CN204639082U - 合金连铸结晶区超声波搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及合金的坯料产品领域，具体而言，涉及一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置。其包括搅拌筒和至少四个超声波发生器；超声波发生器设置在搅拌筒的外部；搅拌筒为两端开口的筒状。本实用新型通过将超声波发生器设置在搅拌筒的外部，带动搅拌筒进行振动，进而带动通过搅拌筒的内腔的合金液体一起进行振动，进而使搅拌筒的内腔内通过的熔液快速且均匀地被搅拌，熔液成份均匀化而在凝固成坯料时完全不会产生偏析；由于超声波搅拌作用，降低了固相线中心熔液的温度；由于超声波的高频率振动将合金液体中的气体排出，缩短了坯料凝固时间，显著地提高了合金坯料的密实度及品质，并且提高了产量；本实用新型的结构简单，操作方便，功能实用。

Description

合金连铸结晶区超声波搅拌装置

技术领域

本实用新型涉及合金的坯料产品领域，具体而言，涉及一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置。

背景技术

在生产合金的过程中，金液体在结晶器中，随着机械垂直匀速重力下，在水冷却的条件下凝固成坯料。

以镁铝合金为例，这些装置虽有一定的拉铸的坯料效果，但由于其往往由于在合金液体本身含有的空气造成有色金属合金坯体外表面、内部氧化和氮化趋向显著，(而高频超声波正好将在合金液体凝固之前排出空气的效果)各种夹杂严重等缺陷。如由于合金液体在重力下自由凝固存在组织疏松、宏观偏析、晶粒粗大且不均、对变形有色金属合金力学性能、耐蚀性能等品质要求差距较大。

随着镁、铝合金等有色高端合金坯料在高精端产业的广范应用，市场对变形合金力学性能、耐蚀性能等品质要求越来越严格，现行工装、工艺等技术满足不了做型材用原料需求，熔体氧化和氮化趋向显著，存在组织疏松、宏观偏析、晶粒粗大且不均、各种夹杂严重等缺陷，为了提高坯料品质，制备高品质坯料关键技术产业化研究，确定提高棒料纯净度、力学性能、镁合金结构材料的研究，必须通过采用新技术来大幅度提高镁、铝合金变形产品的各种性能，以改变镁、铝合金的凝固行为，达到晶粒细化获得优良的组织结构，提高镁、铝合金材料性能及表面质量。

而如何实现上述的目的，是目前亟待解决的一个课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置，以解决上述的问题。

在本实用新型的实施例中提供了一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置，包括搅拌筒和至少四个超声波发生器；

所述超声波发生器设置在所述搅拌筒的外部，能够带动所述搅拌筒做高频振动，并将所述超声波发生器发射出的超声波传递到所述搅拌筒内的合金液体中，使其能够起到搅拌到合金液体的作用；

