工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响

D0I:10.13374/j.issm1001053x.2000.01.030 第22卷第1期 北京科技大学学报 Vol.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 工艺因素对电渣感应连续定向 疑固过程稳定性的影响 常国威) 袁军平)王自东)吴春京》王新华) 胡汉起) 1)北京科技大学冶金学院，北京1000832)广州有色金属研究院，广州5106513)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响，结果指出，固液界面位 置是衡量其稳定性的一个重要指标，工艺因素通过它对稳定性产生影响，正锥度的结晶器型腔 以及结晶器壁内的温度分布与温度梯度是下拉法连续定向凝固稳定进行的关键， 关键词定向凝固：连续铸造：电渣重熔 分类号TG249.7 在各种连续定向凝固方法中下拉法的优点 意义的，但是下拉法连续定向凝固主要是防止 最多.但是，其凝固是在脱离结晶器的瞬间进 拉漏，当判断出固液界面位于结晶器出口时，铸 行，极易拉漏，几乎使凝固过程无法操作.尽管 锭边缘处的固液界面已经离开结晶器而出现拉 对其凝固过程的稳定性曾经进行过比较详细的 漏现象.为此定义结晶器内壁上固相与液相金 研究，但仍解决不了根本问题.所以在这种方 属交界处为固液界面的位置， 法出现不久就被其发明人所抛弃.针对这个问 如果固液界面位置靠近结晶器入口，则容 题，作者研制了下拉法电渣感应连续定向凝固 易出现冻死而无法牵引或拉断或结晶器内壁刮 方法，并对电流作用下的凝固行为进行探讨， 伤铸锭表面的现象.如果固液界面在结晶器的 使这种新的方法重新获得应用. 出口以外，又极易拉漏，所以理想的固液界面位 连续定向凝固的稳定性包含凝固过程的稳 置应该位于结晶器内，并且接近结晶器出口处. 定性和凝固组织的稳定性.过程稳定性是组织 确定固液界面位置的常规方法是用探针直 稳定性的保证，因此过程稳定性研究显得更为 接探测，但这种方法对于电渣感应连续定向凝 重要，关于凝固组织的稳定性，将在另文报道， 固则无法使用.其原因是在该装置的上方有石 固液界面的位置反映凝固过程的稳定性， 墨电极、自耗电极、特别是有高温熔渣的存在， 工艺因素通过固液界面位置而影响其稳定性. 操作空间、探针材料均受到限制. 故本文通过工艺因素对固液界面位置的影响来 研究中采用结晶器壁内靠近结晶器内壁的 研究凝固过程的稳定性， 温度分布（结晶器壁内的温度分布容易且随时 可得)，用它与金属或合金的熔化点进行对照， 1固液界面位置的定义、理想固液 得到一个近似的固液界面位置，尽管不十分准 界面位置及确定方法 确，但仍是一个比较好的方法.其最大的特点是 可以随时对固液界面位置进行监测. 在一般的连续定向凝固方法中，固液界面 在结晶器型腔内的位置并不是一个固定的数 2实验方法 值.为了处理上的方便，仍希望能用一个固定的 数值来表示，这样存在一个确定标准的问题，如 实验是自制的电渣感应连续定向凝固实验 果以中心处为标准，对于防止冻死或拉断是有 装置上进行的.改变加热结晶器用石墨的结构 与外形，来调整结晶器内的温度情况；改变凝固 1999-09-20收稿常国威男，39岁，副教授，博士后 初期自耗电极的熔化量，调整坩埚内金属压头 *冶金部应用基础研究资助项目No.BJ96-02-11)

