CN214601809U

CN214601809U - 一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置

Info

Publication number: CN214601809U
Application number: CN202023083307.2U
Authority: CN
Inventors: 田明生; 闫春雷; 田建明; 鲍鑫宇; 沈利; 麻永林; 白洁; 李福宝; 徐良
Original assignee: Baotou Aluminium Co ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Baotou Aluminium Co ltd; Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2030-12-18

Abstract

本实用新型公开了一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其包括流槽，在流槽中部设置有细化槽，细化槽的相对两槽壁均开设有连通口，连通口与流槽连通；在细化槽的内部设有至少一个电磁能晶粒细化装置。本实用新型创新的将电磁能晶粒细化装置安装在细化槽内，增大磁场作用区域及磁场穿透深度，隔离槽可以减小高温对电磁能晶粒细化装置的影响，提高其使用寿命，晶粒细化效果明显，达到有效细化铸锭凝固组织的目的，从而提高产品的性能与质量。

Description

一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置

技术领域：

本实用新型涉及铝冶金设备领域，尤其涉及一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置。

背景技术：

近年来，变形铝合金成型件的研究和应用得到了人们的广泛关注。为了得到性能优异的变形铝合金成型件，首先要有质量较好的变形铝合金初始锭坯。然而，通常变形铝合金锭坯存在组织粗大，不均匀以及偏析等问题，不利于锭坯后续的热加工，也会影响产品的性能。由于晶粒细化可以减少锭坯偏析等缺陷，改善组织的均匀性及其力学性能，并能提高后续加工过程中(如挤压和轧制)的成形性，确保再结晶之后晶粒尺寸细小均匀，因此，晶粒细化是一种很重要的变形铝合金铸锭质量的方法。

晶粒细化的方法主要有添加晶粒细化剂法和物理法。添加晶粒细化剂，可以实现晶粒细化，铝合金中加入变质剂能实现晶粒的显著细化，但形成的化合物(TiB₂)在金属中偏聚会损害最终产品的性能。物理法中的电磁处理方法由于不接触熔体，对熔体没有污染，且不受合金成分影响，成为研究热点，并在工业生产中得到了应用。在铸造过程中施加低频电磁场，发现在电磁能作用下，铸锭组织得到明显细化，组织分布和均匀性均有所改善，同时铸锭的热裂倾向减轻。施加电磁能可使铸锭偏析减轻，同时屈服强度、硬度和断裂伸长率得到明显提高。

电磁能处理技术改善铸态组织在提升金属材料组织及性能方面属于突破性技术。该技术从材料相变本源出发，通过影响相变过程中的能量变化，从而影响相变动力学，改善组织。金属凝固行为属于材料相变过程，而相变过程中的结晶行为均伴随着能量的变化，即相变需要能量才能顺利进行。在经典相变理论中，结构起伏、成分起伏和能量起伏是发生相变的必要条件，其中改变或增加能量起伏有利于相变的进行。电磁以能量形式作用在材料相变过程中，势必会对能量起伏产生影响，进而影响相变进程。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种在半连续铸造生产过程中，对铝合金金属熔体进行磁场处理，从而细化金属凝固组织，提高产品质量的串通式铝合金晶粒细化流槽装置。

本实用新型由如下技术方案实施：一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其包括流槽，在所述流槽中部设置有细化槽，所述细化槽的相对两槽壁均开设有连通口，所述连通口与流槽连通；在所述细化槽的内部设有至少一个电磁能晶粒细化装置。

进一步的，所述电磁能晶粒细化装置包括硅钢铁芯和绕设在所述硅钢铁芯一端的铜导线圈，所述硅钢铁芯绕设有铜导线圈的一端设置于所述细化槽的内部。

进一步的，所述电磁能晶粒细化装置还包括隔离槽，所述隔离槽设置于所述细化槽内，所述电磁能晶粒细化装置设置在所述隔离槽内。

进一步的，所述隔离槽为绝缘隔离槽，所述隔离槽的槽底外部与所述细化槽的槽底内壁固定连接，所述硅钢铁芯的一端与所述隔离槽的槽底内部固定连接。

进一步的，在两个所述连通口相对内侧的所述细化槽内设有两个所述电磁能晶粒细化装置，在两个所述连通口位置处的所述电磁能晶粒细化装置之间的细化槽内还设有多排所述电磁能晶粒细化装置，每排所述电磁能晶粒细化装置长度方向与两个所述连通口之间的连线不重合。

进一步的，每排所述电磁能晶粒细化装置包括至少两个所述电磁能晶粒细化装置。

进一步的，所述细化槽为矩形的细化槽，所述隔离槽为矩形的隔离槽，所述细化槽的两宽边槽壁上设有所述连通口，所述隔离槽的长度方向与所述细化槽的宽度方向一致，所述细化槽的长度为1000-3000mm，所述细化槽的宽度为500-2000mm，所述隔离槽的长度为200-500mm，所述隔离槽的宽度为100-300mm。

本实用新型的优点：本实用新型创新的将电磁能晶粒细化装置安装在细化槽内，增大磁场作用区域及磁场穿透深度，隔离槽可以减小高温对电磁能晶粒细化装置的影响，提高其使用寿命，晶粒细化效果明显，达到有效细化铸锭凝固组织的目的，从而提高产品的性能与质量。

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为本实施例一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置的示意图；

图2为本实施例的径向磁感应强度分布图；

图3为本实施例中铝合金熔体内的电磁力分布图；

图4为本实施例中铜导线圈的感应磁场矢量图；

图5为未施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒中心处SEM图；

图6为未施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒R/2处SEM图；

图7为未施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒R处SEM图；

图8为本实施例施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒中心处SEM图；

图9为本实施例施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒R/2处SEM图；

图10为本实施例施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒R处SEM图；

图11为未施加和施加了电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒晶粒尺寸图；

图12为未施加和施加了电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒硬度图。

图中：流槽1，细化槽2，隔离槽3，硅钢铁芯4，铜导线圈5，连通口6。

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作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。

