一種連鑄坯凝固處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及金屬凝固組織細化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種連鑄坯凝固處理裝置，該裝置由脈沖電源（1）、導(dǎo)體（2）、冷卻通道（4）及振蕩線圈（5）組成；脈沖電源（1）通過導(dǎo)體（2）與振蕩線圈（5）連接，振蕩線圈（5）固定在連鑄機（7）上，處于結(jié)晶器（3）下方至二冷區(qū)末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產(chǎn)生脈沖電流通過導(dǎo)體流入振蕩線圈，激發(fā)脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上。本實用新型充分發(fā)揮了脈沖磁致振蕩對連鑄坯凝固組織的控制作用，并且體積小、成本低、安全可靠，適用于大規(guī)模的工業(yè)連鑄坯生產(chǎn)。
【專利說明】
—種連鑄坯凝固處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種連鑄坯凝固處理裝置，屬于凝固組織控制裝備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對金屬材料性能的要求越來越高，而金屬材料的凝固組織控制是改善材料性能的重要手段，因此控制金屬凝固過程的研究成為了國內(nèi)、外材料科學(xué)工作者的關(guān)注熱點。其中材料的凝固細化技術(shù)近年來被視為提高材料性能的主要手段之一。細化金屬凝固組織的傳統(tǒng)方法主要有工藝法、化學(xué)法、外場法。工藝法有控制冷卻速度、深過冷法、變形處理法，它可以簡單直接的獲得細化凝固組織，比如快速冷卻可以獲得非常細小的凝固組織，可以得到微米級甚至納米級的晶粒，但對于較大尺寸的鑄錠，很難通過控制冷卻速度來達到細化效果?；瘜W(xué)法是通過添加形核劑、長大抑制劑等來增加異質(zhì)核心數(shù)來促進形核和控制長大達到細化鑄件組織的方法。
[0003]利用外場法可以改善凝固結(jié)晶過程新相的熱力學(xué)和動力學(xué)，提高形核率而實現(xiàn)細晶。外場法有超聲場法、電磁攪拌法、脈沖電流法以及脈沖磁場法，超聲場對凝固細晶有明顯的作用，但是超聲場在熔體內(nèi)的衰減嚴(yán)重，不能有效均勻的細化凝固組織，且變幅桿直接跟熔體接觸，會污染金屬材料；電磁攪拌在金屬的凝固過程中可以增大等軸晶區(qū)，且具有細化晶粒的效果，其不足是細化晶粒的效果不太明顯。跟電磁攪拌一樣，脈沖電流和脈沖磁場也會在金屬熔體內(nèi)產(chǎn)生電磁力，對熔體攪拌和振動作用；而且脈沖電流和脈沖磁場在金屬熔體里產(chǎn)生的電磁力振蕩，可以破碎枝晶，使其成為游離的異質(zhì)核心，從而達到細化凝固組織的效果。但脈沖電流也有局限性，在脈沖電流凝固細晶技術(shù)中，電流直接通過金屬熔體，這會影響生產(chǎn)安全和人身安全。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種體積小、安全可靠、高效的金屬凝固組織控制裝置，以控制連鑄坯的凝固過程，獲得細化的凝固組織，解決現(xiàn)有技術(shù)中電源功率過高，體積龐大，安全可靠性差，在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用困難等問題。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種連鑄坯凝固處理裝置，該裝置由脈沖電源、導(dǎo)體、冷卻通道及振蕩線圈組成，脈沖電源通過導(dǎo)體與振蕩線圈連接，振蕩線圈固定在連鑄機上，處于結(jié)晶器下方至二冷區(qū)末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產(chǎn)生脈沖電流通過導(dǎo)體流入振蕩線圈，激發(fā)脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上。
[0007]所述的連鑄坯凝固處理裝置，為了避免線圈承受高溫，內(nèi)通冷卻介質(zhì)。冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體內(nèi)，或者冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體外，或者冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體內(nèi)外均有。
[0008]所述的連鑄坯凝固處理裝置，為了滿足連鑄工業(yè)生產(chǎn)需求，振蕩線圈為螺線管狀線圈，匝數(shù)為2100，層數(shù)為廣100。振蕩線圈內(nèi)壁的形狀可以根據(jù)連鑄坯的具體形狀做出改變，可以為圓形、橢圓形、正方形、長方形及多邊形，多邊形的邊數(shù)大于4 ;也可以2個及2個以上的線圈串聯(lián)或并聯(lián)后處理連鑄坯。振蕩線圈用中空的銅管或管狀高導(dǎo)電性物質(zhì)制成，或者用實心銅管或?qū)嵭墓軤罡邔?dǎo)電性物質(zhì)。
