CN214392268U - 一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置 - Google Patents

Abstract

一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，属于铸造设备技术领域，本实用新型主要解决现有渐进浇注凝固技术中存在的界面易氧化、难熔接等影响铸锭质量的关键问题。本实用新型的技术方案为：一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其中：包括高频交流电源、支撑平台、设在支撑平台顶面的夹装底座和安装在夹装底座上的结晶器，所述支撑平台底面两侧设有若干液压杆支撑座；所述结晶器内腔顶部设有密封盖，所述密封盖上分别设有金属液进液管接口、导线进口、抽真空接口、排气口和进气管连接口。本实用新型具有结构设计合理、操作简单、工作效率高等优点。

Description

一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置

技术领域

本实用新型属于铸造设备技术领域，具体涉及的是一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置。

背景技术

近年来中国重型装备制造业发展迅速，对于大型锻件的需求旺盛，特别是在代表大型锻件最高水平的核电设备方面。这类产品所用钢材一般是由大型钢锭经过开坯和锻造等加工过程生产的，其质量的好坏与钢锭的质量密切相关。要获得高质量的锻件，必须对钢锭中固有的质量缺陷如偏析、缩孔、夹杂等进行控制。

为了解决这些问题，一种新型的大型钢锭(坯)渐进浇注凝固成型技术被提出，见发明专利《一种大型钢锭或钢坯的渐进凝固成型方法》(专利号 201910156042.7)，如专利所述的渐进浇注凝固技术的工作原理在于：根据增材制造中离散堆垛的原理，通过实芯锭浇注+熔覆层包覆，经冷却凝固，形状和尺寸符合制作要求的钢锭(坯)逐渐成型。具体操作包括逐步将金属熔体注入不同尺寸的模板中，而且将上一步浇注成型的钢锭作为下一步的锭芯，后续再将金属熔体连续浇注在新的锭芯周围，循环往复的进行操作，最终累积形成符合目标尺寸的钢锭。采用这种技术可实现产品多样、生产灵活的目的，可以使大规格钢锭(坯)中缺陷的数量和程度显著降低，钢锭(坯)的性能及品质大大提升，也可用于生产各种非常规的铸件，例如方形和圆形，以及其他直径在轴上波动的非常规铸件。

其中，采用渐进浇注凝固技术制备的大规格钢锭在锭芯和包覆层界面处是否能实现良好的冶金结合对最终铸件的产品质量至关重要。而事实上，一方面，由于先制备的锭芯始终暴露在空气中，铸件表面容易与氧气发生反应，使得锭芯表面存在氧化皮，对冶金结合界面的质量产生不利影响。另一方面，当锭芯与包覆层相比尺寸过大时，浇注后，锭芯吸热升温，但其温度达不到固相线，两者难以实现熔接，影响最终铸件的力学性能，甚至引起裂纹。从公开发表的专利来看，现有的技术和设备还难以解决这些问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，解决现有渐进浇注凝固成型技术中存在的界面易氧化、难熔接的问题。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为：一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其中：包括高频交流电源、支撑平台、设在支撑平台顶面的夹装底座和安装在夹装底座上的结晶器，所述支撑平台底面两侧设有若干液压杆支撑座；所述结晶器内腔顶部设有密封盖，所述密封盖上分别设有金属液进液管接口、导线进口、抽真空接口、排气口和进气管连接口；

所述夹装底座中部与结晶器底部钢锭出口相对应位置处设有钢锭过孔，所述支撑平台上与钢锭过孔相对应位置处设有钢锭出口孔；所述密封盖底面中部设有锭芯导向管，所述锭芯导向管与导线进口连通；

所述支撑平台底面、钢锭出口孔两侧各设有一组竖直支架，所述竖直支架上设有若干冷却喷嘴；

所述结晶器内腔中竖直方向设有锭芯，所述锭芯上端设在锭芯导向管中且通过导线与高频交流电源的正极端连接，所述高频交流电源的负极端伸出的导线穿过结晶器底部的活动衬底后与所述锭芯下端连接。

所述密封盖顶部设有把手。

所述结晶器顶部两侧分别设有吊耳。

所述钢锭过孔和钢锭出口孔侧壁设有若干导向轮。

本实用新型采用了上述技术方案，存在如下优点：①密封盖的设置，可向结晶器内通入惰性气体，减少内部锭芯的氧化情况；②利用电磁场的集肤效应与热效应，使得内部锭芯的外表面温度均匀且呈微熔状态，保证界面结合效果；③利用电磁场的力效应，对溶质元素的运动产生影响，使得溶质元素均匀化分布，减少大规格钢锭中的宏观偏析；④锭芯导向管的设置可有效解决锭芯不对中、倾斜的问题。