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ， 工 艺 因 素 对 电渣 感 应 连 续 定 向 凝 固 过 程 稳 定 性 的影 响 常国威 ” 袁军平 ， 北京科技大学冶金学 院 ，北京 王 自东 ” 吴春京 ” 王新 华 ‘， 胡汉起 ” 广 州有色金属 研究 院 ，广 州 北京科技大学材料科学与工程学 院 ， 北京 摘 要 研 究 了工 艺 因 素对 电渣感应连续定 向凝 固过程稳 定性 的影 响 结果指 出 ， 固液界面位 置 是衡 量其稳 定性 的一个 重要指标 ， 工 艺 因素通过它 对稳 定性产 生影 响 ， 正锥度 的结 晶器型腔 以及 结 晶器壁 内的温度分布与温度梯度是 下 拉法连续定 向凝 固稳定进行 的关键 关键词 定 向凝 固 连续铸造 电渣 重熔 分 类号 在 各种连续 定 向凝 固方 法 中下 拉法 的优 点 最 多 但 是 ， 其凝 固是 在 脱 离结 晶器 的 瞬 间进 行 ， 极易 拉 漏 ， 几 乎使凝 固过程 无法操作 尽 管 对其凝 固过程 的稳 定 性 曾经进行过 比较详细 的 研 究 〔 ， 但仍 解 决不 了根本 问题 所 以在这种方 法 出现不 久 就被其发 明人所 抛弃 〔 针对这个 问 题 ， 作者研制 了 下 拉法 电渣感应连续 定 向凝 固 方法 ， 并对 电流作用 下 的凝 固行为进行探讨 “ ，， 使这种新 的方 法 重 新获 得应用 连续 定 向凝 固的稳 定性包含凝 固过程 的稳 定 性和 凝 固组 织 的稳 定性 过程稳 定性 是 组织 稳 定性 的保证 ， 因此过 程稳 定 性研 究显 得更 为 重 要 关 于 凝 固组织 的稳 定性 ， 将在 另 文报道 固液 界 面 的位 置 反 映凝 固过程 的稳 定 性 ， 工 艺 因 素 通 过 固液 界 面 位 置 而 影 响其 稳 定 性 故 本文 通过 工 艺 因 素对 固液界 面位 置 的影 响来 研 究凝 固过程 的稳 定 性 固 液界 面位置 的定 义 、 理想 固 液 界 面 位置 及 确定方 法 在 一 般 的连续 定 向凝 固方法 中 ， 固液 界 面 在 结 晶 器 型 腔 内的 位 置 并 不 是 一 个 固 定 的数 值 为了处 理上 的方便 ， 仍希望 能用 一个 固定 的 数值来表 示 ， 这样 存在 一 个确 定 标准 的 问题 如 果 以 中心 处 为标准 ， 对 于 防止冻 死或 拉 断 是 有 一 一 收稿 常 国威 男 ， 岁 ， 副教授 ， 博 士 后 冶金 部应用基础 研 究 资助项 目 。 一 一 意 义 的 ， 但是 下 拉法 连续定 向凝 固主 要 是 防止 拉漏 ， 当判 断 出 固液界面位于 结 晶器 出 口 时 ， 铸 锭边缘处 的固液界面 己经离开结 晶器而 出现拉 漏 现 象 为此定 义 结 晶器 内壁上 固相 与液相 金 属 交界 处 为 固液 界面 的位置 如 果 固液 界 面 位置 靠近 结 晶器入 口 ， 则 容 易 出现冻 死而无法牵引 或拉 断或 结 晶器 内壁刮 伤铸锭表 面 的现象 如 果 固液界 面在 结 晶器 的 出 口 以外 ， 又极 易拉漏 所 以理想 的 固液界面位 置 应该位 于 结 晶器 内 ， 并且接近结 晶器 出 口 处 确 定 固液界面位置 的常规方法 是用探针直 接 探测 ， 但 这种方法对 于 电渣感应连续定 向凝 固则 无法使用 ， 其 原 因 是在该装 置 的上方有石 墨 电极 、 自耗 电极 、 特别 是 有高温熔渣 的存在 ， 操 作 空 间 、 探针材料均受到 限制 研 究 中采用 结 晶器壁 内靠近结 晶器 内壁 的 温度 分布 结 晶器壁 内的温度 分布容 易且 随 时 可 得 ， 用它 与金 属 或合金 的熔化 点进行对照 ， 得 到 一个近 似 的 固液界 面位 置 ， 尽管 不 十 分准 确 ， 但 仍是 一个 比较好 的方法 ， 其最 大 的特 点是 可 以 随 时对 固液界 面位置 进行监测 实验 方 法 实验 是 自制 的 电渣感应连续定 向凝 固 实验 装置‘ 上进行 的 改变加热结 晶器用石 墨 的结构 与外 形 ， 来调 整 结 晶器 内的温度情况 改变凝 固 初 期 自耗 电极 的熔化量 ， 调 整增祸 内金 属 压 头 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．01．030

