CN209998332U - 一种流槽熔体电磁处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于铝合金半连续铸造技术领域，涉及一种流槽熔体电磁处理装置，包括通过隔热材质压制而成的壳罩和均匀固定安装在壳罩内壁上的若干个电磁感应线圈，当电磁感应线圈中输入交变电流时，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，电磁感应线圈由紫铜管绕制而成，紫铜管内部通循环水进行冷却，壳罩内侧的下部固定安装有耐火材料浇注而成的底板和两块固定安装在底板上的流槽挡板，解决了现有技术中通过采用添加变质剂、铸造工艺优化、炉内熔体电磁搅拌处理等控制方法来细化晶粒，最终铸锭的力学性能不能满足铸锭材料性能要求的问题。

Description

一种流槽熔体电磁处理装置

技术领域

本实用新型属于铝合金半连续铸造技术领域，涉及一种流槽熔体电磁处理装置。

背景技术

现有技术中铝合金主要采用传统的半连续铸造方法生产的铸锭，通常存在晶粒尺寸粗大，组织不均匀，铸造缺陷明显，铸锭质量差等问题。由于金属的凝固组织在很大程度上决定了它的机械性能，因此铸锭晶粒细化可有效提高铸锭的力学性能。现有技术中主要有：添加变质剂、铸造工艺优化、炉内熔体电磁搅拌处理等方法来细化晶粒，改善铸锭的力学性能。但随着高端产品对材料质量要求的日益提升，对晶粒的细化程度提出了更高的要求，目前的控制方法已无法满足材料性能的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型为了解决现有技术中通过采用添加变质剂、铸造工艺优化、炉内熔体电磁搅拌处理等控制方法来细化晶粒，最终铸锭的力学性能不能满足铸锭材料性能要求的问题，提供一种流槽熔体电磁处理装置。

为达到上述目的，本实用新型提供一种流槽熔体电磁处理装置，包括通过隔热材质压制而成的壳罩和均匀固定安装在壳罩内壁上的若干个电磁感应线圈，当电磁感应线圈中输入交变电流时，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，电磁感应线圈由紫铜管绕制而成，紫铜管内部通循环水进行冷却，壳罩内侧的下部固定安装有耐火材料浇注而成的底板和两块固定安装在底板上的流槽挡板。

本基础方案的有益效果在于：壳罩用来保护壳罩内的流槽，防止流槽内高温熔体烫伤操作者，电磁感应线圈中通过输入(低频)交变电流，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，交变电磁场特性产生瞬时的高能量及热量渗入流槽内的熔体中，对熔体初生晶核的形成提供了有利的条件，进而促使树枝晶断碎，脱落的晶核和断碎的枝晶通过轴方向的电磁力矢量游离进入到熔体内，从而促进了形核率，起到了很好的细化晶粒的作用。另外，空心紫铜管内部通冷却水是用平衡或冷却正常运转的线圈温度。

进一步，壳罩的底部固定安装有用于支撑壳罩的支撑架，支撑架的底部固定安装有液压升降平台，液压升降平台的底部固定安装有液压底座，液压底座的四角处安装有滚轮。有益效果：液压底座下方的滚轮能够方便液压底座以及液压底座上整个装置的移动。液压升降平台能够调节整个壳罩以及壳罩内流槽的高度，进而适应不同高度的熔炼炉炉口和主流槽。

进一步，支撑架呈凹槽状，电磁感应线圈的个数为8个。有益效果：凹槽状的支撑架对壳罩的支撑效果好，8个电磁感应线圈能够方便不同熔体流量选择。

进一步，流槽挡板和底板形成的截面呈梯形状。

进一步，滚轮上安装有刹车片。有益效果：通过滚轮将整个流槽熔体电磁处理装置移动至合适位置后，可以通过刹车片进行固定。

一种采用流槽熔体电磁处理装置的处理工艺，包括以下步骤：

A、将流槽挡板的一端连接在熔炼炉的炉口上，流槽挡板的另一端连接在主流槽上；

B、将每个电磁感应线圈分别连接交变电流，流槽挡板与底板形成的凹槽为流槽，根据流槽内熔体流量调控交变电流开启个数，熔体流量小于500ml/s时，用4个电磁感应线圈处理；熔体流量大于500ml/s时，用8个电磁感应线圈处理，同时根据不同合金成分以及流槽流量大小调整交变磁场参数，交变磁场参数中磁场波形包含方波磁场、正弦波磁场、三角波磁场，磁场电流小于300A，磁场电流脉宽小于100％，磁场频率小于50Hz，磁场强度小于500mT；

