CN103658564A - 一种电磁剪切熔体处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于金属熔体处理技术领域的一种电磁剪切熔体处理装置，此装置在搅拌筒上设置阀门和浇口，剪切型螺杆位于搅拌筒内并和搅拌筒构成环形缝隙结构的搅拌腔，热电阻型加热元件内置于剪切型螺杆内；电磁搅拌器和控制系统位于搅拌筒外侧；其中环形缝隙的宽度为0.5~50mm。本发明的装置通过环形缝隙结构避开因集肤效应而产生的电磁力较低的部分，实现对环缝结构内熔体的电磁高剪切；控制热电阻型加热元件，实现在液相线以上温度对熔体进行电磁处理。熔体经电磁剪切处理后其凝固组织细化。

Description

一种电磁剪切熔体处理装置

技术领域

本发明属于金属熔体处理技术领域，具体涉及一种电磁剪切熔体处理装置。

背景技术

现代金属材料制备加工技术追求低成本、高性能，即高性价比。熔铸已不再只作为材料成型的手段，而更重要的是作为材料质量控制的第一个重要环节。因为在铸造时形成的缺陷，很难在后续加工中消除，这些缺陷将持续影响材料的性能。熔体在铸造前都要经过熔化状态，而熔化过程中合金质量直接决定所制备和成形材料的性能。因此，通过熔体处理获得细晶、均质铸锭是现代金属材料提高性能的基本方向。目前液态金属工程和半固态金属加工技术均对熔体处理技术提出了更高的要求。

电磁搅拌法由于具有非接触、不污染金属液、可精确控制、容易与大工业生产对接等优点，成为最重要的半固态加工方法之一。然而由于趋肤效应，熔体受到的电磁力不均匀，边部受到的电磁力大，中心部位小，限制了大尺寸半固态坯料和大体积半固态浆料的制备。

半固态加工技术与传统细化处理不同之处在于，后者只关注晶粒大小，而前者除了晶粒大小更关注初生相形貌。与半固态加工技术要求在固液相区间处理不同，液态金属工程把熔体处理的温度范围放大到了整个铸造温度区间，更重视解决成分偏析问题。目前液态金属结构是研究热点，人们认为液态金属处于长程无序、短程有序状态，温度或压力等可诱导液态金属发生结构转变，进而影响后续形核长大等凝固行为。

美国专利US3902544提出了一种螺杆型装置，属于搅拌型螺杆，靠机械装置带动，无电磁搅拌。美国专利US5135564提出了一种环缝结构，该装置可以避开因集肤效应而产生的电磁力较低的部分，其芯棒通过机械转动强化搅拌效果，没有温控装置。中国专利CN1772414A设计了两组搅拌器，但没有环形缝隙结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁剪切熔体处理装置，该装置的环缝结构能避开磁场较低的部分，当处理的金属为合金时，实现在液态或半固态区间对熔体进行电磁高剪切处理；该装置主要适用于液态金属熔体处理和半固态浆料制备。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

 一种电磁剪切熔体处理装置，此装置在搅拌筒2上设置阀门3和浇口5，剪切型螺杆4位于搅拌筒2内并和搅拌筒2构成环形缝隙结构的搅拌腔，热电阻型加热元件6内置于剪切型螺杆4内；电磁搅拌器1和控制系统7位于搅拌筒2外侧；其中环形缝隙的宽度为0.5~50mm。

上述电磁搅拌器1由三组旋转型电磁搅拌器组成，其旋转方向可控。

上述搅拌筒2为薄壁低磁导率材料，可选1~3mm厚的不锈钢等材料，减小搅拌筒对电磁场的屏蔽作用。

上述剪切型螺杆4其螺距为1～10mm，螺纹高为1～10mm。

上述控制系统7控制阀门3开关、浇口5、电磁搅拌器1中三组搅拌器的旋转方向以及熔体的温度。

此处理装置平卧、斜卧或直立放置。

该发明的装置适用于铝基合金、镁基合金、锌基合金、铜基合金、镍基合金、钴基合金或铁基合金的半固态浆料的制备与成形以及液态金属处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过由搅拌筒2和剪切型螺杆4构成的环形缝隙结构避开因集肤效应而产生的电磁力较低的部分，利用这个物理效应实现对环缝结构内熔体的电磁高剪切。(2)通过控制热电阻型加热元件，可实现在液相线以上温度对熔体进行电磁处理，特别适合纯金属的熔体处理。