·20· 北京科技大学学报 2000年第1期 的大小；改变电流密度I、冷却水量Q、冷却距离 也将失去意义.所以适当地控制结晶器壁内的 (喷水区上沿到结晶器出口)儿，、牵引速度V,考察 温度分布及温度梯度，对于将固液界面位置控 它们对固液界面的影响，加热用石墨电极为中 制在靠近结晶器的出口，同时又能缩小固液两 20mm,自耗电极为Φ20mm,铸锭为Φ10mm,渣系 相区都具有重要的意义， 为(w/%)CaF:AlO,-70:30t.利用确定的工艺参 结晶器壁内的温度分布与温度梯度的调整 数，对纯铜、Cu5%A1合金、QA19-4合金及铸铁 方法和结果如图2、图3所示.结果表明，通过对 进行连续定向凝固实验， 结晶器结构、外形及感应圈的位置的变化，基本 上可以达到所要求的温度分布与温度梯度 3实验结果与分析 测温A 31结晶器壁内温度分布与温度梯度的影响 如果忽略金属熔体与结晶器壁之间的界面 换热系数，由固液界面位置的定义可知，固液界 H1300r(A) (B) 面的位置与结晶器壁内温度等于合金熔化点的 位置是一致的.这样结晶器壁内在轴向上的温 1200 度分布对固液界面的位置起决定性的作用. ÷1100 结晶器壁内的温度分布与所对应的固液界 A 面位置如图1所示，由温度分布曲线与合金固 1000F B 相线温度的交点，可得固液界面的位置，同时还 900L 可以确定出轴向上固液两相区的大小，图中结 -35-30-25-20-15-10-50 晶器壁内的温度分布曲线是距结晶器内壁2mm H/mm 处的温度，它与同高度上金属的温度肯定存在 图2感应圈位置与其结晶器壁内的温度分布 Fig.2 Effect of the position of inductor coil on the model 一定的差值，一般的情况下这里的温度会略低， wall temperature distribution 由此而确定出的固液界面位置会略有些偏靠结 注：H=0为结晶器的出口，负号表示结晶器出口以上 晶器的入口. 感应圈 从图中还可以看出，当结晶器入口的温度 温点 基本不变时，结晶器壁内在轴向上的温度梯度 愈大，固液界面的位置愈靠近结晶器的入口，同 时固液两相区的宽度也相对变窄，这对于获得 100r(A) (B) 良好的凝固组织是有利的.如果结品器壁内轴 80 向上的温度梯度过小，显然有益于固液界面位 60 置靠近结晶器的出口，但是固液两相区会过宽， 三 40 1400 结品器壁内 20 1200 0 1000 B QA194合金的熔点 结晶器外形 800- 图3结晶器结构外形与其内部的温度梯度 600 Fig.3 Effect of the model shape on the temperature dis- 400 tribution in the model -40-30-20-100 3.2金属熔体压头的影响 H/mm 图1结晶器壁内的温度分布与对应的固液界面高度 用坩埚内金属熔体的深度hm来表示金属 Fig.1 Temperature distribution in the model wall corre- 熔体压头的大小，则固液界面高度与hm成正比. sponding to the solid-liquid interface position 电渣感应连续定向凝固过程中主要热源为熔 注：H=0为结晶器的出口，H=-40mm为结晶器的入 渣，hm大时，金属熔体量大，熔渣对金属熔体的 口