实施例1

一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽1装置，其包括流槽1，在流槽1中部设置有矩形的细化槽2，细化槽2的两宽边槽壁上开设有连通口6，连通口6与流槽1连通；在两个连通口6相对内侧的细化槽2内设有两个电磁能晶粒细化装置，在细化槽2内还设有两排电磁能晶粒细化装置，每排电磁能晶粒细化装置有两个电磁能晶粒细化装置，每排电磁能晶粒细化装置长度方向与细化槽2的宽度方向一致，尽可能使熔体在细化槽2内停留时间延长。

电磁能晶粒细化装置包括矩形的隔离槽3、硅钢铁芯4和绕设在硅钢铁芯4一端的铜导线圈5，隔离槽3为绝缘隔离槽3，隔离槽3的槽底外部与细化槽2的槽底内壁固定连接，硅钢铁芯4绕设有铜导线圈5的一端设置于隔离槽3的内部，且与隔离槽3的槽底内部固定连接。

本实施例中细化槽2的长度R为3000mm，宽度S为1000mm，隔离槽3的长度M为400mm，宽度N为200mm。

本实施例将电磁能晶粒细化装置与细化槽2组合，铜导线圈5外部设隔离槽3，材料为绝缘材料，起保护铜导线圈5的作用，防止熔体温度过高，损坏线圈。电磁能晶粒细化装置固定在细化槽2内，细化槽2内部涂有滑石粉，保证熔体内不会混入杂质。

铜导线圈5由空心高温漆包铜线绕制成螺线管形，由专用电源驱动。所述硅钢铁芯4由铁磁性材料取向硅钢加工而成。

在半连续铸造开始前，将铜导线圈5的两端分别连接在专用电源的两极，当给铜导线圈5通入电流时，铜导线圈5激励硅钢铁芯4产生磁场，本实施例通过6061铝合金半连续铸造为例，进行测试，频率控制在20Hz，峰值电流控制100A，占空比20％。

图2为径向磁感应强度分布图，如图所示，经过计算，铝液经过流槽1，熔体内磁感应强度最大值为95.9mT，最小值为32.2mT，可见磁场穿透深度增加，磁场处理熔体量增多。

如图3为对铝合金熔体进行电磁能处理时，铝合金熔体内的电磁力分布图(单位：N)。如图所示，在磁能渗入的基础上，对熔体产生洛伦兹力，改变金属凝固的传质、传热过程，同时促进晶核的运动，电磁力可以振荡熔体表面率先析出的晶核而使之游离，增大熔体形核率；同时感应电磁力迫使熔体产生流动，会利于晶核的均匀分布。

如图4为电磁能晶粒细化装置工作时，铜导线圈5的感应磁场矢量图(单位：T，此图显示铜导线圈5为60匝)，从图4可见，电磁能晶粒细化装置安装在流槽1内，磁场作用区域明显增大。

图5-7为三组未施加电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒的金相组织图片。图8-10为三组施加了电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒的金相组织图片。从图5-7可见，晶粒尺寸分别为175.46μm，161μm，153μm；从图8-10可见，晶粒尺寸变为130.05μm，128.64μm，127.24μm；可见利用本装置可以实现晶粒的细化。

图11、12分别为未施加和施加了电磁能半连续铸造得到的6061合金圆棒晶粒尺寸、硬度统计图。图中，“中心”“R”和“R/2”分别为圆棒边部处、中心处和1/2半径处数据，从图上可见，施加电磁能后，晶粒细化，硬度性能提高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其包括流槽，其特征在于，在所述流槽中部设置有细化槽，所述细化槽的相对两槽壁均开设有连通口，所述连通口与流槽连通；在所述细化槽的内部设有至少一个电磁能晶粒细化装置。

2.根据权利要求1所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，所述电磁能晶粒细化装置包括硅钢铁芯和绕设在所述硅钢铁芯一端的铜导线圈，所述硅钢铁芯绕设有铜导线圈的一端设置于所述细化槽的内部。

3.根据权利要求2所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，所述电磁能晶粒细化装置还包括隔离槽，所述隔离槽设置于所述细化槽内，所述电磁能晶粒细化装置设置在所述隔离槽内。

4.根据权利要求3所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，所述隔离槽为绝缘隔离槽，所述隔离槽的槽底外部与所述细化槽的槽底内壁固定连接，所述硅钢铁芯的一端与所述隔离槽的槽底内部固定连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，在两个所述连通口相对内侧的所述细化槽内设有两个所述电磁能晶粒细化装置，在两个所述连通口位置处的所述电磁能晶粒细化装置之间的细化槽内还设有多排所述电磁能晶粒细化装置，每排所述电磁能晶粒细化装置长度方向与两个所述连通口之间的连线不重合。

6.根据权利要求5所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，每排所述电磁能晶粒细化装置包括至少两个所述电磁能晶粒细化装置。

7.根据权利要求6所述的一种串通式铝合金电磁能晶粒细化流槽装置，其特征在于，所述细化槽为矩形的细化槽，所述隔离槽为矩形的隔离槽，所述细化槽的两宽边槽壁上设有所述连通口，所述隔离槽的长度方向与所述细化槽的宽度方向一致，所述细化槽的长度为1000-3000mm，所述细化槽的宽度为500-2000mm，所述隔离槽的长度为200-500mm，所述隔离槽的宽度为100-300mm。