C、将紫铜管内部通循环水对流槽以及流槽内的熔体进行冷却，根据交变电磁场作用时间及流槽内熔体温度控制水流量为0～100mL/s；

D、交变电磁场处理后熔体依次经过除气、过滤、结晶、冷却，获得组织均匀、晶粒细化的高质量铸锭。

一种采用流槽熔体电磁处理装置的处理工艺，包括以下步骤：

A、将流槽挡板的两端分别连接在主流槽上；

B、将每个电磁感应线圈分别连接交变电流，流槽挡板与底板形成的凹槽为流槽，根据流槽内熔体流量调控交变电流开启个数，熔体流量小于500ml/s时，用4个电磁感应线圈处理；熔体流量大于500ml/s时，用8个电磁感应线圈处理，同时根据不同合金成分以及流槽流量大小调整交变磁场参数，交变磁场参数中磁场波形包含方波磁场、正弦波磁场、三角波磁场，磁场电流小于300A，磁场电流脉宽小于100％，磁场频率小于50Hz，磁场强度小于500mT；

C、将紫铜管内部通循环水对流槽以及流槽内的熔体进行冷却，根据交变电磁场作用时间及流槽内熔体温度控制水流量为0～100mL/s；

D、交变电磁场处理后熔体依次经过除气、过滤、结晶、冷却，获得组织均匀、晶粒细化的高质量铸锭。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所公开的流槽熔体电磁处理装置，能够对流槽内流动的铝合金熔体电磁场非接触处理，利用交变电磁场特性产生变化电磁场瞬时的高能量渗入流槽内的熔体中，对熔体初生晶核的形成提供了有利的条件，使晶核数目显著提升，改善了晶粒细化、组织均匀的程度，大大提高铸锭的力学性能和铸锭质量。

2、本实用新型所公开的流槽熔体电磁处理装置，可与熔炼炉炉口或主流槽连接，流槽内熔体经过交变磁场处理，可直接在现有的铸造设备上安装使用，节约成本和投资。可根据合金实际成分及流槽内熔体流量大小，控制磁场波形、磁场强度大小。对熔体非接触交变磁场处理，无污染。

3、本实用新型所公开的流槽熔体电磁处理装置，可用于不同铝合金半连续铸造过程，对熔体非接触处理，无污染，减少细化剂使用量，节约成本。同时设备简单，操作安全，可根据流槽熔体流量大小，控制交变电磁场大小，可直接在现有铸造设备上安装使用，且节约成本和投资，最终铸造的合金达到细化晶粒、改善组织均匀、减少铸造缺陷，提高铸锭综合性能。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型流槽熔体电磁处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型流槽熔体电磁处理装置与主流槽的连接示意图；

图3为本实用新型流槽熔体未施加交变磁场处理的晶粒组织图；

图4为本实用新型流槽熔体施加交变磁场处理的晶粒组织图。

附图标记：壳罩1、电磁感应线圈2、流槽挡板3、支撑架4、滚轮5、液压升降平台6、液压底座7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1～2所示的流槽熔体电磁处理装置，包括通过隔热材质压制而成的壳罩1和均匀固定安装在壳罩1内壁上的电磁感应线圈盒，每个电磁感应线圈盒内放置有三层电磁感应线圈2，壳罩1的底部固定安装有用于支撑壳罩1的支撑架4，支撑架4呈凹槽状，电磁感应线圈2的个数为8个。凹槽状的支撑架4对壳罩1的支撑效果好，8个电磁感应线圈2能够方便不同熔体流量选择。支撑架4的底部固定安装有液压升降平台6，液压升降平台6的底部固定安装有液压底座7，液压底座7的四角处安装有滚轮5。滚轮5上安装有刹车片。通过滚轮5将整个流槽熔体电磁处理装置移动至合适位置后，可以通过刹车片进行固定。液压底座7下方的滚轮5能够方便液压底座7以及液压底座7上整个装置的移动。液压升降平台6能够调节整个壳罩1以及壳罩1内流槽的高度，进而适应不同高度的熔炼炉炉口和主流槽。

当电磁感应线圈2中输入交变电流时，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，电磁感应线圈2由紫铜管绕制而成，每个中空的紫铜管上缠绕5匝线圈，空心紫铜管内径为8mm，壁厚为1mm。紫铜管内部通循环水进行冷却，壳罩1内侧的下部固定安装有耐火材料浇注而成的底板和两块固定安装在底板上的流槽挡板3。流槽挡板3和底板形成的截面呈梯形状。

