根電極棒構成的多電極體系，電渣重熔的熔化和凝固過程都在錐形磁場線圈10產生的錐度磁場作用區域內進行，形成更加有力的夾雜物擴散條件，有效改善鑄坯的表面及皮下質量，改善鑄坯凝固組織，提高等軸晶率，減輕中心偏析及中心疏鬆等內部缺陷方面都有顯著的作用效果。
[0039]上面結合附圖對本實用新型實施例進行了說明，但本實用新型不限於上述實施例，還可以根據本實用新型的實用新型創造的目的做出多種變化，凡依據本實用新型技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合用於本實用新型外加磁場的電渣熔鑄裝置的結構和構造原理，都屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種外加磁場的電渣熔鑄裝置，包括熔煉鑄造裝置和磁場發生裝置，所述熔煉鑄造裝置是由結晶器銅內管(13)、結晶器外管(2)、結晶器水冷套(8)、結晶器底部密封座(6)以及結晶器上部密閉罩(14)組成的電渣重熔結晶器裝置，所述結晶器上部密閉罩(14)和結晶器底部密封座(6)分別將所述結晶器銅內管(13)的上下兩埠封閉，形成密封的電渣爐工作腔，所述結晶器底部密封座(6)同時還形成水冷銅板底電極，所述結晶器底部密封座(6)可拆卸地安裝在電渣重熔結晶器裝置的底部，自耗電極(I)從所述結晶器上部密閉罩(14)的電極插孔插入所述結晶器銅內管(13)的內腔中，所述自耗電極(I)和所述結晶器底部密封座(6)分別接到外部熔煉電源(9)的兩極，通過所述結晶器上部密閉罩(14)的澆注渣入口或者通過打開所述結晶器上部密閉罩(14)，向所述結晶器銅內管(13)內注入的熔渣，在所述結晶器底部密封座(6)上方的所述結晶器銅內管(13)的內腔中形成液態渣池(3),將所述自耗電極(I)底端插入所述結晶器銅內管(13)中的液態渣池(3)中，使液態渣池(3)、所述自耗電極(I)、所述外部熔煉電源(9)、所述結晶器底部密封座(6)之間形成導電迴路，所述自耗電極(I)熔化後產生的金屬熔滴(7)向下穿過液態渣池(3)匯入金屬匯流熔池(4)，最終在所述結晶器底部密封座(6)的強制冷卻作用下形成凝固鑄錠(5)，其特徵在於:所述磁場發 生裝置由錐形磁場線圈(10)和錐形磁場發生電源(11)組成，所述錐形磁場線圈(10)與所述電渣重熔結晶器裝置之間保持絕緣，所述錐形磁場線圈(10)套在所述結晶器銅內管(13)外圍，即安置在所述結晶器水冷套(8)的內部，或者所述錐形磁場線圈(10)圍繞在所述結晶器外管(2)外部，所述錐形磁場線圈(10)由一組或者多組螺線管錐度線圈形成錐管形線圈，所述錐形磁場發生電源(11)向所述錐形磁場線圈(10)中通入電流，即在所述錐形磁場線圈(10)內腔中產生以所述結晶器銅內管(13)的軸向為中心軸的錐形磁場，線圈升降平臺(12)推動所述錐形磁場線圈(10)沿著所述結晶器銅內管(13)的軸向做豎直升降運動，使所述自耗電極(I)的熔化末端、金屬熔滴(7)和液態渣池(3)始終置於錐度磁場之內，錐度磁場作用於所述自耗電極(I)的熔化末端，在洛倫茲力作用下，使所述自耗電極(I)的末端熔化產生的金屬液膜(15 )發生旋轉流動，並驅動所述自耗電極(I)末端的金屬熔滴(7 )作旋轉運動，同時錐度磁場與液態渣池(3 )和金屬匯流熔池(4)中的電流相互作用將產生微區流動。
2.根據權利要求1所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:所述錐形磁場線圈(10)的錐度可調，使所述錐形磁場線圈(10)內腔中產生的磁場方向與所述結晶器銅內管(13)的軸向在0°、0°角度範圍內變化。
3.根據權利要求2所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:所述自耗電極(I)採用單電極或多電極，同時所述自耗電極(I)採用小截面電極或大截面電極。
4.根據權利要求3所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:所述外部熔煉電源(9)是直流電源、交變電源或調壓調頻交流電源，當採用交變電源或調壓調頻交流電源時，所述自耗電極(I)的末端熔化產生的金屬液膜(15)發生周期性的正反向旋轉流動，並驅動所述自耗電極(I)末端的金屬熔滴(7)作周期性的正反向旋轉運動。
5.根據權利要求1~4中任意一項所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:在所述錐形磁場線圈(10)內腔中產生的錐形磁場的磁力線(16)的方向為沿所述錐形磁場線圈(10)內壁斜向上方向。
6.根據權利要求5所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:所述錐形磁場線圈(10)的口徑小於3000mm。
7.根據權利要求6所述外加磁場的電渣熔鑄裝置，其特徵在於:所述結晶器銅內管(13)的內腔橫截面形狀為圓`形或方形。
【文檔編號】B22D23/10GK203649368SQ201320727046
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】鍾雲波, 李強, 王懷, 鄭天祥, 沈喆, 黃靖文, 任光宇, 任忠鳴 申請人:上海大學, 江蘇瑞博豪泰金屬材料股份有限公司