所述搅拌筒为两端开口的筒状。

进一步的，所述搅拌筒外侧设置有外壳；

所述外壳与所述搅拌筒之间设置有冷却液腔。

进一步的，所述冷却液腔远离所述搅拌筒的内腔的一侧设置有至少一个进液口；

所述冷却液腔靠近所述搅拌筒的内腔的一侧设置有至少一个喷嘴；

所述进液口和所述喷嘴分别设置在所述冷却液腔的上下两端。

进一步的，所述外壳的一端设置有安装座。

进一步的，所述超声波发生器固定设置在变幅杆的一端；

所述变幅杆的另一端固定设置在所述搅拌筒的外壁上。

进一步的，所述变幅杆的另一端通过超声波转换器与所述搅拌筒的外壁固定连接。

进一步的，所述超声波发生器以所述搅拌筒的轴线为中心轴均匀设置；

和/或，

所述超声波发生器沿所述搅拌筒的轴线方向均匀设置。

进一步的，所述超声波发生器通过螺母固定。

进一步的，所述螺母与所述超声波发生器之间设置有压块。

进一步的，所述超声波发生器为振动子。

本实用新型提供的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，通过将超声波发生器设置在搅拌筒的外部，带动搅拌筒进行振动，进而带动通过搅拌筒的内腔的合金液体一起进行振动，进而能够使搅拌筒的内腔内通过的熔液快速且均匀地被搅拌，熔液成份均匀化而在凝固成坯料时完全不会产生偏析，对镁、铝、锰、钙、稀土等合金含量高的熔液，合金连铸结晶区超声波搅拌装置的作用更加明显；由于超声波搅拌作用，降低了固相线中心熔液的温度；由于超声波的高频率振动将合金液体中的气体排出，缩短了坯料凝固时间，显著地提高了合金坯料的密实度及品质，并且提高了产量；本实用新型的结构简单，操作方便，功能实用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型合金连铸结晶区超声波搅拌装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本实用新型合金连铸结晶区超声波搅拌装置的安装座的结构示意图。

附图标记：

1：螺母          2：压块            3：超声波发生器

4：接线柱        5：变幅杆          6：法兰盘

7：法兰          8：外壳            9：超声波转换器

10：搅拌筒       11：内腔           12：冷却液腔

13：进液口       14：安装座         15：喷嘴

16：螺栓         17：定位部         18：放置板

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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，因此这些术语不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如附图所示，本实用新型提供了一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置，包括搅拌筒10和至少四个超声波发生器3；

超声波发生器3设置在搅拌筒10的外部，能够带动搅拌筒10做高频振动，并将超声波发生器3发射出的超声波传递到搅拌筒10内的合金液体中，使其能够起到搅拌到合金液体的作用；

搅拌筒10为两端开口的筒状。

超声波发生器3在通过振动发出超声波时，能够带动搅拌筒10一起振动，进而当合金液体从搅拌筒10的内腔11通过时，会由于搅拌筒10的振动而带动其内的合金液体振动，实现对合金液体的振动搅拌，使合金液体处于一种均匀混合的状态，能够确保合金液体在凝固时的密实程度，避免了组织疏松，降低合金液体在凝固时的偏析度，使合金能够更好的融合，进而减小凝固的颗粒的粒度，还能够进一步提高合金的力学性能和耐蚀性能等品质要求。

搅拌筒10的外部设置的超声波发生器3的数量可以根据实际需要进行调整，搅拌筒10的直径较大时，或者合金液体的温度较高冷却时间较长时，可以将超声波发生器3的数量设置多一些，如6个、8个或者10个均可，其中，以偶数个为佳。

需要说明的是，超声波发生器3在设置的时候，需要以搅拌筒10的轴线为中心轴均匀设置，以保证超声波发生器3发出的超声波对搅拌筒10内的合金液的震动搅拌更加均匀。

优选的实施方式为，搅拌筒10外侧设置有外壳8；

外壳8与搅拌筒10之间设置有冷却液腔12。

在搅拌筒10外设置外壳8，在外壳8与搅拌筒10之间设置冷却液腔12，在冷却液腔12内充入冷却液后，可以通过搅拌筒10进行热量传递，进而对搅拌筒10内的合金液体进行降温，使其能够顺利凝固，以便得到最终的产品。

此时的超声波发生器3设置在外壳8的外部，能够避免冷却液将超声波发生器3浸泡而使超声波发生器3产生损坏。

冷却液腔12的容积、高度、厚度等参数均需要根据搅拌筒10的形状尺寸、合金液体的种类等情况进行调整。一般的设置是将冷却液腔12的高度略低于搅拌筒10的高度，进而使冷却液腔12能够增加合金液体的降温行程，最大程度的给搅拌筒10内的合金液体进行降温。

冷却液的选择可以有很多种，如酒精等，在本实施例中采用了水做冷却液，其不仅能够具有冷却的功能，更是具有节能环保的特点，且成本低，取用方便，在冷却完合金液体后对水进行散热后还能进行循环利用。