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 的大 小 改变 电流 密 度 、 冷 却 水 量 、 冷却 距 离 喷水 区 上沿 到 结 晶器 出 口 、 牵 引速度 ， 考 察 它 们 对 固液 界 面 的影 响 加 热 用 石 墨 电极 为中 ， 自耗 电极 为中 ， 铸锭 为中 ， 渣 系 为 一 『 利 用 确 定 的工 艺 参 数 ， 对纯 铜 、 合 金 、 一 合金及 铸铁 进 行 连 续 定 向凝 固 实验 实验 结 果 与分 析 结 晶 器 壁 内温 度分 布 与温 度 梯 度 的 影 响 如 果 忽 略 金属 熔体 与结 晶器 壁之 间 的界 面 换 热 系数 ， 由 固液界面 位 置 的定义 可知 ， 固液 界 面 的位置 与结 晶器壁 内温度 等 于 合金熔化 点 的 位 置 是 一 致 的 ， 这 样 结 晶器壁 内在 轴 向上 的温 度 分 布 对 固液 界 面 的位 置起 决 定 性 的 作用 结 晶器 壁 内的温度分 布 与所对应 的固液 界 面 位 置 如 图 所 示 由温度 分 布 曲线 与合 金 固 相 线温度 的交 点 ， 可 得 固液界 面 的位置 ， 同 时还 可 以确 定 出轴 向 匕固液两 相 区 的大 小 图 中结 晶器壁 内的温度分布 曲线 是距 结 晶器 内壁 处 的温度 ， 它 与 同 高度 上 金属 的温度 肯定 存 在 一 定 的差 值 ， 一 般 的情 况 下 这 里 的温度 会 略低 ， 由此而 确 定 出 的 固液界 面位 置 会 略 有些偏靠 结 晶器 的入 口 从 图 中还 可 以看 出 ， 当结 晶器入 口 的温度 基 本 不 变 时 ， 结 晶 器壁 内在 轴 向上 的温度梯 度 愈 大 ， 固液界面 的位置 愈 靠近 结 晶器 的入 口 ， 同 时 固液两 相 区 的宽度 也 相 对 变 窄 ， 这 对 于 获得 良好 的凝 固组 织 是 有 利 的 如 果 结 晶器壁 内轴 向上 的温度 梯 度 过 小 ， 显 然 有 益 于 固液 界 面 位 置 靠 近结 晶器 的 出 口 ， 但 是 固液两 相 区 会 过宽 ， 也 将 失 去 意 义 ， 所 以适 当 地控 制 结 晶器 壁 内的 温 度 分 布及 温度梯 度 ， 对 于 将 固液 界 面 位 置 控 制在 靠近 结 晶器 的 出 口 ， 同 时又 能缩 小 固液 两 相 区 都 具 有 重 要 的意义 结 晶器壁 内的温度分布 与温度 梯度 的调 整 方法 和 结 果 如 图 、 图 所示 结 果表 明 ， 通过对 结 晶器 结构 、 外 形及 感应 圈 的位置 的变化 ， 基本 上 可 以达 到 所 要 求 的温度 分 布 与温度梯 度 …雇「 显 尽 卜 八曰 月 尸、 一一 一一一从一一一‘ 一 一 一 一 一 一 一 一 图 感应 圈位置 与其 结 晶 器 壁 内的温 度 分 布 · 注 一 为 结 晶 器 的 出 口 ， 负号 表 示 结 晶 器 出口 以 上 感应 圈 丈 ︵日。 · 尸︾匀 结晶器壁 内 外 一 合金的熔点 一一一一‘ － 一一 ‘ 一 一 一 一一 结 晶器外 形 图 结 晶 器 结 构 外 形 与其 内部的温 度梯 度 · 枯 图 结 晶 器 壁 内 的温 度 分 布 与 对 应 的 固 液 界 面 高度 一 注 一 为 结 晶 器 的 出 口 ， 一 一 为 结 晶 器 的 入 口 金 属 熔 体压 头 的 影 响 用 增 锅 内金 属 熔 体 的深 度 来 表 示 金 属 熔体压头 的大 小 ，则 固液界面 高度 与 成 正 比 电渣 感应 连 续 定 向凝 固过 程 中主 要 热源 为熔 渣 ， 大 时 ， 金属 熔体 量大 ， 熔渣对 金属熔体 的

