CN217798898U - 一种金属凝固组织调控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属凝固组织调控装置，涉及金属凝固技术领域，包括外壳体、存放容器和冷却装置，外壳体具有第一空腔和第一开口，存放容器用于盛放金属熔体，存放容器能够通过第一开口放置在第一空腔内，第一空腔内壁上固定设置有冷却装置和磁场产生装置，冷却装置和磁场产生装置位于存放容器外壁与第一空腔内壁之间，冷却装置能对磁场产生装置进行冷却，磁场产生装置能对存放容器内的金属熔体提供磁场。通过磁场产生装置产生的磁场，在金属固液界面处产生正反方向的电磁搅拌作用，电磁搅拌形成强烈的熔体流动，利用凝固前强烈的熔体流动，打碎柱状晶，形成新的游离晶核，达到细化晶粒，调控金属凝土组织的目的，保证金属凝固后的性能。

Description

一种金属凝固组织调控装置

技术领域

本实用新型涉及金属凝固技术领域，特别是涉及一种金属凝固组织调控装置。

背景技术

金属液浇入锭模中，凝固过程中从凝固表面到中心会形成不同形状的凝固组织，分别为：表面细晶粒区、柱状晶粒区和中心等轴晶粒区。表面细晶粒区的组织较致密，故力学性能较好。柱状晶粒区的组织比较致密，不像等轴晶粒那样容易形成显微缩松，但在垂直于模壁处发展起来的两排相邻的柱状晶的交界面上强度、塑性较差，在锻、轧加工时，可能沿此脆弱面开裂。等轴晶粒各个方向的性能较为均匀，无脆弱的分界面，取向不同的晶粒互相咬合，使裂纹不易扩展，故生产中常希望得到细小的等轴晶粒。

金属凝固后的晶粒大小对铸锭或铸件的性能有显著影响，尤其在制备高品质钢时，铸态组织的细小与均匀性带来的组织遗传对其性能的影响尤为明显。因此，如何使金属凝固后的柱状晶粒区减少，从而提高金属凝固后的性能是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种金属凝固组织调控装置，以解决上述现有技术存在的问题，使柱状晶粒区减少，保证金属凝固后的性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种金属凝固组织调控装置，包括外壳体、存放容器和冷却装置，所述外壳体具有第一空腔和与所述第一空腔连通的第一开口，所述存放容器用于盛放金属熔体，所述存放容器能够通过所述第一开口放置在所述第一空腔内，所述第一空腔内壁上由外向内依次固定设置有冷却装置和磁场产生装置，所述冷却装置和所述磁场产生装置位于所述存放容器外壁与所述第一空腔内壁之间，所述冷却装置能够对所述磁场产生装置进行冷却，所述磁场产生装置能够对所述存放容器内的金属熔体提供磁场。

优选的，所述磁场产生装置与所述存放容器之间还设置有用于隔绝温度的隔热层。

优选的，所述第一空腔底部还固定设置有振动装置，存放容器能够放置在所述振动装置上，所述振动装置能够产生机械振动。

优选的，所述冷却装置为螺旋紧贴缠绕固定在所述第一空腔内壁上的冷却水管，所述冷却水管内流通有冷却介质。

优选的，所述磁场产生装置包括第一扇形磁极体和第二扇形磁极体，所述第一扇形磁极体与所述第二扇形磁极体相对设置在所述第一空腔内壁上，且所述第一扇形磁极体和所述第二扇形磁极体的磁极相反。

优选的，所述隔热层材质为石棉网。

优选的，所述冷却水管的材质为纯铜管。

优选的，所述存放容器的高度高于所述第一空腔的深度。

优选的，所述冷却水管的进口端和出口端均固定设置有用于防止高温烫伤的外部保护层。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的金属凝固组织调控装置，通过设置磁场产生装置产生的磁场，在金属固液界面处产生正反方向的电磁搅拌作用，电磁搅拌会形成强烈的熔体流动，利用凝固前强烈的熔体流动，打碎柱状晶，形成新的游离晶核，达到细化晶粒，调控金属凝土组织的目的，保证金属凝固后的性能，且设置的冷却装置能够减少高温对磁场产生装置的影响，保证对金属熔体产生电磁搅拌作用的磁场的稳定提供。

