8 电磁铸造2

Furnace Trough Distribution box
Power supply
Screen Inductor
Transformer Power
Cooling water
Bottom block
Operation platform
Speed control instrument Electrical machinery
Photographs of EMC ingot and the surface of EMC and DCC ingots
EMC
DCC
50mm
Key iss a balance of forces within the liquid metal (Keeping force in balance with the static force of liquid metal column)
100mm
(a)
(b)
Photograph of ingot defect.Ⅰ— Leakage
100mm 100mm
100mm
Photograph of ingot defect.Ⅱ— Transversal corrugation
Photograph of ingot defect.Ⅲ— Longitudinal partial bulge
一机双锭成型实验研究
80 70 60
B /mT
50 40 30 20 10 0 0 50
Photograph of inductor and water jacket for EMC thin slab
100mm
100mm
Photograph of thin slab defect.Ⅰ--Leakage
Photograph of thin slab defect.Ⅱ--Abnormity
铸造速度在薄板EMC中同样起着重 要作用，速度过大会出现左图所示的 拉漏现象。速度过低，液-固界面上 移，液态金属在热顶下部凝固，使铸 锭卡在热顶中不能顺利下拉，出现如 上右图所示的异形锭。浇注温度低或 热顶保温效果不好时，也会使金属液 提前凝固而终止拉坯过程。
100mm
Photograph of EMC thin slab and its cross-section (480×20×850mm)
表面夹杂原因：感应器电流过大或 屏蔽罩位臵不合适时，强烈电磁搅 拌会加剧液穴内的熔体流动，使氧 化膜卷入液穴内形成表面夹杂，如 图所示。合金含量高，熔体精炼不 够时也常会出现这种缺陷。
The optimized technical parameters of EMC and the curve of casting speed-time
Photograph of ingot defect.Ⅳ– Surface slag inclusion
横波纹产生原因：浇注过程中 液位控制不稳，铸速不稳、浇 注速度控制不当、电流的波动 等造成液柱高度的波动，凝固 时就会在液-固界面处产生如 图所示的相互平行的横波纹。
纵向局部凸起：金属液 局部有气泡或夹杂，导 致电磁压力分布不均匀 ，或喷水孔堵塞，使冷 却水分布不均也是造成 该种缺陷的原因。
对 于 截 面尺寸 为 480×20mm 的 的铝薄板来说，其宽厚比n为24， 绝大多数热量从垂直于宽面方向散 失，窄边两侧的传热较弱。从宽边 上来看同样具有两端强中部弱的散 热特点，为此采用中部密、两端疏 的水孔布局，且在窄边上未设水孔 ，如图所示。
薄板的横截面较小，金属液的少量增减 就会引起液柱高度的急剧变化，同时电磁搅 拌引起的金属液流动及浇注时对液柱的冲刷 都会导致液柱塌漏。为减轻浇注金属液对液 柱的冲击、保证液柱的稳定性，铝薄板的电 磁铸造中采用了热顶技术，其基本原理如图 所示，热顶截面上大下小，金属液在热顶上 部铺展开来，浇注时液流变化不会引起液柱 高度的明显波动，同时也缓减了因液流冲击 而造成的塌漏危险。液-固界面以上5-10mm 处液柱仍靠电磁力约束成型，保证了薄板凝 固时的自由表面，电磁场对液相区的作用使 金属内部组织也得到改善。
一机双锭成型实验研究
铝合金材质的底模
（在初始阶段起盛接和冷却熔体的作用）
一机双锭成型实验研究
Locations of magnetic field measurements
水平截面径向上测点分布如图所示，1点为铸锭外表面上点 ，距感应器10mm，11点为铸锭中心点，1至11测点间距依次 为2、4、4、4、6、10、10、15、25、40mm；垂直方向感应 器底边定为z=0处。图中d为屏蔽罩插入深度。
Liquid metal Furnace Screen Inductor Transformer Power Cooling water Bottom block Operation platform Speed control instrument Electrical machinery Trough Power supply
Typical defects during EMC process
塌漏产生原因：1. 液流控制不当，对液 柱产生过大冲击；2. 铸速太快，使凝固 界面下移进入电磁压力不稳定区，电磁 压力小于液柱静压力；3. 浇温高，使初 始段难以控制，液柱过高；4. 电流波动 或其它因素导致液柱晃动而塌漏。