与现有技术相比，本实用新型具有结构设计合理、操作简单、工作效率高等优点。

附图说明

图1为凝固初期本实用新型的内部结构示意图；

图2为凝固后期本实用新型的内部结构示意图；

图3为本实用新型的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1至图3所示的一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其中：包括高频交流电源1、支撑平台2、设在支撑平台2顶面的夹装底座3和安装在夹装底座3上的结晶器4，所述支撑平台2底面两侧设有若干液压杆支撑座5；所述结晶器4内腔顶部设有密封盖6，所述密封盖6上分别设有金属液进液管接口7、导线进口8、抽真空接口9、排气口10和进气管连接口11；

所述夹装底座3中部与结晶器4底部钢锭出口相对应位置处设有钢锭过孔 12，所述支撑平台2上与钢锭过孔12相对应位置处设有钢锭出口孔13；所述密封盖6底面中部设有锭芯导向管19，所述锭芯导向管19与导线进口8连通；

所述支撑平台2底面、钢锭出口孔13两侧各设有一组竖直支架14，所述竖直支架14上设有若干冷却喷嘴15；

所述结晶器4内腔中竖直方向设有锭芯16，所述锭芯16上端设在锭芯导向管19中且通过导线与高频交流电源1的正极端连接，所述高频交流电源1的负极端伸出的导线穿过结晶器4底部的活动衬底20后与所述锭芯16下端连接。

所述密封盖6顶部设有把手17。

所述结晶器4顶部两侧分别设有吊耳18。

所述钢锭过孔12和钢锭出口孔13侧壁设有若干导向轮。

本实用新型的工作过程及原理：

1)首先预制一定尺寸的锭芯16，将锭芯16放置在结晶器4中使其上端位于锭芯导向管19中，将锭芯16正极端和负极端分别接入导线，导线分别接在高频交流电源1的正负极，盖好密封盖6；

2)通过抽真空接口9将结晶器4之内造成真空密闭环境，通过进气管连接口11通入保护性气体氩气，同时注意控压阀，保证密闭空间压力，然后按照电流要求对锭芯16施加高频电磁场。

3)将金属液通过金属液进液管接口7浇入结晶器4内，金属液初步凝固，形成包覆层。此时由于高频电磁场的集肤效应与热效应，使得在形成包覆层的过程中预制锭芯16表面微熔，保证了界面实现良好的冶金结合。同时由于电磁场的力效应，使得在包覆层中的溶质元素的分布更加均匀，减少了宏观偏析现象的发生。

4)待浇注的金属液在结晶器4内形成一定厚度的凝固壳层之后，通过若干液压杆支撑座5驱动支撑平台2、夹装底3和结晶器4向上运动，锭芯16沿锭芯导向管19向下运动，活动衬底20和已经复合在一起的锭芯16及其包覆层便可向下进入冷却阶段，打开冷却水喷头15对包覆层进行喷水冷却。

5)在本次包覆过程结束以后，通过排气口10排除密封罩内氩气，切断高频交流电源1，之后通过到起吊装置更换结晶器4，同时移动夹装底座3，保证具有更大尺寸的结晶器4平稳的放置在夹装底座3上。 6)重复上述操作，直至制备出符合要求的大规格钢锭。

Claims (4)

1.一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其特征在于：包括高频交流电源(1)、支撑平台(2)、设在支撑平台(2)顶面的夹装底座(3)和安装在夹装底座(3)上的结晶器(4)，所述支撑平台(2)底面两侧设有若干液压杆支撑座(5)；

所述结晶器(4)内腔顶部设有密封盖(6)，所述密封盖(6)上分别设有金属液进液管接口(7)、导线进口(8)、抽真空接口(9)、排气口(10)和进气管连接口(11)；所述密封盖(6)底面中部设有锭芯导向管(19)，所述锭芯导向管(19)与导线进口(8)连通；

所述夹装底座(3)中部与结晶器(4)底部钢锭出口相对应位置处设有钢锭过孔(12)，所述支撑平台(2)上与钢锭过孔(12)相对应位置处设有钢锭出口孔(13)；

所述支撑平台(2)底面、钢锭出口孔(13)两侧各设有一组竖直支架(14)，所述竖直支架(14)上设有若干冷却喷嘴(15)；

所述结晶器(4)内腔中竖直方向设有锭芯(16)，所述锭芯(16)上端设在锭芯导向管(19)中且通过导线与高频交流电源(1)的正极端连接，所述高频交流电源(1)的负极端伸出的导线穿过结晶器(4)底部的活动衬底(20)后与所述锭芯(16)下端连接。

2.根据权利要求1所述的一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其特征在于：所述密封盖(6)顶部设有把手(17)。

3.根据权利要求1所述的一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其特征在于：所述结晶器(4)顶部两侧分别设有吊耳(18)。

4.根据权利要求1所述的一种外加电磁场的大规格钢锭浇注凝固装置，其特征在于：所述钢锭过孔(12)和钢锭出口孔(13)侧壁设有若干导向轮。

Images