CN111299525A

CN111299525A - 一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置

Info

Publication number: CN111299525A
Application number: CN202010278848.6A
Authority: CN
Inventors: 沈利; 闫春雷; 高宝堂; 鮑鑫宇; 刘智成; 郭有军; 白洁; 于水; 徐良; 麻永林; 邢淑清
Original assignee: Baotou Aluminium Co ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Baotou Aluminium Co ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明公开一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，涉及冶金与金属材料制备技术领域，若干个电磁能晶粒细化装置设置于缓冲流槽上方，缓冲流槽的槽体包括底板和固定于底板上方的侧围板，侧围板的两端分别设置有流槽入口和流槽出口，多个侧挡板固定于侧围板的内壁上，任意两个侧挡板之间存在间隙，多个中部挡板固定于底板中部，任意两个中部挡板之间存在间隙，任意一个中部挡板与任意一个侧挡板之间存在间隙；电磁能晶粒细化装置包括铁芯和导线圈，导线圈缠绕于铁芯上，相邻的两匝导线圈之间相互绝缘，导线圈与铁芯之间相互绝缘。该装置能够保证铝合金熔体磁场处理时间，有效减小铸锭晶粒尺寸，提高产品质量。

Description

一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置

技术领域

本发明涉及冶金与金属材料制备技术领域，特别是涉及一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置。

背景技术

近年来，变形铝合金成型件的研究和应用得到了人们的广泛关注。为了得到性能优异的变形铝合金成型件，首先要有质量较好的变形铝合金初始锭坯。然而，通常变形铝合金锭坯存在组织粗大问题，不利于锭坯后续的热加工，也会影响产品的性能。由于晶粒细化可以减少锭坯偏析等缺陷，改善组织的均匀性及其力学性能，并能提高后续加工过程中(如挤压和轧制)的成形性，确保再结晶之后晶粒尺寸细小均匀，因此，晶粒细化是一种很重要的变形铝合金铸锭质量的方法。

晶粒细化的方法主要有添加晶粒细化剂和物理法。物理法中的电磁处理方法由于不接触熔体，对熔体没有污染，且不受合金成分影响，成为研究热点，并在工业生产中得到了应用。在铸造过程中施加低频电磁场，发现在电磁能作用下，铸锭组织得到明显细化，组织分布和均匀性均有所改善，同时铸锭的热裂倾向减轻。施加电磁能可使铸锭偏析减轻，同时屈服强度、硬度和断裂伸长率得到明显提高。

在实际生产中，炉子为3-30t，30t时流槽内流速过大，在晶粒细化过程中，铝合金电磁能晶粒细化技术细化铝合金，对铝合金熔体的流速有一定的要求，流槽内铝合金熔体流速过快，电磁能施加时间短，导致铝合金晶粒细化效果不能达到最佳水平。同时，之前发明中电磁能晶粒细化设备安放在流槽入口，流速为2cm/s，电磁能作用区域为500mm，处理时间为25s，晶粒细化率为3.61％，存在晶粒细化效果差的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，保证铝合金熔体磁场处理时间，有效减小铸锭晶粒尺寸，提高产品质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，包括缓冲流槽和若干个电磁能晶粒细化装置，若干个所述电磁能晶粒细化装置设置于所述缓冲流槽上方，所述缓冲流槽包括槽体、多个侧挡板和多个中部挡板，所述槽体包括底板和固定于所述底板上方的侧围板，所述侧围板的两端分别设置有流槽入口和流槽出口，多个所述侧挡板固定于所述侧围板的内壁上，且所述侧挡板下端固定于所述底板上，任意两个所述侧挡板之间存在间隙，多个所述中部挡板固定于所述底板中部，任意两个所述中部挡板之间存在间隙，任意一个所述中部挡板与任意一个所述侧挡板之间存在间隙；所述电磁能晶粒细化装置包括铁芯和导线圈，所述导线圈缠绕于所述铁芯上，相邻的两匝所述导线圈之间相互绝缘，所述导线圈与所述铁芯之间相互绝缘。