[0009]所述的連鑄坯凝固處理裝置，為了得到最好的處理效果，振蕩線圈可以按在結(jié)晶器下方至二冷區(qū)末端的任意位置。
[0010]本實用新型具有以下特點:
[0011]1、本實用新型可顯著細化連鑄坯的凝固組織。
[0012]2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、體積小，成本低。
[0013]3、本實用新型操作簡單，安全可靠，適用于各種連鑄環(huán)境。
[0014]4、本實用新型有效工作時間長，性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為連鑄還凝固處理裝置示意圖。
[0016]圖中:1.脈沖電源，2.導(dǎo)體，3.結(jié)晶器，4.冷卻通道，5.振蕩線圈，6.連鑄坯，7.連鑄機
[0017]圖2為內(nèi)壁形狀為圓形螺線管線圈。
[0018]圖3為內(nèi)壁形狀為方形螺線管線圈。
[0019]圖4為65Mn鋼連鑄坯凝固組織。
[0020]圖5為GCr 15軸承鋼連鑄坯凝固組織。

【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本實用新型連鑄坯凝固處理裝置由脈沖電源1、導(dǎo)體2、冷卻通道4及振蕩線圈5組成；脈沖電源通過導(dǎo)體與振蕩線圈連接，振蕩線圈固定在連鑄機7上，處于結(jié)晶器3下方至二冷區(qū)末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產(chǎn)生脈沖電流通過導(dǎo)體流入振蕩線圈，激發(fā)脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0022]脈沖電源，為RLC充放電電路，380V或者220V的交流電通過調(diào)壓器、變壓器、二極管等整流，再經(jīng)過充放電開關(guān)和電容器進行充電和放電過程。通過調(diào)整電容器的并聯(lián)數(shù)量可以調(diào)節(jié)輸出功率、脈寬等參數(shù)。
[0023]振蕩線圈，由于連鑄坯近似無限長鑄坯，因此，將振蕩線圈設(shè)計成中空的螺線管狀線圈，并提前固定在連鑄機上，使形成的鑄坯從螺線管狀線圈中間通過。連鑄坯的外觀形狀可能有圓形、方形等不同形式，為了滿足生產(chǎn)需要和最優(yōu)的處理效果，將振蕩線圈的內(nèi)壁設(shè)計成不同的形狀，如圓形、橢圓形、三角形、正方形、長方形或多邊形，同時改變振蕩線圈的匝數(shù)和層數(shù)(本實用新型的匝數(shù)為2?400，層數(shù)為Γ100)，匝數(shù)即螺線管狀線圈取一中軸線，與中軸線平行的某一平面上圈數(shù)；層數(shù)即與中軸線垂直的某一平面上的圈數(shù)，達到改變振蕩線圈的感應(yīng)磁場強度。
[0024]冷卻通道，由于振蕩線圈在連鑄坯高溫輻射下工作，且自身有電阻，產(chǎn)生焦耳熱，因此，必須對振蕩線圈進行冷卻保護，以保證振蕩線圈正常、持久工作。冷卻方式為，空心的銅管內(nèi)部或外部絕緣后通冷卻介質(zhì)，亦可在實心銅線外部絕緣后通冷卻介質(zhì)。
[0025]本實用新型采用充放電模式，操作簡單，安全可靠，在連鑄坯凝固產(chǎn)生過程中有效作用時間長，可充分發(fā)揮脈沖磁致振蕩對連鑄坯凝固組織的控制作用，振蕩線圈的形狀多樣性和可組合性，有效適應(yīng)了連鑄上各種坯形的生產(chǎn)，并且體積小，成本低，適合于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
[0026]以下結(jié)合實施例對本實用新型做詳細說明。
[0027]實施例1
[0028]鑄坯材料為65Mn鋼，在熔煉爐內(nèi)熔化并精煉，1600°C保溫40分鐘，保證熔體溫度均勻，待澆注。連鑄生產(chǎn)中，一個中間包下方有多臺連鑄機，即有多條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)，將內(nèi)壁形狀為長方形螺線管狀線圈(匝數(shù)為35，層數(shù)為4)固定在其中一臺連鑄機上，線圈位于結(jié)晶器下方三米處，而臨近的一臺連鑄機上生產(chǎn)的連鑄坯作為對比錠。在澆注前，對熔體中間包及連鑄結(jié)晶器進行充分烘烤至60(T70(TC。烘烤結(jié)束后，開啟結(jié)晶器的冷卻水系統(tǒng)，同時振蕩線圈冷卻通道中通入冷卻介質(zhì)，開始澆注，同時啟動連鑄機的引錠裝置，設(shè)置連續(xù)鑄造速度為60mm/min。當(dāng)鑄坯通過線圈時，打開脈沖電源，調(diào)節(jié)參數(shù)處理，處理參數(shù)為:頻率150Hz,電流14000A，澆注完成后，切斷電源，停止處理，直到鑄造結(jié)束后，關(guān)閉連鑄機。取樣時，分析用處理錠和對比錠同樣取拉速相對穩(wěn)定的鑄坯中間段。