附图说明

附图1为本发明一种电磁剪切熔体处理装置的示意图；

图中：1-电磁搅拌器、2-搅拌筒、3-阀门、4-剪切型螺杆、5-浇口、6-热电阻型加热元件、7-控制系统。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1示意图所示，此电磁剪切熔体处理装置在搅拌筒2上设置阀门3和浇口5，剪切型螺杆4位于搅拌筒2内并和搅拌筒2构成环形缝隙结构的搅拌腔，热电阻型加热元件6内置于剪切型螺杆4内；电磁搅拌器1和控制系统7位于搅拌筒2外侧；其中环形缝隙的宽度为0.5~50mm。

操作时，首先开启控制系统7，确保阀门3和浇口5处于关闭状态。设置电磁搅拌器1的搅拌方向和各区段的温度。同时把金属熔化至预定温度备用。等到金属熔体达到预定状态，开启电磁搅拌器1，打开浇口5，然后把熔体从浇口5浇入搅拌筒2内，搅拌预定时间后，打开阀门3，至此，电磁剪切处理完成。后续可以与压铸、连铸、铸轧、挤压、模锻等工艺对接。

实施例1

采用该电磁剪切熔体处理装置处理AZ31镁合金熔体，处理完的熔体压铸成型，实现了变形镁合金的压铸成型，该压铸件还可进行后续热处理。

首先开启控制系统7，确保阀门3和浇口5处于关闭状态。把中间组的电磁搅拌器设置为正转，两头组的电磁搅拌器设置为反转；从左到右第一区温度设置为630℃，第二区温度设置为635℃，第三区温度设置为640℃。同时把AZ31镁合金用电阻炉熔化至690℃备用。等AZ31镁合金熔体达到690℃，开启电磁搅拌器，打开浇口5，然后把AZ31镁合金熔体从浇口5浇入电磁剪切熔体处理装置，搅拌30s后，打开阀门3，至此，电磁剪切处理完成。

电磁剪切处理后的AZ31镁合金熔体直接浇入压铸机压室，完成压铸工序。

实施例2

采用该电磁剪切熔体处理装置处理A357铝合金熔体，处理完的熔体连铸成坯料，实现了直径200mm的A357半固态坯料的制备。

首先开启控制系统7，确保阀门3和浇口5处于关闭状态。把中间组的电磁搅拌器设置为正转，两头组的电磁搅拌器设置为反转；从左到右第一区温度设置为593℃，第二区温度设置为613℃，第三区温度设置为633℃。同时把A357铝合金用中频炉熔化至700℃备用。然后把底模升到结晶器的中间位置上，打开冷却水，并预热流槽。其中水压为0.05MPa，流槽预热温度为400℃。等A357铝合金熔体达到700℃，开启电磁搅拌器，打开浇口5，打开阀门3，然后把A357铝合金熔体连续从浇口5浇入电磁剪切熔体处理装置。

电磁剪切处理后的A357铝合金半固态浆料从阀门3直接浇入结晶器中，同时启动牵引机构以3mm/s的速度拉坯，浇注过程中保证熔体在结晶器中保持恒定高度，完成半固态连铸工序。

Claims (5)

1.一种电磁剪切熔体处理装置，其特征在于，此装置在搅拌筒（2）上设置阀门（3）和浇口（5），剪切型螺杆（4）位于搅拌筒（2）内并和搅拌筒（2）构成环形缝隙结构的搅拌腔，热电阻型加热元件（6）内置于剪切型螺杆（4）内；电磁搅拌器（1）和控制系统（7）位于搅拌筒（2）外侧；其中环形缝隙的宽度为0.5~50mm。

2.根据权利要求1所述的电磁剪切熔体处理装置，其特征在于，所述电磁搅拌器（1）由三组旋转型电磁搅拌器组成，其旋转方向可控。

3.根据权利要求1所述的电磁剪切熔体处理装置，其特征在于，所述搅拌筒（2）为薄壁低磁导率材料，可选1~3mm厚的不锈钢等材料，减小搅拌筒对电磁场的屏蔽作用。

4.根据权利要求1所述的电磁剪切熔体处理装置，其特征在于，所述剪切型螺杆（4）其螺距为1～10mm，螺纹高为1～10mm。

5.根据权利要求1所述的电磁剪切熔体处理装置，其特征在于，所述控制系统（7）控制阀门（3）开关、浇口（5）、电磁搅拌器（1）中三组搅拌器的旋转方向以及熔体的温度。

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