在搅拌筒10外设置外壳8，其与搅拌筒10之间设置冷却液腔12后，可以降低外壳8的温度，也使外壳8具有了保护工作人员不受搅拌筒10的高温影响，避免了工作人员被烫伤的危险，提高了工作的安全性。

在本实施例中，在搅拌筒10的上端设置了法兰盘6，在外壳8上也同时设置了法兰7，使法兰7与法兰盘6通过螺栓16固定连接，这样的设置可以使外壳8变为可拆卸的结构，可以方便的对外壳8进行更换、检修等操作。

外壳8的安装，可以是通过上述方式进行安装，但其不仅仅局限于上述方式进行安装，其还可以是其他方式，如可以是通过焊接等将外壳8固定在搅拌筒10上，也就是说，只要能够将外壳8固定安装在搅拌筒10上即可。

优选的实施方式为，冷却液腔12远离搅拌筒10的内腔11的一侧设置有至少一个进液口13；

冷却液腔靠近搅拌筒10的内腔11的一侧设置有至少一个喷嘴15；

进液口13和喷嘴15分别设置在冷却液腔12的上下两端。

在冷却液腔12的外侧设置一个进液口13，内侧设置一个喷嘴15，进液口13设置在搅拌筒10的上端，喷嘴15设置在搅拌筒10的下端。

这样的设置，可以使水在进液口13进入到冷却液腔12内后，将搅拌筒10的内腔11内的合金液体充分冷却后凝固，再通过喷嘴15向凝固后的合金喷水，进一步降低合金的温度，使其能够变成常温下的合金，进而通过人工或机器将其运送走，以使搅拌筒10能够继续进行正常的工作，不会被凝固后的合金给堵塞。

另外，在冷却液腔12上设置进液口13和喷嘴15，能够使冷却液腔12内始终充满温度较低的水，进而保证冷却液腔12对内腔11的合金液体的冷却效果；通过反复的对冷却液腔12内进行充水和放水，实现水的循环，在保证了冷却效果的同时，又能使水循环利用，提高了资源利用率，避免了水资源的浪费。

进液口13和喷嘴15的数量可以根据实际进行调整，搅拌筒10的直径较大时，或者合金液体的温度较高冷却时间较长时，可以将进液口13和/或喷嘴15的数量设置多一些。

喷嘴15还可以设置为环形喷嘴，即在搅拌筒10的下方周围一圈，进而可以对从搅拌筒10中流出的合金液进行全方位冷却，提高冷却效率。

优选的实施方式为，外壳8的一端设置有安装座14。

外壳8的一端设置安装座14后，可以将整个搅拌装置进行固定安装，避免了搅拌装置在超声波发生器3的振动过程中由于跟着一起晃动而不稳定，进而造成合金液体的洒落等状况发生。

安装座14的形状可以根据实际的安装位置进行确定。

在本实施例中，安装座14为环状结构，如图3所示，其包括放置板18和定位部17，定位部17固定设置在放置板18的一侧，利用定位部17能够实现将搅拌装置在固定位置进行定位固定。

搅拌装置的安装定位可以是使用上述结构，但其不仅仅局限于这样的结构，其还可以是其他结构，甚至还可以是通过搅拌装置的上端进行固定，其只要能够将搅拌装置固定住，能够保证搅拌装置的稳定性，能够避免合金液体的洒落即可。

优选的实施方式为，超声波发生器3固定设置在变幅杆5的一端；

变幅杆5的另一端固定设置在搅拌筒10的外壁上。

由于超声波发生器3在产生超声波时，会同时产生较多的热量，如果将超声波发生器3直接设置在搅拌筒10的外壁上时，会大大的降低合金液体的降温效率。

超声波发生器3设置在变幅杆5上，通过变幅杆5对超声波发生器3产生的热量进行散热，此时，超声波发生器3传递给搅拌筒10的就只剩下振动了，就不会影响到合金液体的降温效率。

