CN116329504A - 一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，包括超声波发生器，超声波换能器，变幅杆，保温炉，超声探头和牵引装置；超声波发生器和超声波换能器电性连接；超声波换能器通过变幅杆与超声探头螺纹连接，超声探头置于保温炉内；保温炉底部开设有连通口，连通口处安装有牵引装置；保温炉内还浇注有金属液。本发明利用声波传输的反射和折射原理使超声波直接作用于保温炉熔体和水平连铸坯液穴位置熔体，起到净化保温炉熔体，细化连铸坯组织晶粒，改善铝合金水平连铸坯质量的作用。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料准备技术领域，特别是涉及一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置。
背景技术
水平连铸技术成本低、流程短，能生产大断面铸坯，生产长度不受限制，是制备高质量铸坯的重要方法。然而，水平连铸也存在铸坯周向组织不均匀，夹杂不易去除，内部存在溶质元素偏析等缺点。近年来，功率超声在材料加工和处理方面的应用引起了研究学者的关注。它在液体介质中传播时，会产生空化效应、声流效应、力学效应、热效应等，这些效应将引起流体中流动场、压力场和温度场的变化，进而细化凝固组织，解决铸坯内部的溶质元素偏析的问题。超声处理属于物理外场改性技术，不改变金属成分，因此，超声处理是改善水平连铸坯质量的理想方法。
公开号CN101244451A公开了一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置施加复合场改善水平连铸坯质量的方法和装置。该发明在保温炉靠近水口处设置功率超声设备，在结晶器外侧设置约束电磁线圈，用于改善水平连铸坯质量。
公开号CN108188362A公开了一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置CuNiSn系合金及带坯组合外场水平连铸制备方法及装置。该发明结晶器中设有超声发生器，超声波发生器距结晶器入口2-10cm。
超声的传播具有方向性，其在液体中产生的空化效应只存在于超声探头顶端较小的范围内，只有超声直接作用于液穴液固界面处才可细化铸坯组织，改善水平连铸坯的溶质偏析的问题。上述专利中，超声只是处理保温炉或中间包中的液体，均未能实现直接处理液穴部位金属液体的功能。
公开号CN104057040A公开了一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置齿轮钢水平连铸用施加超声波振动的装置及其方法。该发明钢水出口与水平连铸结晶器相连接，结晶器底部铜板外侧壁设置有底部超声波导杆，结晶器顶部铜板外侧壁设置有顶部超声波导杆，结晶器第一侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆，结晶器第二侧铜板外侧壁设置有第一侧超声波导杆。水平连铸结晶器上产生超声波振动，结晶器的振动使结晶器内壁获得良好的润滑条件，减少铸坯与结晶器内壁之间的摩擦力，防止钢水与内壁粘结。该发明通过超声振动结晶器，改善水平连铸坯表面质量，并未对改善水平连铸坯的内部质量。
因此，亟需设计一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现超声可直接处理液穴处铝合金液体，利用空化效应和声流效应改善水平连铸坯的内部质量，细化晶粒，改善溶质偏析问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，包括超声波发生器，超声波换能器，变幅杆，保温炉，超声探头和牵引装置；所述超声波发生器和超声波换能器电性连接；所述超声波换能器通过所述变幅杆与所述超声探头螺纹连接，所述超声探头置于保温炉内；所述保温炉底部开设有连通口，所述连通口处安装有所述牵引装置；所述保温炉内还浇注有金属液。
所述超声探头包括垂直探头和水平探头；所述垂直探头竖直设置且顶端与所述变幅杆螺纹连接；所述水平探头顶端与所述垂直探头底端螺纹连接。
所述垂直探头和水平探头均为石墨材质。
所述水平探头顶端设置44.8-45.5度斜角。
所述水平探头顶端位于所述保温炉的铝合金连铸坯液穴中。
所述牵引装置上还安装有结晶器。
所述超声波发生器超声频率为20kHz，超声功率为100～6000W。
本发明公开了以下技术效果：本发明通过超声直接处理液穴处铝合金液体，利用空化效应和声流效应改善水平连铸坯的内部质量，细化晶粒，改善溶质偏析问题。