Vol.22 No.1 常国威等：工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响 21· 加热能力相对减小，固液界面上移，反之则固液 慢：牵引速度的变化不改变系统内热量增减，牵 界面降低.实验发现，对于铸铁而言，当h>15 引速度的增加固液界面的位置随之而下降，同 mm时容易冻结，当h.20mm时易冻结，h.<5mm时 器壁的温度升高，加剧固液界面的下移，这些变 易出现拉漏.对于上述2种合金而言，稳定的金 化规律，对于定量地理解单个因素的作用、特别 属熔体压头分别为10mm与15mm. 是对于那些导热系数小的合金来说，具有重要 3.3其他工艺参数的影响 的指导意义. 各工艺参数对不同铸造合金固液界面位置 图4与图5的结果还表明，所铸造材料不 的影响如图4、图5所示.这组曲线反映了工艺 同时固液界面位置的变化规律基本一致，只是 因素对固液界面位置的影响趋势.从图中可以 具体的数据不同. 看出，4个因素对固液界面位置的影响都比较 利用确定的工艺参数，对纯铜、Cu-5%A1合 敏感，如果按对固液界面位置影响的强烈程度 金、QI9-4合金及铸铁进行连续定向凝固实验， 排列的话，首先为冷却距离，其次为电流密度， 其结果如图6所示.可以看出，电渣感应连续定 再次为牵引速度，最后为喷水量，分析认为，冷 向凝固方法可稳定地进行各种合金的连续定向 却距离愈小冷却强度愈大，金属及结晶器壁内 凝固. 的热量快速被已经凝固的固相传出，固液界面 3.4正锥形结晶器与其中的温度梯度使下拉法 被迫上移：与此相反，电流是使系统温度升高的 连续定向凝固获得生命力 因素，使固液界面下移；冷却水与铸锭之间的换 采用正锥形结晶器，并在结晶器壁内形成 热系数与喷水量Q的23次方成正比阿，当冷却 一个比较合适的温度梯度，这样固液界面的位 水量达到一定程度后，冷却能力的增加变得缓 置也就自动地位于结晶器壁内的温度等于金属 18r(a) (b) 35(c) 18 (d) 18r 16 16 30 16 12 12 20 12 8 10 ww/H 8 0 0 0 01 0100200300 40080012001400 102030 40 0.20.40.60.80.9 I/(A.cm) 2/L.h) :/mm V/(mm.s 图4工艺参数对QA19-4电渣感应连续定向凝固中固液界面高度H的影响 Fig.4 Effect of craft parameters on height of solid-liquid interface in the electro-slag induction continue unidirectional soli difieation process of QAl9-4 (a)Q-1200L-h,l=20mm,-=0.24mms':(b)=100A,l,=20mm,V=0.24mms'(c)0=1200Lh,=100A, 25E (d) 40r (a) 26r(b) 405(c) 35 20 22 30 15 25 是 10 18 15 20 5 14 10 100200300400 60010001400 152530 1.0 2.03.03.5 I/A.cm) /Lh) (:/mm V/(mm.s-) 图5工艺参数对铸铁电渣感应连续定向凝固过程中固液界面高度H的影响 Fig.5 Effect of craft parameters on height of solid-liquid interface in the electro-slag induction continue unidirectional solidification process of cast iron (a)2-1000L-h,l=15mm,-0.15mms;(b)=300A,l=15mm,=0.15mms';c)0=1000Lh,I=300A, V-0.15mms';(d)2-1000Lb',l-20mm,1=300A(注：H=0为结晶器的出口位置)

