CN108273972A - 一种电磁能晶粒细化的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电磁能晶粒细化的装置及方法。该装置应用于半连续铸造设备中，所述电磁装置包括：硅钢叠片铁芯、升降平台、升降支架、线圈；所述线圈缠绕在所述硅钢叠片铁芯的外圆周上；所述升降平台上设置有圆孔，所述硅钢叠片铁芯穿过所述圆孔套接在所述升降平台的圆孔内；所述升降支架的顶端连接在所述升降平台的下表面，所述升降支架的底端与所述铸造槽体可拆卸连接，所述升降支架支撑所述升降平台，所述升降支架用于调整所述升降平台的高度。通过所述电磁装置对所述熔体进行电磁能处理，使得熔体获得电磁能量发生跃迁，提高了熔体晶粒细化的程度，提高铸锭的力学性能和变形性能。

Description

一种电磁能晶粒细化的装置及方法

技术领域

本发明涉及半连续铸造领域，特别是涉及一种电磁能晶粒细化的装置及方法。

背景技术

采用多流铸造方法生产的铸锭显微组织致密，但是晶粒尺寸粗大，组织不均匀，严重影响半连续铸锭的力学性能和变形性能。金属的凝固组织在很大程度上决定了它的机械性能，而细化铸锭晶粒可有效提高铸锭的力学性能和变形性能。

为了有效提高铸锭的力学性能和变形性能，现有技术中通过改进多流铸造过程中的细化剂、冷却速度和铸造速度对晶粒进行细化，添加细化剂对熔体会造成污染，在熔体内更易聚集形成夹杂，影响净化，而冷却速度和铸造速度对晶粒的细化程度小，无法有效提高铸锭的力学性能和变形性能。

现有技术中利用电磁装置对熔体进行电磁处理，是通过对熔体施加电磁力实现了铸锭的力学性能和变形性能，但是对晶粒的细化程度小，无法有效提高铸锭的力学性能和变形性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高铸锭的力学性能和变形性能的电磁能晶粒细化的装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电磁能晶粒细化的电磁装置，所述电磁装置应用于半连续铸造设备中，所述电磁装置包括：

硅钢叠片铁芯、升降平台、升降支架、线圈；

所述线圈缠绕在所述硅钢叠片铁芯的外圆周上；

所述升降平台上设置有圆孔，所述硅钢叠片铁芯穿过所述圆孔套接在所述升降平台的圆孔内；

所述升降支架的顶端连接在所述升降平台的下表面，所述升降支架的底端与所述铸造槽体可拆卸连接，所述升降支架支撑所述升降平台，所述升降支架用于调整所述升降平台的高度。

可选的，所述电磁装置还包括：电源，所述电源与所述线圈连接，使所述线圈通电。

可选的，所述电磁装置还包括：固定端，所述固定端与所述升降支架的底端连接，所述升降支架的底端通过所述固定端与所述铸造槽体可拆卸连接。

可选的，所述线圈为中空水冷铜线圈。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种电磁能晶粒细化的方法，所述方法应用于上述所述一种电磁能晶粒细化的电磁装置，所述方法具体包括：

将所述电磁装置固定在铸造盘的流槽的上方；

调整所述升降支架使所述硅钢叠片铁芯的底端与液面的距离为10mm；

将金属在熔炼炉中熔化后，将熔体浇入所述流槽内；

将所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体；

所述电磁熔体依次经过结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

可选的，所述方法还包括：在所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述中空水冷铜线圈中通入冷却水。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种电磁能晶粒细化的电磁装置及方法。通过所述电磁装置对所述熔体进行电磁能处理，使得熔体获得电磁能量发生跃迁，提高了熔体晶粒细化的程度，提高铸锭的力学性能和变形性能。

由于熔体晶粒的细化程度提高了，所以，微观裂化程度较低，铸锭的表面质量好。

附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在主流槽上的结构示意图；

图2为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在分流槽上的示意图；

图3为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在浇注冒口上的示意图；

图4为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的脉冲矩形波的波形图；

图5为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中制备的铸锭的径向不同位置处的晶粒的平均尺寸图；

图6为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中制备的铸锭不加磁场和加磁场处理后的抗拉强度、断面收缩率和断面伸长率对比图；

图7为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的浇注冒口下加磁场和不加磁场熔液的温度分布图；

图8为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中制备的铸锭施加不同电流下流过铸槽内熔体瞬时的电磁能情况；

图9为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的峰值电流100A、脉冲频率20Hz的不同电流占空比与流槽液面的磁感应强度分布图；

图10为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的铸锭径向未施加磁场处理的晶粒组织图；

图11为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的铸锭径向施加100A、20％、20Hz磁场处理的晶粒组织图；

