CN100368586C - 细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置，属金属晶相组织处理的脉冲电源装置电气设备领域。本发明的高压脉冲电源装置包含恒流充电系统、储能系统和控制系统，本装置电路包括充电回路、高压整流电路、关机自动泄放回路、高压控制电路、续流回路、主电源开关控制电路、工作电压预选控制电路和引燃管触发电路。本装置具有的参数为：脉冲电容器组C1-C10电压U＝100～10000V，脉冲电容器组C1-C10容量C＝200～2000μF，脉冲重复率的范围从单次脉冲到25Hz，实用最大储能81kJ，最大放电电流2×105安培，连续放电最高频率≤5Hz，电流脉冲宽度10μs～100ms。本装置脉冲电压高，脉宽范围大，输出能量高；并且可对有色金属及黑色金属进行有效的凝固组织细化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置，属金属晶相组织控制处理的脉冲电源装置电气设备领域。
背景技术
对金属凝固组织的控制是金属凝固过程研究的重要内容。用连续铸造、连铸连轧及普通铸造方法获得的凝固组织往往是由粗大的柱状晶或树枝晶组成，等轴晶区很小，造成材料综合性能较低。如何获得晶粒细小的等轴晶组织或一次及二次枝晶间距很小的枝晶组织是金属凝固组织控制的重要目标之一。凝固组织细化的传统方法是对金属液进行变质处理，即向金属液中加入变质剂，增加形核的质点，使凝固组织得到细化。这种方法不但在添加过程造成对环境的污染，而且添加物质还会对金属液本身造成污染，影响了材料的可回用性，从而增加了材料的环境负荷。第二种是工艺方法，包括提高冷却速度和控制浇注温度。冷却速度的提高使液体金属获得大的过冷度，形核率增加，但是对于断面厚大的铸坯和铸件，往往难以提高其内部的冷却速度，特别是快速冷却还会产生内应力的缺陷。控制浇注温度往往受到生产条件的限制，而且这种方法虽然对凝固组织的细化有一定作用，但是在改变凝固组织形态方面的作用却十分有限。第三种方法是机械方法，指采用机械搅拌和电磁搅拌等手段，促使枝晶折断、破碎，使晶粒数量增多，尺寸减小。虽然该方法也是一种环保型的处理方法，但存在明显的不足：首先，与普通的凝固方法相比，该方法并没有使晶核的形核率发生显著改变，因此细化作用并不很明显；其次，强烈搅拌便金属液上下翻动，这样还易于卷入空气和其它一些氧化夹杂物，对金属液就不可避免地造成污染；再者，受其搅拌强度的限制，对温度场和成分均匀化的效果也不是太理想。特别是连铸实践证明，强烈的搅拌会使铸坯造成带状偏析。
在金属凝固过程中施加脉冲电流或脉冲磁场是金属凝固组织控制的新技术，研究发现，对各种金属具有显著的细化效果，其关键技术在于脉冲电源装置。目前脉冲电源是制约脉冲电流或脉冲磁场应用于实际生产的主要障碍。存在的问题主要是脉冲电流峰值较小，电压较低，脉冲频率及脉宽变化范围窄，无法达到实际生产中对参数范围的要求。因此有必要设计制造一种不同于普通传统使用的专用脉冲电源装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种细化金属凝固组织的高电压脉冲电源装置。本发明的又一目的是提供一种具有电压高、脉冲电流峰值大、脉冲频率及脉宽变化范围大的脉冲电源装置。
本发明一种细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置，该装置包含恒流充电系统、储能系统和控制系统三个部分；该装置电路包括充电回路、高压整流电路、关机自动泄放回路、高压控制电路、续流回路、主电源开关控制电路、工作电压预选控制电路和引燃管触发电路；其特征在于：充电回路设有三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，与升压变压器T1、T2、T3相连接，通过该三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，使升压变压器T1、T2、T3处于恒流充电工作状态；高压整流电路设有高压硅堆V1-V6，组成三相整流电路，且通过该整流电路对并联的脉冲电容器组C1-C10进行恒流充电，同时并联在脉冲电容器组C1-C10两端的高压控制电路对脉冲电容器组C1-C10电压进行检测；关机自动泄放回路由掉电继电器触点和放电电阻串联组成，它并联在脉冲电容器组C1-C10两端；续流回路是由串联的续流二极管V7、V8、V9与串联的压敏电阻RV1、RV2、RV3并联而成，该回路也并联在脉冲电容器组C1-C10两端；主电源开关控制电路包括有开关、线圈KM、并联连接的指示灯HL1和HL2，该电路与电源相线相连接；工作电压预选控制电路包括有降压变压器T5、二极管整流桥VC2、电容、并联的继电器工作线圈KA和K11-10，变压器T5主线圈与电源相线连接；引燃管触发电路包括有降压变压器T4、二极管整流桥VC1、电容、二极管V10与变压器T10的主线圈并联、二级管V11与变压器T10的二次线圈串联，变压器T10次级线圈一端接地；降压变压器T4主线圈与电源相连接；三相电源输入端设有三相熔芯FU1-3，通过空气开关QK与交流接触器CJ85-1、2、3连接；引燃管触发电路与引燃管相连接，用于触发引燃管对外界负载放电。