壳罩1用来保护壳罩1内的流槽，防止流槽内高温熔体烫伤操作者，电磁感应线圈2中输入交变电流，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，交变电磁场特性产生变化电磁场瞬时的高能量渗入流槽内的熔体中，对熔体初生晶核的形成提供了有利的条件，使晶核数目显著提升，改善了晶粒细化、组织均匀的程度，大大提高铸锭的力学性能和铸锭质量。紫铜管内部通循环水进行冷却，能够与电磁感应线圈2中紫铜管上产生的协同作用控制流槽内熔体的温度。

实施例1

一种采用流槽熔体电磁处理装置处理7055铝合金的处理工艺，包括以下步骤：

7055铝合金化学成分(％，质量分数)

A、将流槽挡板的一端连接在熔炼炉的炉口上，流槽挡板的另一端连接在主流槽上，炉口、主流槽与流槽连接处存在微小缝隙，各连接处缝隙通过石棉网垫夹紧，因此不会有熔体沿着缝隙流出。

B、将每个电磁感应线圈分别连接交变电流，流槽挡板与底板形成的凹槽为流槽，根据流槽内熔体流量调控交变电流开启个数，熔体流量小于500ml/s时，用4个电磁感应线圈处理；熔体流量大于500ml/s时，用8个电磁感应线圈处理，同时根据不同合金成分以及流槽流量大小调整交变磁场参数，交变磁场参数中磁场波形为方波磁场，磁场电压100V，磁场电流25A，磁场电流脉宽25％，磁场频率20Hz，磁场强度小于500mT；

C、将紫铜管内部通循环水对流槽以及流槽内的熔体进行冷却，根据交变电磁场作用时间及流槽内熔体温度控制水流量为0～100mL/s；

D、交变电磁场处理后熔体依次经过除气、过滤、结晶、冷却，获得组织均匀、晶粒细化的高质量铸锭。

实施例2

一种采用流槽熔体电磁处理装置处理7055铝合金的处理工艺，包括以下步骤：

7055铝合金化学成分(％，质量分数)

A、将流槽挡板的两端分别连接在主流槽上，主流槽与流槽连接处存在微小缝隙，各连接处缝隙通过石棉网垫夹紧，因此不会有熔体沿着缝隙流出。

B、将每个电磁感应线圈分别连接交变电流，流槽挡板与底板形成的凹槽为流槽，根据流槽内熔体流量调控交变电流开启个数，熔体流量小于500ml/s时，用4个电磁感应线圈处理；熔体流量大于500ml/s时，用8个电磁感应线圈处理，同时根据不同合金成分以及流槽流量大小调整交变磁场参数，交变磁场参数中磁场波形为方波磁场，磁场电压100V，磁场电流25A，磁场电流脉宽25％，磁场频率20Hz，磁场强度小于500mT；

C、将紫铜管内部通循环水对流槽以及流槽内的熔体进行冷却，根据交变电磁场作用时间及流槽内熔体温度控制水流量为0～100mL/s；

D、交变电磁场处理后熔体依次经过除气、过滤、结晶、冷却，获得组织均匀、晶粒细化的高质量铸锭。

对比例

对比例与实施例1的区别在于，对比例没有进行磁场处理，铸锭直径均为310mm。

实施例1经本实用新型装置施加交变磁场处理的晶粒组织如图4所示，对比例未施加交变磁场处理的晶粒组织如图3所示，晶粒大小明显细化。由此可以看到，通过本专利交变磁场处理后晶粒粒径较小且比较均匀、球化，铸锭综合性能显著提高(对比见表1)。

表1 7055铝合金铸态力学性能

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种流槽熔体电磁处理装置，其特征在于，包括通过隔热材质压制而成的壳罩和均匀固定安装在壳罩内壁上的若干个电磁感应线圈，当电磁感应线圈中输入交变电流时，电磁线圈内部产生均匀的轴向交变磁场，所述电磁感应线圈由紫铜管绕制而成，紫铜管内部通循环水进行冷却，壳罩内侧的下部固定安装有耐火材料浇注而成的底板和两块固定安装在底板上的流槽挡板。

2.如权利要求1所述的流槽熔体电磁处理装置，其特征在于，所述壳罩的底部固定安装有用于支撑壳罩的支撑架，支撑架的底部固定安装有液压升降平台，液压升降平台的底部固定安装有液压底座，液压底座的四角处安装有滚轮。

3.如权利要求2所述的流槽熔体电磁处理装置，其特征在于，所述支撑架呈凹槽状，所述电磁感应线圈的个数为8个。

4.如权利要求3所述的流槽熔体电磁处理装置，其特征在于，所述流槽挡板和底板形成的截面呈梯形状。

5.如权利要求4所述的流槽熔体电磁处理装置，其特征在于，所述滚轮上安装有刹车片。

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