图12为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的方法中的铸锭径向施加100A、40％、20Hz磁场处理的晶粒组织图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够提高铸锭的力学性能和变形性能的电磁能晶粒细化的装置及方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示的一种电磁能晶粒细化的电磁装置的结构图，所述电磁装置应用于半连续铸造设备中，所述电磁装置包括：

硅钢叠片铁芯1、升降平台2、线圈3、升降支架5。

所述线圈3缠绕在所述硅钢叠片铁芯1的外圆周上，所述线圈3还能够缠绕内置于所述硅钢叠片铁芯1上，所述线圈3为中空水冷铜线圈，所述线圈3相互绝缘。

所述升降平台2上设置有圆孔，所述硅钢叠片铁芯1穿过所述圆孔套接在所述升降平台2的圆孔内。

所述升降支架5的顶端连接在所述升降平台2的下表面，所述升降支架5的底端与所述铸造槽体4可拆卸连接，所述升降支架5支撑所述升降平台2，所述升降支架5用于调整所述升降平台2的高度。

所述电磁装置还包括：电源，所述电源与所述线圈3连接，使所述线圈通电，施加不同的脉冲矩形波，如图4所示的所述脉冲矩形波的波形图，所述脉冲矩形波的参数为：脉冲电流为0～500A，脉冲电流占空比0～100％，脉冲频率为0～70Hz，所述电源为脉冲电源柜，所述线圈3与所述脉冲电源柜连接。

表面脉冲矩形波磁场产生较大的磁场变化，会使瞬时高能量渗入熔体，对初生晶核的形成和提供形核率提供了有利的条件，不仅大幅提高了形核率，而且促使晶体生长由柱状晶转变等轴晶生长方式，晶粒可以得到显著细化，并且在铸锭内晶粒尺寸更加细化均匀分布，获得高质量的铸锭，具有工艺简单、成本低廉、操作方便的优点。

图1为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在主流槽上的结构示意图，如图1所示的所述电磁装置还包括：固定端6，所述固定端6与所述升降支架5的底端连接，所述升降支架5的底端通过所述固定端6与所述铸造槽体4可拆卸连接。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种电磁能晶粒细化的方法，所述方法应用于上述所述一种电磁能晶粒细化的电磁装置，所述方法具体包括：

将所述电磁装置固定在铸造盘的流槽的上方，根据实际生产的需要，图2为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在分流槽上的示意图；图3为本发明提供的一种电磁能晶粒细化的电磁装置固定在浇注冒口上的示意图，将所述电磁装置固定在不同的流槽位置上，如图2所示的将所述电磁装置固定在所述铸造盘的主流槽、分流槽和冒口位置，能够产生不同程度细小的晶粒组织的铸锭，将铝合金原料加热至熔化，所述电磁装置作用流槽位置处的熔体温度为650℃～750℃。

调整所述升降支架使所述硅钢叠片铁芯的底端与熔体液面的距离为10mm，所述升降支架使所述硅钢叠片铁芯的底端与熔体液面的距离范围为0～50mm，通过调节电磁能发生装置距离熔体液面的高度，对铝合金熔液在进过流槽过程中施加一种表面脉冲矩形波电磁能作用，使得流经流槽4的熔液在电磁能的作用下进行多流半连续铸造，至其熔液完全浇铸完，获得组织均匀细化的铝合金铸锭。

将金属在熔炼炉中熔化后，将熔体浇入所述流槽内。

将所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体。

所述电磁熔体依次经过结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

将铸锭选取中间高度，并进行沿径向制样，分别沿半径在中心位置处、二分之一处、边缘处分别切成30mm×10mm×30mm试样，经研磨和腐蚀后通过显微镜获得如图10-图12所示的微观晶粒组织，相比表面脉冲矩形波磁场电磁能处理铝合金铸锭晶粒尺寸比未加磁场处理的晶粒尺寸小得多，如图5所示的铝合金铸锭径向不同位置的晶粒的平均尺寸，晶粒平均尺寸下降15％～25％，并且晶粒的均匀性得到显著提高，铸锭表面质量明显较好，如图6所示的铸态铝合金不加磁场与加磁场处理后的抗拉强度、断面收缩率和断面伸长率的对比，加磁场处理后的提高了铸态铝合金的抗拉强度、断面收缩率和断面的伸长率。

