CN203639530U - 利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，在水冷结晶器的内管的***设置能施加稳恒磁场的磁体，使液固凝固界面区域处于稳恒磁场之下，同时通过调压调频交流电源对液固凝固界面区域的金属熔体施加交变电流，与外加稳恒磁场相互作用，使液态金属受到多方向交变的洛伦兹力的搅拌和激振作用，促使液固凝固界面前沿的液态金属中形成微区流场，使合金熔池形成时而顺时针、时而逆时针微区环流，从而搅拌和激振整个连铸坯的未凝固区域的液态金属，打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶，从而细化连铸坯凝固组织。用于合金钢电渣连铸精炼，能显著细化电渣锭凝固组织，减少电渣铸锭中的径向和轴向偏析。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电渣熔铸工艺装置，特别是一种通过电磁复合作用于金属熔池和铸锭液固界面，而得到优化金属凝固组织的工艺装置。
背景技术
传统电渣连铸工艺是利用电流通过熔渣产生的电阻热把自耗电极逐步熔化滴落在水冷结晶器下方汇聚成金属熔池，并保持金属液不断地通过结晶器冷却作用下，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出的连续铸造工艺过程。电渣连铸金属及合金的过程中，特别是大尺寸合金连铸过程中，由于尺寸原因及冷却条件限制了连铸传热过程，铸坯往往形成粗大的柱状晶或者枝晶，一般来说，铸锭直径越大，液穴越深，局部凝固时间越长，导致的枝晶间距越大；此外，在铸坯中心，由于枝晶的搭桥阻隔，枝晶间的合金液凝固收缩，形成大量的缩孔和缩松，严重中心偏析这将进一步恶化电渣连铸坯的性能，甚至导致大型电渣锭坯的报废。
为解决这一问题，目前电渣连铸工业中常采用两种方法：第一，分体式导电结晶器法，通过重新加热来保证金属熔池中的温度分布均匀，达到减少枝晶间距和中心偏聚的问题。这种方法生产效率低，经济性差，控制误差大。第二，采用外加交变电磁场的电渣熔铸方法，已有的旋转磁场搅拌技术、高频磁场、中频磁场、低频磁场技术等，这些技术均采用交变磁场透过结晶器，感生出交变电流再与交变磁场作用，形成搅拌的洛伦兹力。这些方法的最大问题在于，交变磁场必须透过导热导电性良好的结晶器材料如铜、不锈钢、石墨、铝及其合金等，这将耗费大量的电能，同时要透入到已经凝固的钢坯内部的钢液区域，同样需要耗费大量的电能。这显著增加了生产成本，同时使电磁细化铸坯组织的效率大为降低。
综上，采用目前的电渣连铸工艺无法避免大型电渣连铸锭枝晶粗大，偏析严重等问题，这些缺陷使电渣连铸在大型重熔锭的生产中有很大的局限性。因此，开发更为高效和低能耗的新型电磁激振装置已经成为亟需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，在电渣连铸金属的过程中通过施加与电流方向垂直的多对互成等角磁极产生的静磁场，通过电磁复合作用于金属熔池和铸锭液固界面，而得到优化凝固组织，实现对电渣锭中凝固组织和成分偏析的高效控制。在顺利电渣连铸的情况下，利用新型电磁激振技术，利用调制磁场与电渣重熔中本身的交变电流相互作用，在连铸坯中产生交变洛伦兹力，搅拌凝固界面前沿的液固混溶区，打碎枝晶，形成晶核增殖效应，获得体积分数更大的等轴晶组织或者细化的枝晶组织；同时降低凝固界面前沿的温度梯度，使液穴界面趋于平缓，从而获得轴向生长的电渣重熔连铸坯组织，降低甚至消除成分偏析和中心疏松。
为达到上述目的，本实用新型的构思是：