100mm
Effects of casting parameters on ingot formability
100mm 100mm 100mm
Al ingot at high pouring temperature (760℃) 当浇注温度过高时，由于初始 段铸锭中的热量主要靠底模散 失，金属液不易凝固，很难形 成合理的液穴形状，不得不采 用极低的铸速铸造，浇注过程 难以控制；另外，保持液柱形 状的表面张力随浇温升高而降 低，从而使液柱极不稳定。随 金属液柱的增高，当液态金属 的静压力超过电磁压力时，铸 锭将出现四面塌漏现象。
Distribution box
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Inductor current : Height of liquid:
4000-5000A column:30-40mm
Solidification front: 10mm up to bottom of inductor Pouring temperature: 710-730 ℃ Flow rate of cooling water: 3m3/h Casting speed: 0.3-1.5 mm/s
一机双锭成型实验研究
电磁铸造是借助电磁力克服金属液的静压力而实现的 无模铸造法，所得到的铸锭内部组织及表面质量好， 生产效率高，因而发展很快。 美国、瑞士等国铝合金电磁铸造已投入工业性生产。 稳定的工艺、高的生产效率是使EMC技术推向更大规 模工业化的前提。因此，各国在引进EMC专利后都对 单锭的EMC技术进行改进以实现一机多锭。 电磁铸造技术尤其是一机多锭技术在国外均受专利保 护，很难见到详细的文献报道。 我国虽已成功进行了单锭EMC工业性试验，但控制水 平还不十分理想。多锭EMC的研究在国内还是一个空 白。 为早日将EMC技术在我国推广，本研究室进行了一机 双锭的工艺实验，首次在国内实现了直径240mm圆锭 的双锭电磁铸造，为进一步研究多锭EMC技术奠定了 良好的基础。
普通连铸铝合金一机多锭（60根）
普通连铸铝合金一机多锭（72根）
德国Eduard Huck GmbH 公司的铝垂直连铸机
日本Showa Denko生产；该 连铸机每次可以铸造72根坯 料，坯料长度为7.2英尺；每 班两台连铸机生产，日产坯 料180吨，年产坯料4万吨； 采用热顶技术连铸。
一机双锭成型实验研究
Al ingot at low pouring temperature (690℃) 在相同冷却条件下，浇注温 度过低时，铸锭凝固收缩快 ，液态金属的流动性差，液 柱成型和液流分配困难，常 导致金属液在铸锭顶部呈塔 状 堆积而不 得不 终止 EMC 过程。
Al ingot at low height of liquid column 电磁铸造对半悬浮金属液柱有严格 的要求，即适当的高度、垂直的侧 面和稳定的表面。从稳定铸锭截面 考虑，希望液柱高度尽量高，因为 在高液柱条件下，同样流量变化， 引起的铸锭截面变化要小一些。但 增加液柱高度需要加大电磁压力来 维持，这对电源提出了更高要求， 同时也增加了能耗。液柱太低时， 电磁压力大于静压力，铸锭上会产 生较大的圆角，侧面平直度降低， 铸锭形状不规整。
The optimized technical parameters of EMC and the curve of casting speed-time
Steady state
Vc (mm/s)
Transition state
Initial state
t ( s)
Curve of casting speed vs time
EMC apparatus and Al ingots
Ingot
Furnace
Power supply
Transformer Water pump Cooling water pipeline Windlass
EMC apparatus and Al ingots
电磁铸造系统组成
电源系统：KGPS100—25型中频电源，它可 将380V工频交流电经过逆变、整流、滤波和 放大，转换为中频交流电供试验用。其最大 供电功率为100kW，频率为2500Hz，输出端 的中频变压器将中频电源输出的高电压低电 流（额定750V、250A）转换为低电压大电流 （额定47V、8480A）供电磁感应器产生适宜 的电磁场； 成型系统：由电磁感应器、冷却水套和屏蔽罩构成。电磁感应器为导电性 好的单匝水冷铜线圈，产生交变电磁场。屏蔽罩为不锈钢薄板制成，以抑 制液柱顶部磁场获得垂直稳定的金属液柱，冷却水套用环氧树脂板制成， 水套上冷却水孔要有合理的分布； 拉坯系统：拉坯系统采用无级变速电动机带动铸机及底模上下运动，最大 行程为6m，铸速在0～25cm/min范围内任意可调； 熔化和浇注系统：熔炼设备为碳硅棒反射式电阻炉，最大熔化量为300kg， 功率为75kW，浇注系统由流槽、分流槽和浇注控制装臵组成； 工业控制系统：对金属液位、液柱高度、冷却水量和浇注过程等进行检测 与调整。