本发明装置具有的参数为：脉冲电容器组C1-C10电压U＝100～10000V，脉冲电容器组C1-C10容量C＝200～2000μF，脉冲重复率的范围从单次脉冲到25Hz，实用最大储能81kJ，最大放电电流2×105安培，连续放电最高频率≤5Hz，电流脉冲宽度10μs～100ms。
本发明高电压脉冲电源装置的使用和运作过程如下所述：通过三相恒流振荡线圈T6、T7、T8使升压变压器T1、T2、T3处于恒流充电工作状态，再经过高压硅堆V1～V6组成的三相整流电路对并联的脉冲电容器组C1～C10进行恒流充电，同时并联在脉冲电容器组C1-C10两端的高压控制电路对脉冲电容器组C1-C10电压进行检测，并与工作电压预选控制电路所输出的电压进行比较，当两者相等时，就关闭交流接触器CJ85-1、2、3，同时通过交流接触器上的一个副触点启动引燃管触发电路触发引燃管对外界负载放电；另外关机自动泄放回路有掉电继电器触点和放电电阻串联而成，该部分并联在脉冲电容器组C1-C10两端；续流回路是由串联的续流二极管V7、V8、V9与串联的压敏电阻RV1、RV2、RV3并联而成，该回路也并联在脉冲电容器组C1-C10两端；主电源开关控制电路包括有开关、线圈KM、并联连接的指示灯HL1和HL2，该电路与电源相线相连接，主电源开关控制电路主要对交流接触器CJ85-1、2、3的线圈KM进行开关控制。
附图说明
图1为本发明细化金属凝固组织的高电压脉冲电源装置的电路图。
具体实施方式
现将本发明的实施例叙述于后。
实施例1
本装置的核心由恒流充电系统、储能系统和控制系统三个部分组成。参见图1，本装置电路包括充电回路、高压整流电路、关机自动泄放回路、高压控制电路、续流回路、主电源开关控制电路、工作电压预选控制电路和引燃管触发电路，充电回路设有三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，与升压变压器T1、T2、T3相连接，通过该三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，使升压变压器T1、T2、T3处于恒流充电工作状态；高压整流电路设有高压硅堆V1-V6，组成三相整流电路，且通过该整流电路对并联的脉冲电容器组C1-C10进行恒流充电，同时并联在脉冲电容器组C1-C10两端的高压控制电路(常规电路，说明书附图中未详细绘出)对脉冲电容器组C1-C10电压进行检测；关机自动泄放回路由掉电继电器触点和放电电阻串联组成，它并联在脉冲电容器组C1-C10两端；续流回路是由串联的续流二极管V7、V8、V9与串联的压敏电阻RV1、RV2、RV3并联而成，该回路也并联在脉冲电容器组C1-C10两端；主电源开关控制电路包括有开关、线圈KM、并联连接的指示灯HL1和HL2，该电路与电源相线相连接；工作电压预选控制电路包括有降压变压器T5、二极管整流桥VC2、电容、并联的继电器工作线圈KA和K11-10，变压器T5主线圈与电源相线连接；引燃管触发电路包括有降压变压器T4、二极管整流桥VC1、电容、二极管整流桥VC1、电容、二极管V10与变压器T10的主线圈并联、二级管V11与变压器T10的二次线圈串联，变压器T10次级线圈一端接地；降压变压器T4主线圈与电源相连接；三相电源输入端设有三相熔芯FU1-3，通过空气开关QK与交流接触器CJ85-1、2、3连接；引燃管触发电路与引燃管相连接，用于触发引燃管对外界负载放电。
本发明的高电压脉冲电源装置的参数为：脉冲电容器组C1-C10电压U＝100～10000V，脉冲电容器组C1-C10容量C＝200～2000μF，脉冲重复率的范围从单次脉冲到25Hz，实用最大储能81kJ，最大放电电流2×105安培，连续放电最高频率≤5Hz，电流脉冲宽度10μs～100ms。
利用本发明的高电压脉冲电源装置可对金属熔体凝固过程中施加脉冲电流或脉冲磁场，导入不同工艺参数的脉冲电流，实现对金属凝固过程的控制，达到细化金属凝固组织的目的。
本发明与普通脉冲电源相比，其优点是：储存能量大，脉冲电流输出峰值高，设备负荷小，能够以较小的输入功率实现间歇式大能量输出。另外，工艺简单，对金属熔体处理过程操作方便，且安全可靠。可用参数范围宽，能适用于各种金属的生产实际中。对有色金属及黑色金属均能进行有效的凝固组织细化处理。在作用方式上可用于连续铸造、连铸连轧、普通铸造方法等生产过程。
现将本发明高电压脉冲电源装置用于细化金属凝固组织的试验例叙述于下：
试验例一
对Al含量为99.97％工业纯铝进行脉冲电流处理。浇注试样尺寸为φ40mm×160mm的圆柱棒，浇注温度为750℃，浇注完毕立即开始脉冲电流处理，凝固平台结束时停止处理。脉冲电流参数为：脉冲电流峰值为2×104A，脉宽为2×10-4S。试验结果发现，未经处理试样的组织为粗大的柱状穿晶，经脉冲电流处理的纯铝凝固组织为细小的等轴晶。