常 国威 等 工 艺 因 素对 电渣 感 应连续 定 向凝 固过程稳 定性 的影响 加 热 能 力相 对减 小 ， 固液界 面 上移 ， 反 之 则 固液 界 面 降低 实验 发 现 ， 对 于铸 铁而 言 ， 当 时 容易 冻 结 ， 当 时 则容 易 拉漏 在 一 合 金 中 时 易 冻 结 ， 二 时 易 出现拉漏 对 于 上 述 种 合 金而 言 ， 稳定 的金 属 熔 体压 头 分 别 为 与 其 他 工 艺 参 数 的 影 响 各 工 艺 参数对 不 同铸造合 金 固液 界 面 位 置 的影 响 如 图 、 图 所 示 这 组 曲线 反 映 了工 艺 因素 对 固液界 面 位 置 的影 响趋势 从 图 中可 以 看 出 ， 个 因 素 对 固液 界 面 位 置 的影 响 都 比较 敏 感 ， 如 果 按 对 固液 界 面 位 置 影 响 的 强 烈 程 度 排 列 的话 ， 首 先 为冷 却 距 离 ， 其次 为 电流 密度 ， 再 次 为牵 引速度 ， 最 后 为 喷水 量 分 析 认 为 ， 冷 却 距 离 愈 小冷 却 强度 愈 大 ， 金 属 及 结 晶 器 壁 内 的热 量 快 速被 已 经 凝 固 的 固相 传 出 ， 固液 界 面 被迫 上移 与此 相 反 ， 电流 是 使系 统温度 升 高 的 因素 ， 使 固液界 面 下 移 冷却 水 与铸锭之 间 的换 热 系数 与 喷 水 量 的 次 方 成 正 比〔 ， 当冷 却 水 量 达 到 一 定 程度 后 ， 冷 却 能 力 的增加 变 得 缓 慢 牵 引速度 的变化不 改变系统 内热 量增 减 ， 牵 引速度 的增 加 固液 界 面 的位 置 随之 而 下 降 ， 同 时 它 也 会使 高温 的金属 熔体 向下 流 动 ， 使 结 晶 器壁 的温度升 高 ， 加 剧 固液界 面 的下 移 这 些变 化 规律 ， 对 于 定量 地理解单个 因素 的作用 、 特别 是对 于 那 些 导 热 系数 小 的合 金来 说 ， 具 有 重要 的指 导 意 义 图 与 图 的结 果 还表 明 ， 所 铸 造材 料 不 同 时 固液 界 面 位 置 的变 化规 律 基 本一 致 ， 只 是 具 体 的数据 不 同 利用 确 定 的工 艺 参数 ， 对纯 铜 、 一 合 金 、 一 合 金及铸铁进行连续定 向凝 固实验 ， 其 结果 如 图 所 示 可 以看 出 ， 电渣感 应 连续 定 向凝 固方 法可 稳 定 地进行各种 合金 的连续 定 向 凝 固 正锥 形 结 晶 器 与其 中的 温 度梯 度 使下 拉 法 连续 定 向凝 固 获得生 命 力 采用 正 锥 形 结 晶器 ， 并在 结 晶 器壁 内形 成 一 个 比较合适 的温度 梯度 ， 这 样 固液界 面 的位 置 也 就 自动她位于 结 晶器壁 内的温度 等于 金属 了、 、 卜 ‘ 入 八气 勺八曰︸ 权 只‘ 八 泛阅已已 ‘，它 ，︸只 定日臼 定白日 只 次已日 · 一 ， · 一 ’ ， · 一 ， 图 工 艺 参数对 一 电渣 感应连 续 定 向凝 固 中固液界 面 高度 的影 响 · 一 一 沁 代 一 · 一 ’ ， ， 阵 · 一 ’ ， ， ， · 一 ， 少 · 一 ，， ， ‘， ︸︺气 ， 定日日 衅阵 气 八 禽日 勺‘， 八︶ 月卫卜 ， 心且 定已日 哎 ︸︸ 气，‘、 、气 适日日 二 、 汇一 一 匕 一一 一一二 一一一 一 一一 乙 ， · 一 · 一 ， · 一 ， 图 工 艺 参数对铸铁 电渣 感 应 连续 定 向凝 固 过程 中 固 液 界 面 高度 的 影 响 一 一 · 一 ‘ ， ，， ， 阵 · 一 ’ 介 ， ， ， 云 ， 一 ’ · 一 ，， 了二 ， 卜 · · 一 ， 少 · 一 ，， ， 仁 注 为 结 晶器 的 出口 位置