优选地，所述侧围板包括两个第一侧板和两个第二侧板，两个所述第一侧板平行设置于所述底板上，两个所述第二侧板平行设置于所述底板上，所述第一侧板与所述第二侧板相互垂直，相邻的所述第一侧板与所述第二侧板相连接，两个所述第一侧板的中部分别设置有所述流槽入口和所述流槽出口，各所述第二侧板的内壁上固定连接有多个所述侧挡板，且所述侧挡板下端固定于所述底板上，所述侧挡板与所述第二侧板相互垂直。

优选地，多个所述中部挡板相互平行，所述中部挡板与所述侧挡板相互平行，所述中部挡板与所述侧挡板不共线设置。

优选地，所述流槽入口和所述流槽出口对称设置。

优选地，所述中部挡板的长度大于所述流槽入口和所述流槽出口的宽度。

优选地，两个所述第二侧板上的所述侧挡板对称设置，所述中部挡板的长度大于对称设置的两个所述侧挡板之间的间隙。

优选地，所述槽体内部涂抹有滑石粉。

优选地，所述铁芯为硅钢芯片，所述导线圈为由空心高温漆包铜线绕制成的螺线管形，所述空心高温漆包铜线的两端分别为冷却水入口和冷却水出口。

优选地，相邻的两匝所述导线圈之间设置有绝缘纤维，所述导线圈与所述铁芯之间设置有绝缘纤维。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，包括缓冲流槽和若干个电磁能晶粒细化装置，若干个电磁能晶粒细化装置设置于缓冲流槽上方，缓冲流槽包括槽体、多个侧挡板和多个中部挡板，铝合金熔体进入槽体内，在侧挡板和中部挡板的作用下，阻力增大，铝合金熔体的流动状态生改变，产生紊流现象，形成小漩涡，铝合金熔体在缓冲流槽内流动的过程流速下降，且流动路程增加，铝合金熔体在磁场的作用区域内的时间增多，使铝合金晶粒细化效果达到最佳，同时可以根据缓冲流槽的长度调整电磁能晶粒细化装置的数目，从而实现有效细化铝合金凝固组织。

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为本发明提供的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置的结构示意图；

图2为本发明中缓冲流槽的结构示意图；

图3为本发明中铝合金熔体在缓冲流槽中的流速矢量图；

图4为本发明中铝合金熔体在缓冲流槽中的粒子追踪图；

图5为本发明中铝合金熔体在缓冲流槽内的温度图；

图6为本发明中铝合金熔体中产生的电磁力矢量图；

图7为本发明中铝合金熔体中产生的感应磁场矢量图；

图8为施加磁场但处理时间短的情况下得到的铝合金铸锭金相组织图片；

图9为采用本发明中的装置得到铝合金铸锭组织金相图片。

附图标记说明：1、铁芯；2、导线圈；3、冷却水入口；4、冷却水出口；5、缓冲流槽；51、底板；52、第一侧板；53、第二侧板；54、流槽入口；55、流槽出口；56、侧挡板；57、中部挡板；6、铝合金熔体。

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用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，保证铝合金熔体磁场处理时间，有效减小铸锭晶粒尺寸，提高产品质量。

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1-2所示，本实施例提供一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，包括缓冲流槽5和若干个电磁能晶粒细化装置，若干个电磁能晶粒细化装置设置于缓冲流槽5上方，缓冲流槽5包括槽体、多个侧挡板56和多个中部挡板57，槽体包括底板51和固定于底板51上方的侧围板，侧围板的两端分别设置有流槽入口54和流槽出口55，多个侧挡板56固定于侧围板的内壁上，且侧挡板56下端固定于底板51上，任意两个侧挡板56之间存在间隙，多个中部挡板57固定于底板51中部，任意两个中部挡板57之间存在间隙，任意一个中部挡板57与任意一个侧挡板56之间存在间隙；电磁能晶粒细化装置包括铁芯1和导线圈2，导线圈2缠绕于铁芯1上，相邻的两匝导线圈2之间相互绝缘，导线圈2与铁芯1之间相互绝缘，导线圈2由专用电源驱动，本实施例中加载波形可采用多种波形峰值电流。