采用多对互成等角的磁极复合电渣重熔工艺中本身的工频或低频电产生的电磁激振技术来达到顺利生产组织细小，成分均质化的电渣重熔连铸坯。在普通铜模结晶器的外圈设置多对（n≥2）互成等角的永磁铁块环组，保证朝向中心轴线的磁极是N极对S极（或N极对N极交替排布，固定好磁极在不锈钢水冷套中的位置。这样布置的稳恒调制磁场，对于结晶器材料、连铸坯壳而言没有其它电磁技术所涉及的磁屏蔽问题和涡流损耗问题，且稳恒磁场由永久磁铁产生，因此无需消耗任何能耗。将自耗电极端头和出结晶器下部的重熔连铸坯连接至电渣重熔用交变电源，则交变电流可以通过自耗电极、熔融渣液和金属熔池以及凝固的重熔连铸坯构成回路，交变电流流经金属熔池时与永磁铁组块产生的稳恒调制磁场相互作用，使电渣重熔连铸合金熔体受到时而顺时针，时而逆时针变化旋转方向的洛伦兹力，从而打碎金属熔池中凝固界面的树枝晶组织，形成形核质点，扩大等轴晶体积分数；同时进一步降低温度梯度，使液穴趋于平缓，形成内生生长或轴向生长条件，从而可以细化凝固组织，也就可以显著降低合金元素的径向和轴向偏析。
根据以上发明构思，本实用新型采用下述技术方案：
一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，由电渣重熔装置和连铸装置结合而成，包括金属自耗电极、电缆、调压调频交流电源、结晶器、结晶器水冷套、二次水冷喷嘴和连铸引锭机构滚轮，熔融渣液位于结晶器内腔中，形成熔融渣池，在结晶器内的熔融渣池下方的金属熔体凝固形成连铸坯，金属自耗电极和连铸坯皆通过电缆分别连接到调压调频交流电源上，金属自耗电极的底端与熔融渣池相互接触，使金属自耗电极、熔融渣池、金属熔体、连铸坯内的金属液芯、连铸坯和调压调频交流电源依次连通形成交变电流的回路，结晶器水冷套直接对结晶器冷却，结晶器水冷套具有水冷套进水口和水冷套出水口，二次水冷喷嘴喷射的冷却水对连铸二冷区段的连铸坯表面进行冷却，连铸引锭机构滚轮牵引连铸坯，使凝固的连铸坯从结晶器的底端出口拉出，下引抽锭板的抽拉速度为0-1000mm/min。在水冷结晶器的内管的***设置能施加外加稳恒磁场的磁体，使整个金属液和连铸坯的液固凝固界面区域处于外部施加的稳恒磁场的稳恒调制磁力线作用之下，使稳恒调制磁力线的方向与连铸坯的轴向成正交角度设置，同时通过调压调频交流电源对整个液固凝固界面区域的金属熔体施加交变电流，当被通入的交变电流流经整个连铸坯的未凝固区域的液态金属时，与外加稳恒磁场相互作用，使整个连铸坯的未凝固区域的液态金属受到多方向交变的洛伦兹力的搅拌和激振作用，促使液固凝固界面前沿的液态金属中形成微区流场，使合金熔池形成时而顺时针、时而逆时针微区环流，从而搅拌和激振整个连铸坯的未凝固区域的液态金属，打碎整个连铸坯的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶，从而细化连铸坯的凝固组织。
上述磁体为永久磁铁、具有多级磁轭的电磁铁或具有多极的超导磁体。即磁场为多极调制磁场，该磁场由永久磁铁产生，也可由具有多级磁轭的电磁铁产生，还可由具有多极的超导磁体产生，产生的磁感应强度为50-10000mT。
作为本实用新型优选的技术方案，上述磁体至少2组永磁铁块环组构成，相邻组的永磁铁块环组之间呈等角度布局，每组永磁铁块环组产生N极对N极或N极对S极的稳恒调制磁力线，形成外加稳恒磁场，每组永磁铁块环组的磁体轴向与连铸坯轴向之间互相平行或相互形成夹角。
上述相邻组的永磁铁块环组的磁体N极和S极最好交替排布。
上述磁体优选设置于电渣连铸用结晶器的内管的外侧，且设置于结晶器水冷套的内围或结晶器水冷套之中，对结晶器内部产生稳恒磁场。
上述金属自耗电极为单个的单相母电极、至少2个的双相电极或至少32个的三相电极，所用的母合金电极直径为10-3800mm。
作为本实用新型另一种优选的技术方案，结晶器的上方设置合金元素加入口。
作为本实用新型还有一种优选的技术方案，结晶器的上方设置气体保护罩或真空罩。
作为本实用新型还另有一种优选的技术方案，电缆为水冷电缆。
上述结晶器的内管的横截面形状为圆形、方形、板型、非圆且非方的异型截面。结晶器的内管可为直径20-4000mm的圆形、方形或板型。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
1.采用钕铁硼或者电磁铁、超导磁体产生的稳恒调制磁场，可以无障碍穿越结晶器内壁管或铸坯坯壳，不存在附加的能量消耗，如果采用永久磁铁，则可以实现零能耗；这相对于传统的交变磁场而言，可以显著降低电能消耗；
