CN102876900A - 一种利用超声波处理金属熔体的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用超声波处理金属熔体的装置和方法,属于金属熔体处理技术领域。待处理的金属和超声波工具杆是直径相同的一体化的杆状,再用石英管套在待处理的金属和超声波工具杆的上部;在石英管的外围有加热装置,在超声波工具杆的下部有水冷套套住;石英管与水冷套之间有保温棉隔离;超声波工具杆的下方与超声波换能器和超声波控制器连接。使用时,开启加热装置、在待处理的金属顶端通惰性气体保护、在水冷套内通入冷却水;再启动加热装置使待处理的金属熔化形成金属熔池;开启超声波换能器和超声波控制器,调节超声波的频率使超声波工具杆和金属熔池发生共振,对待处理的金属熔体进行处理。本发明简便,成本低,超声波能量无损失,用途广。
Description
技术领域
本发明属于金属熔体处理技术领域,特别涉及一种利用超声波处理金属熔体的装置和方法。
背景技术
金属制品如铸锭、铸件、连铸产品的质量直接决定于熔炼环节与金属熔体(如钢水)的质量。熔体中的气体、夹杂物控制水平是金属熔体的纯净度的重要反映。随着冶炼技术和设备的不断发展,钢液的纯净度得到大幅提高,夹杂物水平和气体含量得到降低,但是该问题依然存在。超声波处理金属熔体,可以细化金属的凝固晶粒,可以促进金属熔体中气体形成气泡并长大上浮,可以促进夹杂物的团聚,进而上浮,也有研究认为可以将夹杂物进行破碎实现弥散分布,这些都有助于提高金属熔体的质量。超声已开始广泛应用于金属熔体处理。
现有的研究方法主要是将超声波工具杆浸入待处理的金属熔体中进行超声处理,但是在采用该方法处理高熔点金属(如钢熔体)时,对超声波工具杆的耐高温与耐腐蚀性能要求高,传统金属材料难以满足要求;即使采用金属陶瓷来避免腐蚀,仍然存在难以加工、装配和容易发生脆断的问题。也有通过电磁铁将超声波工具杆从侧面吸附到金属坩埚上的方法,间接把超声波导入金属熔体,但是采用该方法超声衰减严重,难以有效处理金属熔体。
发明内容
为了解决将超声波有效加入到高熔点金属熔体中出现的问题,本发明提出了一种利用超声波处理金属熔体的装置和方法。
所述的利用超声波处理金属熔体的装置结构如下:
待处理的金属和超声波工具杆是直径相同的一体化的杆状,二者通过焊接或熔铸的方法连接到一起;且待处理的金属位于超声波工具杆的顶端;
待处理的金属和超声波工具杆的上部有石英管套住;所述的石英管的熔点高于待处理的金属的熔点;
在包围待处理的金属部分的石英管的外围布置有加热装置;所述的加热装置可以采用感应线圈、电炉炉膛、电弧电极、激光束或乙炔氧枪;在所述的超声波工具杆的下部有水冷套套住;在所述的水冷套内部有冷却水流动;
在所述的石英管与水冷套之间有保温棉隔离,以保护位于超声波工具杆下方的设备免于高温损害;
所述的超声波工具杆的下方连接在超声波换能器上,所述的超声波换能器和超声波控制器连接,超声波换能器发出的超声波频率由超声波控制器调节。
其中,
超声波工具杆的长度是超声波在超声波工具杆所用金属材料内传播的半波长的整数倍;待处理的金属的长度是其直径的0.5~3倍;
所述的石英管的壁厚为3~10mm,石英管的内径比待处理金属的外径大1~2mm;
所述的水冷套的内径比所述的超声波工具杆的直径大0.2~1mm;在所述的超声波工具杆和水冷套之间填塞有导热膏,以增强冷却效率,使所述的超声波工具杆的下部始终处于低温状态。
利用所述的超声波处理金属熔体的装置来处理金属熔体的方法包括如下步骤:
(1)将待处理的金属通过焊接或熔铸的方法连接到超声波工具杆的顶端,将待处理的金属和超声波工具杆做成直径相同的一体化的杆状;超声波工具杆的长度是超声波在超声波工具杆所用金属材料内传播的半波长的整数倍,待处理的金属的长度是待处理的金属直径的0.5~3倍;将超声波工具杆竖直放置,使待处理的金属的一端向上;
(2)选择比待处理的金属的熔点高的石英材料制作石英管,并将石英管套在待处理的金属和超声波工具杆上部的外围;
(3)对待处理的金属顶端通惰性气体保护,以防止待处理的金属熔化后发生氧化;
(4)在水冷套内通入冷却水,并保持冷却水持续流动;
(5)启动加热装置,对待处理的金属进行加热,使待处理的金属熔化形成金属熔池;调节加热装置的加热功率和冷却水流速,使待处理的金属在超声波工具杆顶端形成稳定的金属熔池;
(6)开启超声波换能器和超声波控制器,利用超声波控制器调节超声波的频率,直到超声波工具杆和金属熔池发生共振,从而对待处理的金属熔体进行处理。
由于有石英管保护套管,待处理的金属熔体不会下淌;由于有冷却水套,因此工具杆不会熔化;此时超声波通过超声波工具杆自下而上传递到待处理的金属熔体中,从而实现对高熔点金属熔体的超声处理。
本发明的有益效果为:
将待处理的金属和超声波工具杆做成一体,加热使待处理的金属熔化,超声波通过超声波工具杆直接导入金属熔体,导入过程超声波的能量无损失,避免了间接导入法中超声波的衰减;
解决了超声波工具杆浸入金属熔体后超声波工具杆腐蚀的问题;
超声波与感应加热的共同作用使得待处理的金属熔体产生激烈搅动,有助于气体和夹杂物的上浮;