缓冲流槽5设置在与熔炼炉连接的主流槽与浇筑盘之间，将金属放入熔炼炉熔化后，铝合金熔体6从主流槽流入缓冲流槽5，开启专用电源，对进入缓冲流槽5内的铝合金熔体6进行磁场处理，铝合金熔体6通过缓冲流槽5后，获得电磁铝合金熔体6，进入浇筑盘后，进行浇筑，冷却后得到晶粒细化的铝锭。铝合金熔体6进入缓冲流槽5内，在侧挡板56和中部挡板57的作用下，阻力增大，铝合金熔体6的流动状态生改变，产生紊流现象，形成小漩涡，铝合金熔体6在缓冲流槽5内流动的过程流速下降，且流动路程增加，铝合金熔体6在磁场的作用区域内的时间增多，使铝合金晶粒细化效果达到最佳，同时还可根据缓冲流槽5的长度调整电磁能晶粒细化装置的数目，从而有效细化铝合金凝固组织，提高铝合金的性能。如图8-9所示，在施加磁场但处理时间短的情况下得到的铝合金铸锭的晶粒尺寸大于利用本实施例中的装置得到的铝合金铸锭的晶粒尺寸，可见，采用本实施例中的装置达到了更好的铝合金晶粒细化效果。

对于给定主流槽截面，主流槽中的速度满足如下公式：体积流量(Q)＝平均流速(v)×截面积(A)，铝液经过主流槽，以30t铝液，时间为1.5h计算，主流槽流量为0.00205m³/s，主流槽截面面积为120×120(mm²)，流速为14cm/s，可见，由主流槽流出的铝合金熔体6流速过高，为了降低铝合金熔体6流速，本实施例中在主流槽后端连接设置有侧挡板56和中部挡板57的缓冲流槽5。如图3所示，铝合金熔体6在流动过程中，受到侧挡板56和中部挡板57的阻碍，流速降低，增加侧挡板56和中部挡板57后，铝合金熔体6流动路程增加，使得铝合金熔体6在磁场的作用区域内的时间增多，晶粒细化效果达到最优状态。层流是流体的理想流动状态，铝合金熔体6在主流槽内接近于层流状态，铝合金熔体6进入缓冲流槽5内，接触侧挡板56和中部挡板57，铝合金熔体6呈现紊流状态，各个铝合金熔体6质点的流线交织在一起，在侧挡板56和中部挡板57的作用下，铝合金熔体6产生速度损失。在缓冲流槽5内，紊流现象出现在侧挡板56和中部挡板57周边区域，随着小漩涡的产生，铝合金熔体6的流速降低，磁场处理时间增加。如图4所示，铝合金熔体6粒子从流槽入口54进入，从流槽出口55离开，进入电磁能作用区域至少为40s。可见，本实施例中的装置适用范围广，可以满足达到3-30t铝液晶粒细化，保证晶粒细化效果，且不接触铝合金熔体6，能在液相线以上处理铝合金熔体6，促进形核，提高形核率。

具体地，槽体为上部开口的长方体结构，侧围板包括两个第一侧板52和两个第二侧板53，两个第一侧板52平行设置于底板51上，两个第二侧板53平行设置于底板51上，第一侧板52与第二侧板53相互垂直，相邻的第一侧板52与第二侧板53相连接，两个第一侧板52的中部分别设置有流槽入口54和流槽出口55，各第二侧板53的内壁上固定连接有多个侧挡板56，且侧挡板56下端固定于底板51上，侧挡板56与第二侧板53相互垂直。

具体地，多个中部挡板57相互平行，中部挡板57与侧挡板56相互平行，中部挡板57与侧挡板56不共线设置。流槽入口54和流槽出口55对称设置，流槽入口54的内侧和流槽出口55的内侧各设置有一个中部挡板57，中部挡板57的长度大于流槽入口54和流槽出口55的宽度。

具体地，两个第二侧板53上的侧挡板56对称设置，中部挡板57的长度大于对称设置的两个侧挡板56之间的间隙。

于本具体实施例中，槽体、侧挡板56和中部挡板57均采用耐火材料制作。为了进一步降低槽体内铝合金熔体6的流速，槽体内部涂抹有滑石粉。

具体地，铁芯1为硅钢芯片，导线圈2为由空心高温漆包铜线绕制成的螺线管形，空心高温漆包铜线的两端分别为冷却水入口3和冷却水出口4，即导线圈2缠绕于硅钢芯片外侧，且导线圈2内部通冷却水。使用时，向导线圈2中通入冷却水，并开启专用电源，脉冲频率控制在20Hz，峰值电流控制在100A，占空比d设置为20％，专用电源开始工作后，开始浇入铝合金熔体6，当给导线圈2通入峰值电流时，导线圈2激励硅钢芯片产生磁场，开始对铝合金熔体6进行电磁能处理，电磁能晶粒细化装置在浇铸过程中保持工作状态，直至浇铸结束。工作过程中保证磁极表面磁感应强度为0.6T以上，磁极距液面不大于10mm，可以调节专用电源的电流值、增加导线圈2匝数等方式保证磁感应强度，从而满足晶粒细化的要求。