2.多极稳恒调制磁场与流经母电极、液渣池和液态金属熔池的交变电流相互作用，产生多方向的交变洛伦兹力，使电渣连铸坯液穴固液界面受强烈的电磁激振，打碎固液界面前沿的枝晶，同时促进结晶器壁的激冷晶核脱落形成晶核增殖效应，提高形核速率，则能细化枝晶或提高等轴晶比率；由于产生的洛伦兹力为多个方向，将形成微区流动，从而使液态渣池和液态金属熔池中的温度更为均匀，从而降低温度梯度，为内生形核创造条件，这将有助于等轴晶的形成；此外，这种微区流动形成的温度均匀化效应，将使固液界面更为平直，从而有望获得近乎轴向生长的枝晶或柱状晶组织，对提高电渣锭的变形性能更为有利；
3.本装置用于大型电渣锭的凝固控制过程，有望显著细化枝晶间距，提高等轴晶比例，同时还将使成分更为均匀，降低偏析；对莱氏体钢而言，还有望细化碳化物尺寸，因此对提升其锻造性能极为有利；
4.本装置采用抽锭式多级调制磁场下电渣重熔技术，因此可以制备出长尺寸的全等轴晶或者显著细化枝晶的电渣锭。
5.其特征在于不但可以获得细化的枝晶组织或等轴晶组织，还可以获得全等轴晶的长尺寸连铸电渣锭，还可以获得结晶方向呈轴向生长的电渣锭坯，也可以用于细化钢中的碳化物或者其他微观相组织，大大提升电渣锭坯的变形性能。
6.本发明装置使用的合金以为各种合金牌号的合金钢、轴承钢、钛合金、铜合金、高温合金以及所有适合电渣熔铸的合金。
附图说明
图1是本实用新型实施例一复合电渣熔铸装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例一的磁极排布及连铸坯液穴固液界面区域处微区流动示意图。
图3是本实用新型实施例一是图2显示的状态经历半周期后的连铸坯液穴固液界面区域处微区流动示意图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1~图3，一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，由电渣重熔装置和连铸装置结合而成，包括金属自耗电极1、电缆12、调压调频交流电源4、结晶器2、结晶器水冷套11、二次水冷喷嘴8和连铸引锭机构滚轮9，熔融渣液位于结晶器2内腔中，形成熔融渣池6，采用的渣系与电渣熔炼钢种所匹配的相应渣系，在结晶器2内的熔融渣池6下方的金属熔体凝固形成连铸坯5，金属自耗电极1和连铸坯5皆通过电缆12 分别连接到调压调频交流电源4上，金属自耗电极1的底端与熔融渣池6相互接触，金属自耗电极1为单个的单相母电极，使金属自耗电极1、熔融渣池6、金属熔体、连铸坯5内的金属液芯、连铸坯5和调压调频交流电源4依次连通形成交变电流的回路，结晶器水冷套11直接对结晶器2冷却，结晶器水冷套11具有水冷套进水口7和水冷套出水口10，二次水冷喷嘴8喷射的冷却水对连铸二冷区段的连铸坯5表面进行冷却，连铸引锭机构滚轮9牵引连铸坯5，使凝固的连铸坯5从结晶器2的底端出口拉出，在水冷结晶器2的内管的***设置能施加外加稳恒磁场的磁体3，使整个金属液和连铸坯5的液固凝固界面14区域处于外部施加的稳恒磁场的稳恒调制磁力线17作用之下，使稳恒调制磁力线17的方向与连铸坯的5轴向成正交角度设置，同时通过调压调频交流电源4对整个液固凝固界面14区域的金属熔体施加交变电流，当被通入的交变电流流经整个连铸坯5的未凝固区域的液态金属时，与外加稳恒磁场相互作用，使整个连铸坯5的未凝固区域的液态金属受到多方向交变的洛伦兹力15的搅拌和激振作用，促使液固凝固界面14前沿的液态金属中形成微区流场16，使合金熔池形成时而顺时针、时而逆时针微区环流，从而搅拌和激振整个连铸坯5的未凝固区域的液态金属，打碎整个连铸坯5的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶13，从而细化连铸坯5的凝固组织。磁体3由3组永磁铁块环组构成，形成低能耗高效的电磁激振装置，相邻组的永磁铁块环组之间呈等角度布局，每组永磁铁块环组产生N极对S极的稳恒调制磁力线17，形成外加稳恒磁场，每组永磁铁块环组的磁体轴向与连铸坯5轴向之间互相平行，相邻组的永磁铁块环组的磁体N极和S极交替排布。磁体3设置于电渣连铸用结晶器2的内管的外侧，且设置于结晶器水冷套11的内围，对结晶器2内部产生稳恒磁场，以获得细小的柱状晶或趋于等轴化的的凝固组织，以减少偏析。本复合电渣熔铸装置特点是在水冷铜模结晶器的***设置多对（n≥2互成等角的调制磁极、与电渣熔炼的交流电复合产生多向振荡洛伦兹力和形成微区流动，来强化和控制电渣锭的形核和组织形成过程。可用于合金钢电渣连铸精炼，能显著细化电渣锭凝固组织，甚至获得全等轴晶电渣锭，减少电渣铸锭中的径向和轴向偏析,提高电渣锭的变形性能，复合连续抽锭过程可以制备出长尺寸、晶粒细化、成分均匀的长尺寸电渣锭坯。