由于超声波工具杆下部进行间接水冷而温度低,位于超声波工具杆顶端的高温金属熔体渗入到超声波工具杆与石英管的狭小缝隙中凝固,阻止了金属熔体继续往下泄漏,从而在超声波工具杆的顶端形成稳定的金属熔池,超声波工具杆和金属熔池之间形成稳定的固液分界面;
由于超声波工具杆与待处理的金属连成一体,超声波传递的界面阻力小,当调节超声波频率达到共振效果后,超声波能量可以高效地从超声波工具杆进入待处理的金属熔体中。
本发明提供的装置和方法简便,成本低;在金属熔体处理方面开辟了新思路,尤其在高熔点金属的处理上具有潜在的广阔前景,可用于冶金、机械制造等领域。
附图说明
图1是本发明提出的利用超声波处理金属熔体的装置结构示意图。
图中的标号依次代表:
1、待处理的金属;2、感应线圈;3、石英管;4、超声波工具杆;5、保温棉;6、水冷套;7、冷却水;8、超声波换能器;9、超声波控制器
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明:
实施例1:超声波处理金属熔体的装置结构
如图1所示,本发明所述的利用超声波处理金属熔体的装置结构如下:
待处理的金属1和超声波工具杆4是直径相同的一体化的杆状,二者通过焊接或熔铸的方法连接到一起;且待处理的金属1位于超声波工具杆4的顶端;超声波工具杆4的长度是超声波在超声波工具杆4所用金属材料内传播的半波长的整数倍;待处理的金属1的长度是其直径的0.5~3倍;
待处理的金属1和超声波工具杆4的上部有石英管3套住;所述的石英管3的熔点高于待处理的金属1的熔点;所述的石英管3的壁厚为3~10mm,石英管3的内径比待处理金属1的外径大1~2mm;
在包围待处理的金属1部分的石英管3的外围布置有用于加热的感应线圈2;在所述的超声波工具杆4的下部有水冷套6套住;在所述的水冷套6内部有冷却水7流动;超声波工具杆4和水冷套6之间填塞导热膏,以增强冷却效率,使所述的超声波工具杆4的下部始终处于低温状态;
在所述的石英管3与水冷套6之间有保温棉5隔离,以保护位于超声波工具杆4下方的设备免于高温损害;
在所述的超声波工具杆4的下方连接有超声波换能器8上,超声波换能器8和超声波控制器9连接,超声波换能器8发出的超声波频率由超声波控制器9调节。
实施例2:利用超声波处理金属熔体的装置来处理金属熔体方法
如图1所示,利用本发明所述的超声波处理金属熔体的装置来处理金属熔体方法如下:
(1)选择和待处理的金属1材质相同的金属制作超声波工具杆4,其中待处理的金属1位于超声波工具杆4的顶端,将超声波工具杆4和待处理的金属1直接熔铸或者焊接在一起;其中,超声波工具杆4的长度是超声波在工具杆材料内传播的半波长的1倍,待处理的金属1的长度是待处理的金属直径的1倍;将超声波工具杆4竖直放置,使待处理的金属1的一端向上;
(2)选择比待处理的金属1的熔点高的石英材料制作石英管3,并将石英管3套在待处理的金属1和超声波工具杆4上部的外围;所述的石英管3的内径比待处理金属1的外径大1~2mm;所述石英管3的壁厚为3~10mm;
(3)对待处理的金属1顶端通氮气保护,以防止待处理的金属1熔化后发生氧化;
(4)在水冷套6内通入冷却水7,并保持冷却水7持续流动;
(5)启动感应线圈2,对待处理的金属1进行加热,使待处理的金属1熔化形成金属熔池;调节感应线圈2的加热功率和冷却水7的流速,使待处理的金属1在超声波工具杆4顶端形成稳定的金属熔池;
(6)当待处理的金属1在超声波工具杆4的顶端形成稳定的金属熔池后,开启超声波换能器8和超声波控制器9,利用超声波控制器9调节超声波的频率,直到超声波工具杆4和金属熔池发生共振,从而对待处理的金属熔体进行处理。
Claims (6)
1.一种利用超声波处理金属熔体的装置,其特征在于,所述的装置结构如下:
待处理的金属和超声波工具杆是直径相同的一体化的杆状,且待处理的金属位于超声波工具杆的顶端;
待处理的金属和超声波工具杆的上部有石英管套住;所述的石英管的熔点高于待处理的金属的熔点;
在包围待处理的金属部分的石英管的外围布置有加热装置;在所述的超声波工具杆的下部有水冷套套住;在所述的水冷套内部有冷却水流动;
在所述的石英管与水冷套之间有保温棉隔离,以保护位于超声波工具杆下方的设备免于高温损害;
所述的超声波工具杆的下方连接在超声波换能器上,所述的超声波换能器和超声波控制器连接,超声波换能器发出的超声波频率由超声波控制器调节。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的加热装置为感应线圈、电炉炉膛、电弧电极、激光束或乙炔氧枪。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的超声波工具杆的长度是超声波在超声波工具杆所用金属材料内传播的半波长的整数倍;所述的待处理的金属的长度是待处理的金属直径的0.5~3倍。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的石英管的壁厚为3~10mm,石英管的内径比待处理金属的外径大1~2mm。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的水冷套的内径比所述的超声波工具杆的直径大0.2~1mm;在所述的超声波工具杆和水冷套之间填塞导热膏。