试验例二
对18-8型不锈钢进行脉冲磁场处理。钢液浇注温度为1600℃，浇注完毕立即开始脉冲磁场处理，凝固结束时停止处理。浇注试样尺寸为φ30mm×180mm，采用干砂型，将高压脉冲电源装置的参数设定为V＝3000V、脉宽为35ms时，脉冲电流输入磁场发生器后获得的脉冲磁场对试样进行处理。试验结果发现，未经处理和经脉冲磁场处理的不锈钢凝固组织形貌完全不同，后者的凝固组织柱状晶得到明显的细化。
Claims (2)
1.一种细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置，该装置包含恒流充电系统、储能系统和控制系统三个部分；该装置电路包括充电回路、高压整流电路、关机自动泄放回路、高压控制电路、续流回路、主电源开关控制电路、工作电压预选控制电路和引燃管触发电路；其特征在于：充电回路设有三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，与升压变压器T1、T2、T3相连接，通过该三相恒流振荡线圈T6、T7、T8，使升压变压器T1、T2、T3处于恒流充电工作状态；高压整流电路设有高压硅堆V1-V6，组成三相整流电路，且通过该整流电路对并联的脉冲电容器组C1-C10进行恒流充电，同时并联在脉冲电容器组C1-C10两端的高压控制电路对脉冲电容器组C1-C10电压进行检测；关机自动泄放回路由掉电继电器触点和放电电阻串联组成，它并联在脉冲电容器组C1-C10两端；续流回路是由串联的续流二极管V7、V8、V9与串联的压敏电阻RV1、RV2、RV3并联而成，该回路也并联在脉冲电容器组C1-C10两端；主电源开关控制电路包括有开关、线圈KM、并联连接的指示灯HL1和HL2，该电路与电源相线相连接；工作电压预选控制电路包括有降压变压器T5、二极管整流桥VC2、电容、并联的继电器工作线圈KA和KI1-10，变压器T5主线圈与电源相线连接；引燃管触发电路包括有降压变压器T4、二极管整流桥VC1、电容、二极管V10与变压器T10的主线圈并联、二级管V11与变压器T10的二次线圈串联，变压器T10次级线圈一端接地；降压变压器T4主线圈与电源相连接；三相电源输入端设有三相熔芯FU1-3，通过空气开关QK与交流接触器CJ85-1、2、3连接；引燃管触发电路与引燃管相连接，用于触发引燃管对外界负载放电。
2.如权利要求1所述的细化金属凝固组织的高压脉冲电源装置，其特征在于该装置所具有的参数为：脉冲电容器组C1-C10电压U＝100～10000V，脉冲电容器组C1-C10容量C＝200～2000μF，脉冲重复率的范围从单次脉冲到25Hz，实用最大储能81kJ，最大放电电流2×105安培，连续放电最高频率≤5Hz，电流脉冲宽度10μs～100ms。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN1575889A (zh) * | 2003-05-27 | 2005-02-09 | 上海大学 | 一种细化铸铁晶粒的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: SHANGHAI JINTUO METAL PRODUCTS Co.,Ltd. Assignor: Shanghai University Contract fulfillment period: 2009.7.22 to 2014.7.22 Contract record no.: 2009310000204 Denomination of invention: High voltage puls supply unit with fining metal solidification component Granted publication date: 20080213 License type: Exclusive license Record date: 20090908 |
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| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.7.22 TO 2014.7.22; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: SHANGHAI JINTUO METAL PRODUCTS CO.,LTD. Effective date: 20090908 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080213 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |