CN206139818U - 浸入式电磁脉冲细化晶粒装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，包括电磁脉冲细化晶粒装置本体，电磁脉冲细化晶粒装置本体包括封闭壳体及设置于所述封闭壳体内腔的铁芯，所述铁芯上绕有铜线圈，所述封闭壳体的侧壁包括里、外两层，所述里、外两层之间形成冷却水腔，所述冷却水腔上设置入水口及出水口。本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，可以浸入到熔渣内工作，增加磁场对熔体的渗透深度，使铸体晶粒细化效果更显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种铸造装置，特别是涉及一种可改善特种钢铸造组织性能的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置。
背景技术
特种钢冶炼铸锭过程中，心部晶粒粗大成为铸造组织缺陷、成分偏析、性能不稳的主要因素。细化铸坯的凝固组织晶粒度是改善铸坯综合性能的重要途径之一，对铸坯组织细化的传统方法有孕育法、微合金化处理法、变质处理法、物理搅拌法等，外加形核剂的方法对钢液纯净度有显著影响，而在铸造凝固过程中施加外加场是实现金属材料组织细化和成分均匀的一个新型手段，所以外加场对金属组织和凝固状态的影响受到国内外相关领域的极大关注。目前，欧洲、日本、美国正在积极研制大型铸坯特殊钢模铸组织细化技术，以达到对特厚钢板组织均匀化的目的，并希望最终成为工业化的典范，但是目前受到高温、生产环境强干扰、过冷度难控制等因素影响，工业化很难实现。
低温金属的模铸电磁细化晶粒装置大多已经得到工业应用，例如文献号为CN202192235U、CN101733381A、CN201308985Y的中国专利所记载，但是上述中国专利所记载的电磁细化晶粒装置有下述不足之处：
(1)大多适用于低熔点金属铸造使用，对于高温熔体，则磁场干扰及线圈寿命难以保证；
(2)其要求锭模外壁必须是非导磁材料，没有铁芯且线圈与熔体距离较大，磁密度较小；
在工业锭模进行电磁铸造技术改造时发现以下难点：首先，现有的锭模外壳全部采用导磁性材料(钢壳)，这样在原设备的侧壁添加线圈无法实现磁作用，需更换锭模，改造成本大；其次，在特种钢冶炼过程中，钢液表面分布着很厚一层覆盖熔渣，对顶部施加磁场带来困难。
(3)以往方案都在熔体外部间接对熔体进行磁场处理凝固组织，能耗高、处理效果差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，以解决上述现有技术存在的问题，其可以浸入到熔渣内工作，增加磁场对熔体的渗透深度，使铸体晶粒细化效果更显著。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：一种浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，包括电磁脉冲细化晶粒装置本体，电磁脉冲细化晶粒装置本体包括封闭壳体及设置于所述封闭壳体内腔的铁芯，所述铁芯上绕有铜线圈，所述封闭壳体的侧壁包括里、外两层，所述里、外两层之间形成冷却水腔，所述冷却水腔上设置入水口及出水口。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述封闭壳体上端连接有升降装置，所述升降装置固定于悬臂上，悬臂另一端连接于回转机构上。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述封闭壳体内腔充有保护气体。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述铜线圈为中空铜线圈，所述中空铜线圈一端为冷却水入口、另一端为冷却水出口。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述升降装置为液压升降机构。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述封闭壳体由非导磁耐热材料制成。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述铁芯为圆柱体，所述铁芯由若干层高磁感取向硅钢叠片而成。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述铁芯与所述铜线圈的内径之间的气隙σ为1-2mm。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述中空铜线圈为由高温漆包线绕制而成的螺线管形。
本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其中，所述中空铜线圈连接脉冲电源，所述铜线圈及所述侧壁的里层上分别设置有温度传感器。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：由于本实用新型的电磁脉冲细化晶粒装置本体包括封闭壳体及设置于封闭壳体内腔的铁芯，铁芯上绕有铜线圈，封闭壳体的侧壁包括里、外两层，里、外两层之间形成冷却水腔，因此可将整个电磁脉冲细化晶粒装置浸入到熔渣靠近钢液处工作，磁场渗透深度更大，电磁能渗入对溶质元素分布均匀化作用影响更显著，焦耳热产生促使熔体温度梯度降低，不均匀形核生长受到抑制，同时也是导致晶粒生长方式由树枝状变为等轴晶的原因之一，使得晶粒细化效果更为显著，此外由于冷却水腔的作用也可避免线圈持续在高温工况下暴露所产生的安全隐患。
另外，由于封闭壳体上端连接有升降装置，升降装置固定于悬臂上，悬臂另一端连接于回转机构上，因此可使本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置操控更方便。
还有，由于中空铜线圈连接脉冲电源，产生脉冲磁场，脉冲磁场具有瞬时能量冲击特性，使特大型铸锭的全截面上的晶粒得到均匀细化，铜线圈及侧壁的里层上分别设置有温度传感器，保证工作过程更安全。
铁芯与铜线圈的内径之间的气隙σ为1-2mm，根据公式B＝NI/Rm，Rm＝σ/μS可知，B为磁感强度，NI为磁动势，Rm为磁阻，σ为铁芯与被作用熔体间隙宽度，S为铁芯面积，μ为铁芯磁导率，铁芯与被作用熔体间隙宽度σ与磁感应强度B成正比，所以σ为1-2mm可以成倍数提高脉冲磁场的作用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置的结构示意图；
图2为本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置使用时的结构示意图；
图3为本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置加载100A电流产生的感应磁场分布图(单位：T)；
图4为本实用新型浸入式电磁脉冲细化晶粒装置加载100A电流产生的电磁力分布图(单位：N)。
附图标记说明：封闭壳体11、铁芯12、铜线圈13、冷却水腔14、温度传感器15、16、升降装置21、悬臂22、回转机构23、铸模31、保护渣32、熔体33。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，如图1所示，包括电磁脉冲细化晶粒装置本体，电磁脉冲细化晶粒装置本体包括封闭壳体11及设置于封闭壳体11内腔的铁芯12，铁芯12上绕有铜线圈13，封闭壳体11由非导磁耐热材料制成，封闭壳体11内腔充有保护气体，封闭壳体11的侧壁包括里、外两层，里、外两层之间形成冷却水腔14，冷却水腔14上设置入水口及出水口，铜线圈13及侧壁的里层上分别设置有温度传感器15、16，温度传感器15用于测定铜线圈13的工作温度，温度传感器16用于测定封闭壳体11里层的工作温度。
封闭壳体11上端连接有升降装置21，升降装置21固定于悬臂22上，悬臂22另一端连接于回转机构23上，升降装置21采用液压升降机构，通过升降装置21带动电磁脉冲细化晶粒装置本体上升或下降，电磁脉冲细化晶粒装置本体升降范围为封闭壳体11的总高度。
铜线圈13采用中空铜线圈，中空铜线圈一端为冷却水入口、另一端为冷却水出口，冷却水出、入口均连接冷却水源，中空铜线圈为由高温漆包线绕制而成的螺线管形，并且中空铜线圈由脉冲电源驱动，保证磁动势Fm＝NI＝7000A，加载脉冲波形采用锯齿波形尖端脉冲电流，频率小于50Hz，使熔体心部的感应磁场达到1000Gs，使用脉冲电流100A，中空铜线圈绕制5层，每层14匝，总共70匝；
铁芯12为圆柱体，铁芯12由若干层高磁感取向硅钢叠片而成，叠片方向与磁感线方向平行，铁芯12与铜线圈13的内径之间的气隙为δ＝1～2mm。
工作时，给冷却水腔14以及铜线圈13的两端通冷却循环水，同时将铜线圈13的两端分别连接在双脉冲电源的两极，当给铜线圈13通脉冲电流时，铜线圈13激励铁芯12产生脉冲磁场，脉冲磁场作用于熔体内部，最终对凝固组织晶粒细化产生作用。
结合特种钢冶炼过程进一步详细说明。
如图2所示，将浸入式电磁脉冲细化晶粒装置置于初始位置，即使电磁脉冲细化晶粒装置本体远离锭模31口，P92钢在电弧炉中熔炼好后，待达到浇铸温度后(过热度高于100℃)，浇注到锭模31中，表面覆盖保护渣32，控制回转机构23及悬臂22将脉冲晶粒细化装置本体置于锭模31正上方，通过调节升降装置21控制脉冲晶粒细化装置本体浸入熔体33的深度，确保脉冲晶粒细化装置本体在熔体33上方20mm以内，接通电源开启脉冲磁场，在熔体凝固全过程持续进行脉冲磁场作用，使用电流100A，频率30HZ。图3、图4为其内部磁感应强度与电磁力分布状况，熔体33心部的感应磁场达到1000Gs，达到理想的晶粒细化所需的设计要求。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：包括电磁脉冲细化晶粒装置本体，电磁脉冲细化晶粒装置本体包括封闭壳体(11)及设置于所述封闭壳体(11)内腔的铁芯(12)，所述铁芯(12)上绕有铜线圈(13)，所述封闭壳体(11)的侧壁包括里、外两层，所述里、外两层之间形成冷却水腔(14)，所述冷却水腔(14)上设置入水口及出水口。
2.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述封闭壳体(11)上端连接有升降装置(21)，所述升降装置(21)固定于悬臂(22)上，悬臂(22)另一端连接于回转机构(23)上。
3.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述封闭壳体(11)内腔充有保护气体。
4.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述铜线圈(13)为中空铜线圈，所述中空铜线圈一端为冷却水入口、另一端为冷却水出口。
5.根据权利要求2所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述升降装置(21)为液压升降机构。
6.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述封闭壳体(11)由非导磁耐热材料制成。
7.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述铁芯(12)为圆柱体，所述铁芯(12)由若干层高磁感取向硅钢叠片而成。
8.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述铁芯(12)与所述铜线圈(13)的内径之间的气隙σ为1-2mm。
9.根据权利要求4所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述中空铜线圈为由高温漆包线绕制而成的螺线管形。
10.根据权利要求1所述的浸入式电磁脉冲细化晶粒装置，其特征在于：所述铜线圈连接脉冲电源，所述铜线圈(13)及所述侧壁的里层上分别设置有温度传感器(15、16)。
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