于本具体实施例中，相邻的两匝导线圈2之间设置有绝缘纤维，导线圈2与铁芯1之间设置有绝缘纤维。

在使用本实施例中的装置进行铝液电磁能处理时，实现了铝液在缓冲流槽5内停留时间不少于40s，主要截面速度差不超过10％，缓冲流槽5中的流场分布合理，主要截面的流速分布均匀；保证磁极下液体中磁场的穿透深度不小于50mm，强度不低于0.2T；如图5所示，通过形成合理的流场，温度在缓冲流槽5内最大偏差不超过5℃，不出现死区，温度均匀，流动性好，有效提高铝合金产品的质量。通过合理的组织铝液在缓冲流槽5的流场，协调铝液在缓冲流槽5中磁场分布，以及控制缓冲流槽5中的温度分布，能够实现电磁能对铝液的高效、快速和均匀处理，达到预期处理效果。

如图6所示，对铝合金熔体6进行电磁能处理时，铝合金熔体6受到电磁力的作用，晶粒的长大被限制，证实电磁能处理有很好的晶粒细化作用，同时促进晶核的运动。图7是导线圈2为50匝，电磁能晶粒细化装置工作时铝合金熔体6的感应磁场矢量图。

本说明书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

1.一种用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，包括缓冲流槽和若干个电磁能晶粒细化装置，若干个所述电磁能晶粒细化装置设置于所述缓冲流槽上方，所述缓冲流槽包括槽体、多个侧挡板和多个中部挡板，所述槽体包括底板和固定于所述底板上方的侧围板，所述侧围板的两端分别设置有流槽入口和流槽出口，多个所述侧挡板固定于所述侧围板的内壁上，且所述侧挡板下端固定于所述底板上，任意两个所述侧挡板之间存在间隙，多个所述中部挡板固定于所述底板中部，任意两个所述中部挡板之间存在间隙，任意一个所述中部挡板与任意一个所述侧挡板之间存在间隙；所述电磁能晶粒细化装置包括铁芯和导线圈，所述导线圈缠绕于所述铁芯上，相邻的两匝所述导线圈之间相互绝缘，所述导线圈与所述铁芯之间相互绝缘。

2.根据权利要求1所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，所述侧围板包括两个第一侧板和两个第二侧板，两个所述第一侧板平行设置于所述底板上，两个所述第二侧板平行设置于所述底板上，所述第一侧板与所述第二侧板相互垂直，相邻的所述第一侧板与所述第二侧板相连接，两个所述第一侧板的中部分别设置有所述流槽入口和所述流槽出口，各所述第二侧板的内壁上固定连接有多个所述侧挡板，且所述侧挡板下端固定于所述底板上，所述侧挡板与所述第二侧板相互垂直。

3.根据权利要求2所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，多个所述中部挡板相互平行，所述中部挡板与所述侧挡板相互平行，所述中部挡板与所述侧挡板不共线设置。

4.根据权利要求3所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，所述流槽入口和所述流槽出口对称设置。

5.根据权利要求4所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，所述中部挡板的长度大于所述流槽入口和所述流槽出口的宽度。

6.根据权利要求3所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，两个所述第二侧板上的所述侧挡板对称设置，所述中部挡板的长度大于对称设置的两个所述侧挡板之间的间隙。

7.根据权利要求1所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，所述槽体内部涂抹有滑石粉。

8.根据权利要求1所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，所述铁芯为硅钢芯片，所述导线圈为由空心高温漆包铜线绕制成的螺线管形，所述空心高温漆包铜线的两端分别为冷却水入口和冷却水出口。

9.根据权利要求1所述的用于铝合金晶粒细化电磁能缓冲流槽装置，其特征在于，相邻的两匝所述导线圈之间设置有绝缘纤维，所述导线圈与所述铁芯之间设置有绝缘纤维。