在本实施例中，采用多对互成等角磁极排布，在电渣连铸用水冷铜模的结晶器2的结晶器水冷套11内，利用交变电流复合调制磁场产生电磁激振，以电渣连铸出凝固组织细小均匀、偏析小、趋于等轴化的电渣连铸坯。具体操作步骤如下：
1.将预熔渣加入水冷的结晶器2中；
2.将待精炼的金属自耗电极1***结晶器2的固态预熔渣中；
3.将金属自耗电极1和结晶器2底部的引出连铸坯5用电缆分别连接外接电源的电流输出端；
4.采用数量n≥2组的永磁铁块环组，放置于电渣连铸用结晶器2铜模外侧和水冷套的内围，用于对结晶器2内部产生稳恒调制磁场，磁场与连铸坯5的轴向成正交；永磁铁块环组产生N极和S极交替排布的稳恒调制磁力线17；永磁铁块环组还可采用N极对N极的配置；每对永磁铁块环组的磁体的轴向可以平行，也可以成0-180°的角度
5.调整磁场、电极、电渣铸锭的相对位置，以确保电渣连铸坯的液穴固液界面位于稳恒调制磁场区域中；
6.控制电渣熔炼电流，当其产生的热量将合金钢电极棒逐滴熔化后，控制磁场强度，利用恒定磁场与交变电流相互作用产生的振荡洛仑兹力15，打碎液固凝固界面14处的枝晶和促使结晶器壁周围的晶核脱落，形成晶核增殖效应，细化电渣铸坯的凝固组织，减小偏析；
7.随着金属自耗电极1的熔化以及电渣连铸坯的由下往上生长，及时合理调整下拉牵引装置的下拉速度，以保证固液界面的凝固过程均处于稳恒调制磁场区域中。
在本实施例中，参见图1，将待金属自耗电极1与备好的连铸坯5分别接入调压调频交流电源4中。将结晶器2、待金属自耗电极1的熔化端置于稳恒调制磁场中，其中稳恒调制磁场产生的磁场强度为1000mT，方向垂直于金属自耗电极1的轴向。在本实施例中，以60%CaF2，20%CaO，20%Al2O3作为预熔渣成分，金属自耗电极1的直径为250mm，长度为1500mm，结晶器2的内孔直径为320mm。将金属自耗电极1与连铸坯5一同接入到调压调频交流电源4中，可为工频交流电源或调压调频交流电源，上述调压调频交流电源4可以被直流电源代替，其电流强度为200-20000A，频率为0.01-3000Hz。预先调节结晶器水冷套11中的水压为200L/h，将已熔好的熔融渣浇入结晶器2中，调下金属自耗电极1使其浸没在熔融渣池6的液态渣料中，调节金属自耗电极1、熔融渣池6、连铸坯5中的回路电流使其达到3000A，频率为50Hz，交变电流通过金属自耗电极1与熔融渣池6接触时产生大量的焦耳热，待熔融渣池6内温度达到金属自耗电极1熔点时，金属自耗电极1的前端开始熔化。熔化的金属液滴穿过熔融渣池6，达到已凝固的连铸坯5底部被结晶器水冷套11和二次水冷喷嘴8强制水冷凝固，调节引锭机构滚轮9转速稳定电渣连铸过程。此时三对互成60。的永磁铁块环组产生稳恒磁场，参见图2，将磁场的中心始终对准正在凝固的液固凝固界面14部分，磁力线17和交变电流垂直，并产生交变的洛伦兹力15。在1000mT时交变电流流经连铸坯5时，进一步与外加的磁力线17作用，在凝固前沿形成巨大的洛伦兹力 15，促使凝固界面前沿形成微区流场16，使合金熔池形成时而顺时针，时而逆时针微区环流，搅拌合金熔池，打碎合金熔体中液固凝固界面14前沿的树枝晶13，震落结晶器2内壁处的激冷晶核，形成晶核增殖效应，微区流场16还能降低液固凝固界面14处的温度梯度，甚至形成内生生长条件，有利于获得大体积分数或全等轴晶的凝固组织，使连铸坯5组织细化和均匀化，同时成分偏析程度将显著降低甚至消除。随着引锭机构滚轮9的往下牵引，可以获得全等轴晶或者枝晶显著细化的连铸坯5。