如图7所示的一种电磁能晶粒细化的方法中的浇注冒口下加磁场和不加磁场熔液的温度分布图，加磁场处的温度比不加磁场位置处的温度高。

如图8所示的铸锭施加不同电流下流过铸槽内熔体瞬时的电磁能情况，通过调节电流的大小控制施加电磁能的大小。

如图9所示的脉冲电流为100A、脉冲频率为20Hz的不同的电流占空比对应流槽液面的磁感应强度分布情况，通过调节电流的占空比调节流槽液面的磁感应强度。

将70A4铝合金在熔炼炉内熔化并精炼，在750℃保温30分钟，保证合金熔体温度均匀，待浇铸，多流半连续铸造。选择脉冲矩形波磁场参数为：脉冲电流为100A,脉冲频率为40Hz，电流占空比为20％，相匹配的多流半连续铸造速度为80mm/min，将表面矩形波电磁能发生装置固定在流槽(4)的冒口正上方，将硅钢叠片铁芯(1)及铜线圈(3)与升降平台(2)固定好，调制表面矩形波电磁能发生装置升降平台(2)，使得其下底的硅钢叠片铁芯(1)距熔液面高度20mm，之后启动预先设置好参数的脉冲电源柜，对多流半连续铸造中浇铸盘上流槽(4)的熔液进行表面脉冲磁场电磁能处理直至熔液完全流入至浇铸完全，关闭脉冲电源柜。在浇铸前，将流槽充分烘烤。浇铸时，同时开启多流半连续铸造机和线圈装置水冷系统，打开浇注流嘴开始浇注，同时开启表面矩形波电磁能发生装置和多流半连续铸造机的引锭装置，浇注过程中尽量使得流槽内的合金熔体液面高度稳定。当浇注完全后，关闭浇注流嘴和脉冲磁场发生装置，制备成7A04铝合金的细晶大铸锭。

将7A04铝合金铸坯料经中频感应炉加热、熔化后，在800℃保温300s后，浇入预热至700℃的铜坩埚中。启动脉冲电源，通过表面脉冲矩形波磁场发生器产生的电磁能对熔体进行非接触式处理，使得熔体在不同磁场参数下静态缓慢凝固，并进行铸锭中心位置冷却曲线的测定。选择脉冲矩形波磁场参数为：频率20Hz，峰值电流100A,电流占空比分别选取20％和40％时，待凝固温度降到350℃以下，关闭脉冲电源参数，可制备Φ60mm×150mm细晶铸锭，并对其凝固组织对比研究，如图11和图12所示的不同电流占空比对铝合金凝固组织细化的作用，结果发现不同电流占空比对铝合金凝固组织细化均有作用，与未施加磁场铸锭凝固组织相比晶粒平均尺寸分别下降了23.8％和40.6％。

所述方法还包括：在所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述中空水冷铜线圈中通入冷却水。

本发明的有益效果：

(1)本发明能够均匀细化铝合金凝固组织，晶粒细化程度可降低15％～40％，可制备不同程度的大尺寸的细晶铸锭，显著提高了铸锭的表面质量；

(2)本发明能够制备不同系列的铝合金细晶铸锭；

(3)无污染，本发明的表面脉冲矩形波磁场非接触铝合金熔体，不会对铝合金熔体本身产生任何污染，也不会对环境产生污染；

(4)本发明采用低频，设备简单，操作安全，可直接在工厂原有的设备上安装使用，且节约成本和投资。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电磁能晶粒细化的电磁装置，其特征在于，所述电磁装置应用于半连续铸造设备中，所述电磁装置包括：

硅钢叠片铁芯、升降平台、升降支架、线圈；

所述线圈缠绕在所述硅钢叠片铁芯的外圆周上；

所述升降平台上设置有圆孔，所述硅钢叠片铁芯穿过所述圆孔套接在所述升降平台的圆孔内；

所述升降支架的顶端连接在所述升降平台的下表面，所述升降支架的底端与所述铸造槽体可拆卸连接，所述升降支架支撑所述升降平台，所述升降支架用于调整所述升降平台的高度。

2.根据权利要求1所述的一种电磁能晶粒细化的电磁装置，其特征在于，所述电磁装置还包括：电源，所述电源与所述线圈连接，使所述线圈通电。

3.根据权利要求1所述的一种电磁能晶粒细化的电磁装置，其特征在于，所述电磁装置还包括：固定端，所述固定端与所述升降支架的底端连接，所述升降支架的底端通过所述固定端与所述铸造槽体可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种电磁能晶粒细化的电磁装置，其特征在于，所述线圈为中空水冷铜线圈。

5.一种电磁能晶粒细化的方法，所述方法应用于上述权利要求1-4中的所述一种电磁能晶粒细化的电磁装置，其特征在于，所述方法具体包括：

将所述电磁装置固定在铸造盘的流槽的上方；

调整所述升降支架使所述硅钢叠片铁芯的底端与熔体液面的距离为10mm；

将金属在熔炼炉中熔化后，将熔体浇入所述流槽内；

向所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体；

所述电磁熔体依次经过结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

6.根据权利要求5所述的一种电磁能晶粒细化的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在向所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述中空水冷铜线圈中通入冷却水。