变幅杆5的长度、直径或宽度等均根据具体的超声波发生器3的型号、规格等进行确定，当其产生的热量较多时，变幅杆5的长度应相应的加长，以提高散热的过程。

将超声波发生器3的高频震动能量通过变幅杆5带动搅拌筒10的筒壁振动，使超声波发生器3和搅拌筒10的筒壁和二为一。

优选的实施方式为，变幅杆5的另一端通过超声波转换器9与搅拌筒10的外壁固定连接。

超声波转换器9即超声波换能器，通过超声波转换器9能够保证超声波发生器3在通过变幅杆5传递给搅拌筒10的振动频率，使其振动衰减率最小，保证超声波发生器3的工作效率。

需要指出的是，变幅杆5还可以是直接与搅拌筒10的外壁固定连接，只要能够保证变幅杆5与外壁的固定强度即可保证衰减率。

优选的实施方式为，超声波发生器3以搅拌筒10的轴线为中心轴均匀设置；

和/或，

超声波发生器3沿搅拌筒10的轴线方向均匀设置。

也就是说，将超声波发生器3以搅拌筒10的轴线为中心轴进行圆周均布，也可以同时将其设置为多层结构，这样既能保证搅拌筒10内的合金液体的振动均匀，又能保证合金液体的振动行程。

其圆周均布的数量和设定的层数可以根据具体的实际情况进行确定，其可以是两层、三层、四层甚至更多，每层的设置数量可以是4个、6个、8个等或其他数量。在本实施例中，超声波发生器3设定为两层，每层设置八个。

优选的实施方式为，超声波发生器3通过螺母1固定。

超声波发生器3通过螺母1进行固定，能够便于对超声波发生器3的拆卸，进而便于对于每一个超声波发生器3的检修和更换。

优选的实施方式为，螺母1与超声波发生器3之间设置有压块2。

当螺母1太紧时，螺母1对超声波发生器3施加较大的压强，有可能会对超声波发生器3造成损害；当螺母1太松时，超声波发生器3由于振动可能会在变幅杆5上脱落，进而导致搅拌筒10的搅拌不均匀。

在螺母1与超声波发生器3之间设置压块2，能够最大程度降低螺母1过紧使对超声波发生器3造成的损害。

优选的实施方式为，超声波发生器3为振动子。

振动子，又称振子，能够通过电能产生振动，进而产生超声振动波。振动子通过接线柱4与电源连接。

通过超声波进行振动搅拌，有很多的好处。

1、通过了超声波搅拌能够改变合金液体在凝固时组织的密实，合金液体冷凝时的宏观偏析变小、晶粒的粒度变小，达到了提高合金力学性能、耐蚀性能等品质的要求。

2、可以通过调节超声波搅拌装置的各参数来调节搅拌力，搅拌作用可非常强烈，致使结晶器管所有熔液快速且均匀地被搅拌，因此，熔液成份均匀化而完全不会产生偏析。对镁、铝、锰、钙、稀土等合金含量高的熔液，合金连铸结晶区超声波搅拌装置的作用更加明显。

3、由于熔液强烈地被搅拌，相当于提高了冷料的导热率，所以冷料的熔化加速，缩短了熔化时间。与此同时，由于在熔液和冷料之间进行了强制接触，在数分钟内消除了熔液表面和底部的温度差(幅度为100℃～150℃)，整个熔液的温度降低，从而提高了辐射热的吸收，减少了热损失，降低了能耗。

4、防止氧化，提高原料的利用率，增大效益空间，在提高原料的利用率上，防止熔液的氧化是重要的。由于超声波搅拌作用，降低了固相线中心熔液的温度、缩短了坯料凝固时间，显著地提高了原料的利用率，并且提高了产量。