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，结晶器2的上方设置合金元素加入口，与利用多级调制磁场来强化合金元素的均匀化过程相协同，来有效控制连铸坯5的组织，并精确调整金属的合金元素组成，达到细化均匀化晶粒的同时，对合金成分进行精确微调。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，在结晶器2的上方设置气体保护罩或真空罩，防止合金元素氧化，防止电渣铸锭中氧含量的增高，来提高连铸坯5的质量，并便于通入合适的气氛以熔炼出具有特殊成分的电渣锭。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，电缆12为水冷电缆，可以保证电缆正常工作，防止电流回路发生断路。
上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本实用新型点利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置的结构和构造原理，都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，由电渣重熔装置和连铸装置结合而成，包括金属自耗电极（1）、电缆(12)、调压调频交流电源（4）、结晶器（2）、结晶器水冷套（11）、二次水冷喷嘴（8）和连铸引锭机构滚轮（9），熔融渣液位于结晶器（2）内腔中，形成熔融渣池（6），在结晶器（2）内的熔融渣池（6）下方的金属熔体凝固形成连铸坯（5），金属自耗电极（1）和连铸坯（5）皆通过所述电缆(12) 分别连接到所述调压调频交流电源(4)上，所述金属自耗电极（1）的底端与熔融渣池（6）相互接触，使金属自耗电极（1）、熔融渣池（6）、金属熔体、连铸坯（5）内的金属液芯、连铸坯（5）和所述调压调频交流电源(4)依次连通形成交变电流的回路，所述结晶器水冷套（11）直接对结晶器（2）冷却，所述结晶器水冷套（11）具有水冷套进水口（7）和水冷套出水口（10），所述二次水冷喷嘴（8）喷射的冷却水对连铸二冷区段的连铸坯（5）表面进行冷却，连铸引锭机构滚轮（9）牵引连铸坯（5），使凝固的连铸坯（5）从所述结晶器（2）的底端出口拉出，其特征在于：在所述水冷结晶器（2）的内管的***设置能施加外加稳恒磁场的磁体（3），使整个金属液和连铸坯（5）的液固凝固界面（14）区域处于外部施加的稳恒磁场的稳恒调制磁力线（17）作用之下，使稳恒调制磁力线（17）的方向与连铸坯的（5）轴向成正交角度设置，同时通过所述调压调频交流电源（4）对整个液固凝固界面（14）区域的金属熔体施加交变电流，当被通入的交变电流流经整个连铸坯（5）的未凝固区域的液态金属时，与外加稳恒磁场相互作用，使整个连铸坯（5）的未凝固区域的液态金属受到多方向交变的洛伦兹力（15）的搅拌和激振作用，促使液固凝固界面（14）前沿的液态金属中形成微区流场（16），使合金熔池形成时而顺时针、时而逆时针微区环流，从而搅拌和激振整个连铸坯（5）的未凝固区域的液态金属，打碎整个连铸坯（5）的未凝固区域的液态金属的凝固前沿的树枝晶（13），从而细化连铸坯（5）的凝固组织。
2.根据权利要求1所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述磁体（3）为永久磁铁、具有多级磁轭的电磁铁或具有多极的超导磁体。
3.根据权利要求2所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述磁体（3）至少2组永磁铁块环组构成，相邻组的永磁铁块环组之间呈等角度布局，每组永磁铁块环组产生N极对N极或N极对S极的稳恒调制磁力线（17），形成外加稳恒磁场，每组永磁铁块环组的磁体轴向与连铸坯（5）轴向之间互相平行或相互形成夹角。