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为整体结构示意图；
其中，1、超声波发生器，2、超声波换能器，3、变幅杆，4、保温炉，5、金属液，6、垂直探头，7、水平探头，8、结晶器，9、牵引装置。
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。
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。
本发明提供一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，包括超声波发生器1，超声波换能器2，变幅杆3，保温炉4，超声探头和牵引装置9；超声波发生器1和超声波换能器2电性连接；超声波换能器2通过变幅杆3与超声探头螺纹连接，超声探头置于保温炉4内；保温炉4底部开设有连通口，连通口处安装有牵引装置9；保温炉4内还浇注有金属液5。
超声探头包括垂直探头6和水平探头7；垂直探头6竖直设置且顶端与变幅杆3螺纹连接；水平探头7顶端与垂直探头6底端螺纹连接。
垂直探头6和水平探头7均为石墨材质。
水平探头7顶端设置44.8-45.5度斜角。
水平探头7顶端位于保温炉4的铝合金连铸坯液穴中。
牵引装置9上还安装有结晶器8。
超声波发生器1超声频率为20kHz，超声功率为100～6000W。
在本发明的一个实施例中，垂直探头6和水平探头7均为高强石墨。
在本发明的一个实施例中，由于声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一部分声波被反射，另一部分透射过界面，在另一种介质内传播。当波在界面上产生反射时，入射角正弦与反射角的正弦之比等于声波在介质中的波速之比。当波在界面处产生折射时，入射角正弦与折射角正弦之比等于入射波在第一介质中的波速与折射波在第二介质中的波速之比。且当折射角大于90°时，声波发生全反射；
进一步的，超声探头在超声处理铝金属液体过程中，当超声波在垂直探头6传播至石墨-铝液界面处发生反射，反射波的传播方向与水平探头7的方向平行。由于垂直探头6与水平探头7的材质相同，入射角等于反射角均为45°，且根据声波在铝、石墨的声音传播特性，当入射角超过约23°时，反射角大于90°，即发生全反射，因此并不产生折射波。当反射波再次传播至水平探头7顶端石墨与铝合金金属液体的界面处，入射角为0°，约有60％的声波能量传播进入到铝合金金属液体中。通过移动保温炉3上方超声发生器1的位置，使水平探头7顶端位于铝合金连铸坯液穴中，实现超声直接作用于铝合金连铸坯液穴中，获得晶粒细化，成分均匀高质量的铝合金水平连铸坯。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于，包括：超声波发生器(1)，超声波换能器(2)，变幅杆(3)，保温炉(4)，超声探头和牵引装置(9)；所述超声波发生器(1)和超声波换能器(2)电性连接；所述超声波换能器(2)通过所述变幅杆(3)与所述超声探头螺纹连接，所述超声探头置于保温炉(4)内；所述保温炉(4)底部开设有连通口，所述连通口处安装有所述牵引装置(9)；所述保温炉(4)内还浇注有金属液(5)。
2.根据权利要求1所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述超声探头包括垂直探头(6)和水平探头(7)；所述垂直探头(6)竖直设置且顶端与所述变幅杆(3)螺纹连接；所述水平探头(7)顶端与所述垂直探头(6)底端螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述垂直探头(6)和水平探头(7)均为石墨材质。
4.根据权利要求2所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述水平探头(7)顶端设置44.8-45.5度斜角。
5.根据权利要求1所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述水平探头(7)顶端位于所述保温炉(4)的铝合金连铸坯液穴中。
6.根据权利要求1所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述牵引装置(9)上还安装有结晶器(8)。
7.根据权利要求1所述的施加超声处理改善铝合金水平连铸坯质量的装置，其特征在于：所述超声波发生器(1)超声频率为20kHz，超声功率为100～6000W。
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