进一步的，隔热层的设置能够降低存放容器内金属熔体的高温对磁场产生装置的影响。

进一步的，振动装置提供的机械振动能够增加金属熔体的流动运动，提高打碎柱状晶，细化晶粒的效果。

进一步的，冷却装置采用紧密缠绕的冷却水管，其冷却面积大，增加了热传递效率。

进一步的，通过两个扇形磁极体的设置形成磁场的产生装置，其结构简单，易加工制作。

进一步的，隔热层的材质采用石棉网，其材质常见，易获取。

进一步的，冷却水管的材质采用纯铜管，其熔点低，传热效果好。

进一步的，存放容器的高度设置为高于第一空腔的深度，存放容器高出第一空腔的部分方便操作者拿取。

进一步的，外部保护层的设置能够保护冷却水管进出端的安全，防止高温或金属熔体意外溢出对其的烧损破坏。

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为本实用新型提供的金属凝固组织调控装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的金属凝固组织调控装置中冷却水管的缠绕结构示意图；

图3为本实用新型提供的金属凝固组织调控装置中磁场产生装置的结构示意图。

图中：100-金属凝固组织调控装置；1-外壳体；2-存放容器；3-冷却装置；4-隔热层；5-振动装置；6-磁场产生装置；61-第一扇形磁极体；62-第二扇形磁极体；7-外部保护层。

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。

本实用新型的目的是提供一种金属凝固组织调控装置，以解决现有技术存在的问题，使柱状晶粒区减少，保证金属凝固后的性能。

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。

实施例一

本实施例提供一种金属凝固组织调控装置，如图1所示，包括外壳体、存放容器和冷却装置，外壳体具有第一空腔和与第一空腔连通的第一开口，存放容器用于盛放金属熔体，存放容器能够通过第一开口放置在第一空腔内，第一空腔内壁上由外向内依次固定设置有冷却装置和磁场产生装置，冷却装置和磁场产生装置位于存放容器外壁与第一空腔内壁之间，冷却装置能够对磁场产生装置进行冷却，磁场产生装置能够对存放容器内的金属熔体提供磁场。通过设置磁场产生装置产生的磁场，在金属固液界面处产生正反方向的电磁搅拌作用，电磁搅拌会形成强烈的熔体流动，利用凝固前强烈的熔体流动，打碎柱状晶，形成新的游离晶核，达到细化晶粒，调控金属凝土组织的目的，保证金属凝固后的性能，且设置的冷却装置能够减少高温对磁场产生装置的影响，保证对金属熔体产生电磁搅拌作用的磁场的稳定提供。

具体的，存放容器可以选用金属浇注用坩埚，外壳体的材质可以选用不锈钢材质。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图1所示，磁场产生装置与存放容器之间还设置有用于隔绝温度的隔热层。隔热层的设置能够降低存放容器内金属熔体的高温对磁场产生装置的影响。

具体的，隔热层采用的是石棉网。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图1所示，第一空腔底部还固定设置有振动装置，存放容器能够放置在振动装置上，振动装置能够产生机械振动。振动装置提供的机械振动能够增加金属熔体的流动运动，提高打碎柱状晶，细化晶粒的效果。

具体的，电磁场与机械振动的复合作用下，结合金属熔体的对流运动，使金属凝固过程中树枝晶破碎，即减少柱状晶粒区的产生，细化了晶粒，且提高了金属组织均匀性，提高了金属凝固后的性能。