4.根据权利要求3所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：相邻组的永磁铁块环组的磁体（3）N极和S极交替排布。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述磁体（3）设置于电渣连铸用所述结晶器（2）的内管的外侧，且设置于所述结晶器水冷套（11）的内围或所述结晶器水冷套（11）之中，对所述结晶器（2）内部产生稳恒磁场。
6.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述金属自耗电极（1）为单个的单相母电极、至少2个的双相电极或至少2个的三相电极。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述结晶器（2）的上方设置合金元素加入口。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述结晶器（2）的上方设置气体保护罩或真空罩。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述电缆(12)为水冷电缆。
10.根据权利要求1～4中任意一项所述的利用稳恒磁场优化金属凝固组织的复合电渣熔铸装置，其特征在于：所述结晶器（2）的内管的横截面形状为圆形、方形、板型、非圆且非方的异型截面。
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| CN104388689A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种电磁复合控制电渣重熔细晶铸造方法及装置 |
| CN104785739A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-22 | 上海大学 | 在稳态磁场条件下连铸过程二次冷却区晶粒细化的方法及装置 |
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| CN109909464A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-21 | 东北大学 | 一种具有骨架结构的高透磁高导热结晶器内套 |
| CN110499426A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-26 | 河钢股份有限公司 | 一种电磁控制电渣精炼高端轴承钢的装置及方法 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016011759A1 (zh) * | 2014-07-21 | 2016-01-28 | 中国科学院金属研究所 | 一种钢锭超高温软芯锻造方法 |
| CN104388689A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-04 | 中国科学院金属研究所 | 一种电磁复合控制电渣重熔细晶铸造方法及装置 |
| CN104827007A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-08-12 | 上海大学 | 大型均匀组织合金锭的连铸制备方法及磁控电渣连铸装置 |
| CN104785739A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-22 | 上海大学 | 在稳态磁场条件下连铸过程二次冷却区晶粒细化的方法及装置 |
| CN109909464A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-21 | 东北大学 | 一种具有骨架结构的高透磁高导热结晶器内套 |
| CN110499426A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-26 | 河钢股份有限公司 | 一种电磁控制电渣精炼高端轴承钢的装置及方法 |
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