·22· 北京科技大学。学报 2000年第1期 (a) 法连续定向凝固又重新具有生命力，并且以其 具有的独特的特点可将连续定向凝固的合金种 类拓宽到高熔点的各种金属与合金之中， (c) 4结论 如多空2'水名术美速香 (1)固液界面位置是衡量电渣感应连续定向 凝固过程稳定性的一个重要指标.固液界面位 图6电渣感应连续定向凝固铸锭实物 置的高低主要取决于结晶器壁内的温度分布与 Fig.6 Bar of QA19-4 prepared by electric-slag induction 梯度，电流密度、冷却强度、牵引速度以及金属 continuous unidirectional solidification 熔体的压头都对其产生影响. (a纯铜：(b)Cu-5%Al(c)QA19-4(d)铸铁 (2)电渣感应连续定向凝固过程中，可用结 或合金的熔化点处，并且在已凝固的固相与结 晶器壁内温度分布与所铸造金属熔化点的组合 晶器壁内壁之间易形成液膜连接，如图7所示， 来间接地监测固液界面的位置，并且可以以此 这样就可以允许固液界面在高度上有一个比较 为依据对系统的状态进行调整 大的波动范围，并且不易出现拉漏现象，同时还 (3)正锥形结晶器型腔与结晶器壁内温度梯 可以保证获得其表面光亮的铸锭.这种结构的 度的存在使下拉法连续定向凝固重新获得生命 结晶器，如果工艺参数不稳定，造成固液界面产 力. 生波动时，充其量出现铸锭尺寸的微小变化，不 参考文献 易出现拉漏的现象，所以可以说电渣感应连续 定向凝固的出现以及对结晶器的改造，使下拉 1常国威：张虎，王自东，等.连续定向凝固中临界牵引 速度及对其影响的相关因素。北京科技大学学报， ,金属熔体 1998,20(6:550 液膜 2大野笃美.加热铸型用大连续铸造法0.C.C.日 固液界面 本金属学会会报，1984,23(9)：773 结晶器 3 Chang Guowi,Yuan Junping,Wang Zidong,et al.Continu- ous Unidirectional Solidification of QAl9-4 Cu-Al Alloy 铸锭 Trans Nonferrous Met Soc China,1999,9(3):493 4常国威，袁军平，王自东，等.电流改变定向凝固单相 合金枝晶间距机理.北京科技大学学报，1999,21(2)： 图7正锥形结晶器下拉法连续定向凝固过程示意图 175 Fig.7 Schematic diagram of continuous unidirectional 5李正邦.电渣熔铸，北京：国防工业出版社，1981 solidification process 6顾维藻.强化传热.北京：科学出版社，1990 Process Factors to Effect of Electro-slag Induct Continuous Casting of Unidirec- tional Solidification Stability CHANG guowei,YUAN Junping,WANG Zidong,WU Chunjing,WANG Xinhua,HU Hangi 1)Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Guangzhou Nonferrous Metal Institute,Guangzhou 510651,China 3)Material Science and Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Process factors to effect of stability of electro-slag induct continuous