6.一种利用权利要求1所述的装置处理金属熔体的方法,其特征在于,所述的方法包括如下步骤:
(1)将待处理的金属连接到超声波工具杆的顶端,将待处理的金属和超声波工具杆做成直径相同的一体化的杆状;超声波工具杆的长度是超声波在超声波工具杆所用金属材料内传播的半波长的整数倍,待处理的金属的长度是待处理的金属直径的0.5~3倍;将超声波工具杆竖直放置,使待处理的金属的一端向上;
(2)选择比待处理的金属的熔点高的石英材料制作石英管,并将石英管套在待处理的金属和超声波工具杆上部的外围;
(3)对待处理的金属顶端通惰性气体保护,以防止待处理的金属熔化后发生氧化;
(4)在水冷套内通入冷却水,并保持冷却水持续流动;
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103643052A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-03-19 | 北京科技大学 | 一种超磁致伸缩材料凝固组织均匀化的制备方法 |
CN112710152A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-27 | 大连理工大学 | 一种超声辅助铜合金真空熔炼炉 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05228610A (ja) * | 1992-02-20 | 1993-09-07 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 金属溶湯加熱冷却方法と装置 |
CN201500776U (zh) * | 2009-09-25 | 2010-06-09 | 上海大学 | 带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置 |
WO2011127402A1 (en) * | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Rundquist Victor F | Ultrasonic degassing of molten metals |
JP2011255392A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Nippon Light Metal Co Ltd | アルミニウム合金の製造方法 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05228610A (ja) * | 1992-02-20 | 1993-09-07 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 金属溶湯加熱冷却方法と装置 |
CN201500776U (zh) * | 2009-09-25 | 2010-06-09 | 上海大学 | 带有热管冷却系统的高温合金定向凝固装置 |
WO2011127402A1 (en) * | 2010-04-09 | 2011-10-13 | Rundquist Victor F | Ultrasonic degassing of molten metals |
JP2011255392A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Nippon Light Metal Co Ltd | アルミニウム合金の製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103643052A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-03-19 | 北京科技大学 | 一种超磁致伸缩材料凝固组织均匀化的制备方法 |
CN103643052B (zh) * | 2013-10-25 | 2016-04-13 | 北京科技大学 | 一种超磁致伸缩材料凝固组织均匀化的制备方法 |
CN112710152A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-27 | 大连理工大学 | 一种超声辅助铜合金真空熔炼炉 |
CN112710152B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-01-25 | 大连理工大学 | 一种超声辅助铜合金真空熔炼炉 |
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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 |