[0029]磨拋、腐蝕樣品，并觀察宏觀組織。如圖4所示，為65Mn鋼宏觀凝固組織，從圖中可以看出，上部為未施加脈沖磁致振蕩處理的試樣，枝晶粗大，枝晶臂較長。下部為施加脈沖磁致振蕩處理的試樣，得到了細小的枝晶，細化效果非常明顯。
[0030]實施例2
[0031]鑄坯材料為GCrl5軸承鋼，在熔煉爐內(nèi)熔化并精煉，1520°C保溫40分鐘，保證熔體溫度均勻，待澆注。連鑄生產(chǎn)中，一個中間包下方有多臺連鑄機，即有多條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)，將內(nèi)壁形狀為圓形螺線管狀線圈(匝數(shù)為60，層數(shù)為2)和內(nèi)壁形狀為長方形螺線管狀線圈(匝數(shù)為35，層數(shù)為4)串聯(lián)固定在其中一臺連鑄機上，內(nèi)壁形狀為長方形振蕩線圈位于結(jié)晶器下方一米處，而內(nèi)壁形狀為圓形振蕩線圈位于結(jié)晶器下方四米處，取臨近的一臺連鑄機上生產(chǎn)的連鑄坯作為對比錠。在澆注前，對熔體中間包及連鑄結(jié)晶器進行充分烘烤至60(T70(TC。烘烤結(jié)束后，開啟結(jié)晶器的冷卻水系統(tǒng)，同時振蕩線圈中冷卻通道通入冷卻介質(zhì)，開始澆注，同時啟動連鑄機的引錠裝置，設(shè)置連續(xù)鑄造速度為65mm/min。當(dāng)鑄坯通過線圈時，打開脈沖電源，調(diào)節(jié)參數(shù)處理，處理參數(shù)為:頻率25Hz，電流17000A，澆注完成后，切斷電源，停止處理，直到鑄造結(jié)束后，關(guān)閉連鑄機。取樣時，分析用處理錠和對比錠同樣取拉速相對穩(wěn)定的鑄坯中間段。
[0032]磨拋、腐蝕樣品，并觀察宏觀組織。如圖5所示，為GCrl5軸承鋼宏觀凝固組織，從圖中可以看出，上部為未施加脈沖磁致振蕩處理的試樣，下部為施加脈沖磁致振蕩處理的試樣。最右邊同為連鑄坯的坯殼，由于受到結(jié)晶器的激冷作用，都為粗大的枝晶交錯生長。繼續(xù)往左移動觀察，上部的試樣雖然枝晶變細，并伴隨少量等軸晶，但還是有部分細長枝晶交錯盤踞；而下部試樣左邊的組織則得到完全細化，全為均勻的等軸晶組織。
[0033]實施例結(jié)果表明，本實用新型將脈沖磁致振蕩應(yīng)用與連鑄生產(chǎn)中，不僅可以制備均勻細晶鑄錠，顯著細化凝固組織，而且無污染，操作簡便，成本低廉。
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:該裝置由脈沖電源(I)、導(dǎo)體(2)、冷卻通道(4)及振蕩線圈(5)組成；脈沖電源(I)通過導(dǎo)體(2)與振蕩線圈(5)連接，振蕩線圈(5)固定在連鑄機(7)上，處于結(jié)晶器(3)下方至二冷區(qū)末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產(chǎn)生脈沖電流通過導(dǎo)體流入振蕩線圈，激發(fā)脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上。
2.按權(quán)利要求1所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:振蕩線圈為螺線管狀線圈，匝數(shù)為2?400,層數(shù)為I?100。
3.按權(quán)利要求2所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:螺線管狀線圈內(nèi)壁的形狀為圓形或橢圓形。
4.按權(quán)利要求2所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:螺線管線圈內(nèi)壁的形狀為正方形、長方形及多邊形中的一種，多邊形的邊數(shù)大于4。
5.按權(quán)利要求1所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:振蕩線圈用中空的銅管或管狀高導(dǎo)電性物質(zhì)制成，或者用實心銅管或?qū)嵭墓軤罡邔?dǎo)電性物質(zhì)。
6.按權(quán)利要求1所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體內(nèi)，或者冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體外，或者冷卻通道設(shè)置在組成振蕩線圈的導(dǎo)體內(nèi)外均有。
7.按權(quán)利要求1所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:所述的振蕩線圈為2個及2個以上的振蕩線圈串聯(lián)或并聯(lián)。
【文檔編號】B22D11/115GK203972802SQ201420157140
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】翟啟杰, 徐智帥, 龔永勇, 李仁興, 仲紅剛 申請人:上海大學(xué)