5、使气泡上浮，提高产品质量由于合金熔液被强烈地搅拌，其气泡在搅拌中上浮，提高了产品的内在质量。

6、超声的特点之一很简单，就是听不见。前面提到，声音来源于部件的振动，振动除产生声波外，还可以产生其它作用，其中一些作用将在下面介绍。如果我们激发振动的目的是这些其它作用，那么通常我们不想同时产生听得见的声音，因为这些声音这时是噪声.在这种情况下，可以激发20000Hz以上的振动，既能完成一些其它功能，又不伴生干扰。

7、超声的第二个特点是波长小。任何一种波动(声波、电磁波、等离子波等等)都有一些共同的基本参数，其中之一是传播速度，另一个就是波长。声波是机械波，或说是力学波。媒质中有声波传播时，原来是静止的媒质质点会以原占位置为中心作很微小(例如也许只几十纳米)的振动，每个质点在振动若干次后将恢复静止.但这种振动的状态，由于媒质的弹性，会传给紧邻的质点，依次向下传递，可能传得很远，在海洋中甚至可传到1000km以外.这种传递的速度就是声波的传播速度。

8、超声频率高，因此波长小。这有两点重要后果，一点是不必用尺寸很大的声源，即振动源，就可以产生指向性比较尖锐的声波。定性地说，指向性描述声源所发射声束的狭窄程度，狭窄的象手电筒所发射的光，宽广的或说弥散的可象电灯泡所发射的光。在许多声波应用中，我们需要前者而不需要后者。可以证明，如果要产生前者，声源的尺寸应当比声波的波长大几倍。1MHz的声波在水中的波长约为1.4mm，而1000Hz的声波在水中的波长约为1.4m，制作和搬运一个直径几毫米的声源显然比制作和搬运一个直径几米的声源省事得多。

本实用新型提供的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，通过将超声波发生器3设置在搅拌筒10的外部，带动搅拌筒10进行振动，进而带动通过搅拌筒10的内腔11的合金液体一起进行振动，进而能够使搅拌筒10的内腔11内通过的熔液快速且均匀地被搅拌，熔液成份均匀化而在凝固成坯料时完全不会产生偏析，对镁、铝、锰、钙、稀土等合金含量高的熔液，合金连铸结晶区超声波搅拌装置的作用更加明显；由于超声波搅拌作用，降低了固相线中心熔液的温度；由于超声波的高频率振动将合金液体中的气体排出，缩短了坯料凝固时间，显著地提高了合金坯料的密实度及品质，并且提高了产量；本实用新型的结构简单，操作方便，功能实用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，包括搅拌筒和至少四个超声波发生器；

所述超声波发生器设置在所述搅拌筒的外部，能够带动所述搅拌筒做高频振动，并将所述超声波发生器发射出的超声波传递到所述搅拌筒内的合金液体中，使其能够起到搅拌到合金液体的作用；

所述搅拌筒为两端开口的筒状。

2.根据权利要求1所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述搅拌筒外侧设置有外壳；

所述外壳与所述搅拌筒之间设置有冷却液腔。

3.根据权利要求2所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述冷却液腔远离所述搅拌筒的内腔的一侧设置有至少一个进液口；

所述冷却液腔靠近所述搅拌筒的内腔的一侧设置有至少一个喷嘴；

所述进液口和所述喷嘴分别设置在所述冷却液腔的上下两端。

4.根据权利要求2所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述外壳的一端设置有安装座。

5.根据权利要求1所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述超声波发生器固定设置在变幅杆的一端；

所述变幅杆的另一端固定设置在所述搅拌筒的外壁上。

6.根据权利要求5所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述变幅杆的另一端通过超声波转换器与所述搅拌筒的外壁固定连接。

7.根据权利要求1所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述超声波发生器以所述搅拌筒的轴线为中心轴均匀设置；

和/或，

所述超声波发生器沿所述搅拌筒的轴线方向均匀设置。

8.根据权利要求1所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述超声波发生器通过螺母固定。

9.根据权利要求8所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述螺母与所述超声波发生器之间设置有压块。

10.根据权利要求1-9任一项所述的合金连铸结晶区超声波搅拌装置，其特征在于，所述超声波发生器为振动子。