具体的，振动装置采用的是二维振动台，其是对存放容器内的金属熔体提供纵向的物理振动，增加金属熔体的对流运动，振动的额定振幅为0.3mm～1mm，激振力为5KN～10KN。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图1及图2所示，冷却装置为螺旋紧贴缠绕固定在第一空腔内壁上的冷却水管，冷却水管内流通有冷却介质。冷却装置采用紧密缠绕的冷却水管，其冷却面积大，增加了热传递效率。

具体的，冷却水管的管内径为壁厚的1/3～1/2。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图3所示，磁场产生装置包括第一扇形磁极体和第二扇形磁极体，第一扇形磁极体与第二扇形磁极体相对设置在第一空腔内壁上，且第一扇形磁极体和第二扇形磁极体的磁极相反。通过两个扇形磁极体的设置形成磁场的产生装置，其结构简单，易加工制作。

具体的，第一扇形磁极体和第二扇形磁极体对存放容器中的金属熔体产生的是横向电磁场，第一扇形磁极体和第二扇形磁极体均是感应线圈缠绕在扇形部件上形成的，电磁场额定电流为180A/m～320A/m，额定频率为3Hz～5Hz。

本实施例的可选方案中，较为优选的，隔热层材质为石棉网。隔热层的材质采用石棉网，其材质常见，易获取。

本实施例的可选方案中，较为优选的，冷却水管的材质为纯铜管。冷却水管的材质采用纯铜管，其熔点低，传热效果好。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图1所示，存放容器的高度高于第一空腔的深度。存放容器的高度设置为高于第一空腔的深度，存放容器高出第一空腔的部分方便操作者拿取。

具体的，存放容器放入第一空腔后的侧顶部外沿高于外壳体上顶面100mm～150mm。

本实施例的可选方案中，较为优选的，如图1所示，冷却水管的进口端和出口端均固定设置有用于防止高温烫伤的外部保护层。外部保护层的设置能够保护冷却水管进出端的安全，防止高温或金属熔体意外溢出对其的烧损破坏。

具体的，外部保护层包括最外部包裹的刚玉耐高温管和充填在刚玉耐高温管与冷却水管之间的耐火石棉，且冷却水管的进口端和出口端均设置在外壳体侧面底部，具体的，是将螺旋缠绕的冷却水管的顶部一端弯折至外壳体的侧面底部实现的。

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 (9)

1.一种金属凝固组织调控装置，其特征在于：包括外壳体、存放容器和冷却装置，所述外壳体具有第一空腔和与所述第一空腔连通的第一开口，所述存放容器用于盛放金属熔体，所述存放容器能够通过所述第一开口放置在所述第一空腔内，所述第一空腔内壁上由外向内依次固定设置有冷却装置和磁场产生装置，所述冷却装置和所述磁场产生装置位于所述存放容器外壁与所述第一空腔内壁之间，所述冷却装置能够对所述磁场产生装置进行冷却，所述磁场产生装置能够对所述存放容器内的金属熔体提供磁场。

2.根据权利要求1所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述磁场产生装置与所述存放容器之间还设置有用于隔绝温度的隔热层。

3.根据权利要求1所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述第一空腔底部还固定设置有振动装置，存放容器能够放置在所述振动装置上，所述振动装置能够产生机械振动。

4.根据权利要求1所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述冷却装置为螺旋紧贴缠绕固定在所述第一空腔内壁上的冷却水管，所述冷却水管内流通有冷却介质。

5.根据权利要求1所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述磁场产生装置包括第一扇形磁极体和第二扇形磁极体，所述第一扇形磁极体与所述第二扇形磁极体相对设置在所述第一空腔内壁上，且所述第一扇形磁极体和所述第二扇形磁极体的磁极相反。

6.根据权利要求2所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述隔热层材质为石棉网。

7.根据权利要求4所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述冷却水管的材质为纯铜管。

8.根据权利要求1所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述存放容器的高度高于所述第一空腔的深度。

9.根据权利要求4所述的金属凝固组织调控装置，其特征在于：所述冷却水管的进口端和出口端均固定设置有用于防止高温烫伤的外部保护层。

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