casting of unidirec- tional solidification have been researched.Results declared that,position of solid-liquid surface is an import- ant target in measuring process stability,and process factor affected the process stability by this target.There are two key factors in process progressing steadily.The first is positive taper cavity of mold;the second is tem- perature distribute in mold wall. KEY WORDS continuous casting;unidirectional solidification;electro-slag remelting

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 法 连续定 向凝 固又重 新具 有 生 命力 ， 并且 以其 具 有 的独特 的特 点可将连续定 向凝 固的合金种 类 拓 宽到高熔 点 的各 种金属 与合金 之 中 图 电渣 感应 连续 定 向凝 固铸锭 实物 · 一 一 讯 纯 铜 伪 一 · 铸铁 或合金 的熔化 点 处 ， 并且 在 已 凝 固的固相 与结 晶器壁 内壁之 间易形成液膜连接 ， 如 图 所示 这 样就可 以允许 固液界面在 高度上 有一 个 比较 大 的波动 范 围 ， 并 且 不 易 出现 拉漏 现象 ， 同时还 可 以保证 获得其表 面光 亮 的铸锭 这种结构 的 结 晶器 ， 如 果 工艺 参 数不稳定 ， 造成 固液界面产 生 波 动 时 ， 充其量 出现铸锭尺 寸 的微小变化 ， 不 易 出现拉 漏 的现象 所 以可 以说 电渣感应 连续 定 向凝 固 的 出现 以及 对 结 晶器 的改造 ， 使下 拉 ，‘ 尸尸 金属熔体 液膜 固液界面 结晶器 铸锭 图 ， 正 锥形 结 晶器 下 拉 法连续定 向凝 固 过 程 示 意 图 价 结 论 固液界面位置 是衡 量 电渣感应连续定 向 凝 固过 程稳 定性 的一个 重要 指标 固液 界 面 位 置 的高低 主 要 取决于 结 晶器壁 内的温度分布 与 梯度 ， 电流 密度 、 冷却 强 度 、 牵 引速 度 以及 金 属 熔体 的压 头 都对其产 生 影 响 电渣感 应 连续 定 向凝 固过程 中 ， 可 用 结 晶器壁 内温度分布 与所铸造金 属熔化 点的组 合 来 间接地监 测 固液界面 的位置 ， 并 且 可 以 以此 为依据 对 系统 的状态 进行 调 整 正 锥形 结 晶器型腔与结 晶器壁 内温度梯 度 的存在使下 拉法连续定 向凝 固重 新获得生命 力 参 考 文 献 常国威 ，张虎 ， 王 自东 ， 等 连续定 向凝 固中临界牵引 速度及 对 其 影 响的相 关 因 素 北 京科 技 大 学 学报 ， ， 大野笃 美 加热 铸型 含 用 卜 龙 连 续铸造法 二 日 本金属 学会会报 ， ， ‘ ， 砰 ， 厄 ， 一 一 ， ， 常 国威 ， 袁军平 ， 王 自东 ， 等 电流 改变 定 向凝固单相 合金 枝 晶 间距 机理 北京科技大 学学报 ， ， 李 正邦 电渣熔铸 北京 国防工 业 出版社 ， 顾维藻 强化传 热 北 京 科学 出版社 ， 一 从咬刃 ‘，， 兀沮 塑 心 ，， 洲刃 心 ，， 尸 ’ 岁 ， 恻刀 」舀 ， ， 乙 ， 卿 ， ， ， ， ， 恤 飞 ， ， 飞 ， 一 ， 一 明 ， 勿 丫 城 一