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【技術領域】，具體為一種連鑄坯凝固處理裝置，該裝置由脈沖電源（1）、導體（2）、冷卻通道（4）及振蕩線圈（5）組成；脈沖電源（1）通過導體（2）與振蕩線圈（5）連接，振蕩線圈（5）固定在連鑄機（7）上，處于結晶器（3）下方至二冷區末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產生脈沖電流通過導體流入振蕩線圈，激發脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上。本實用新型充分發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，適用于大規模的工業連鑄坯生產。
【專利說明】
—種連鑄坯凝固處理裝置
【技術領域】
[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【技術領域】。
【背景技術】
[0002]現代科學技術的發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、外材料科學工作者的關注熱點。其中材料的凝固細化技術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方法主要有工藝法、化學法、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。化學法是通過添加形核劑、長大抑制劑等來增加異質核心數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晶過程新相的熱力學和動力學，提高形核率而實現細晶。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的衰減嚴重，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，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產生電磁力，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生的電磁力振蕩，可以破碎枝晶，使其成為游離的異質核心，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中，電流直接通過金屬熔體，這會影響生產安全和人身安全。
實用新型內容
[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，解決現有技術中電源功率過高，體積龐大，安全可靠性差，在工業生產中推廣應用困難等問題。
[0005]本實用新型的技術方案如下:
[0006]一種連鑄坯凝固處理裝置，該裝置由脈沖電源、導體、冷卻通道及振蕩線圈組成，脈沖電源通過導體與振蕩線圈連接，振蕩線圈固定在連鑄機上，處于結晶器下方至二冷區末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產生脈沖電流通過導體流入振蕩線圈，激發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，內通冷卻介質。冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體內，或者冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體外，或者冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體內外均有。
[0008]所述的連鑄坯凝固處理裝置，為了滿足連鑄工業生產需求，振蕩線圈為螺線管狀線圈，匝數為2100，層數為廣100。振蕩線圈內壁的形狀可以根據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，多邊形的邊數大于4 ;也可以2個及2個以上的線圈串聯或并聯后處理連鑄坯。振蕩線圈用中空的銅管或管狀高導電性物質制成，或者用實心銅管或實心管狀高導電性物質。
[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晶器下方至二冷區末端的任意位置。
[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、本實用新型結構簡單、體積小，成本低。
[0013]3、本實用新型操作簡單，安全可靠，適用于各種連鑄環境。
[0014]4、本實用新型有效工作時間長，性能穩定。
【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.導體，3.結晶器，4.冷卻通道，5.振蕩線圈，6.連鑄坯，7.連鑄機
[0017]圖2為內壁形狀為圓形螺線管線圈。
[0018]圖3為內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、導體2、冷卻通道4及振蕩線圈5組成；脈沖電源通過導體與振蕩線圈連接，振蕩線圈固定在連鑄機7上，處于結晶器3下方至二冷區末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產生脈沖電流通過導體流入振蕩線圈，激發脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上，具體結構如下:
[0022]脈沖電源，為RLC充放電電路，380V或者220V的交流電通過調壓器、變壓器、二極管等整流，再經過充放電開關和電容器進行充電和放電過程。通過調整電容器的并聯數量可以調節輸出功率、脈寬等參數。
[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，為了滿足生產需要和最優的處理效果，將振蕩線圈的內壁設計成不同的形狀，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和層數(本實用新型的匝數為2?400，層數為Γ100)，匝數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；層數即與中軸線垂直的某一平面上的圈數，達到改變振蕩線圈的感應磁場強度。
[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，空心的銅管內部或外部絕緣后通冷卻介質，亦可在實心銅線外部絕緣后通冷卻介質。
[0025]本實用新型采用充放電模式，操作簡單，安全可靠，在連鑄坯凝固產生過程中有效作用時間長，可充分發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，有效適應了連鑄上各種坯形的生產，并且體積小，成本低，適合于大規模的工業生產。
[0026]以下結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。連鑄生產中，一個中間包下方有多臺連鑄機，即有多條生產線同時生產，將內壁形狀為長方形螺線管狀線圈(匝數為35，層數為4)固定在其中一臺連鑄機上，線圈位于結晶器下方三米處，而臨近的一臺連鑄機上生產的連鑄坯作為對比錠。在澆注前，對熔體中間包及連鑄結晶器進行充分烘烤至60(T70(TC。烘烤結束后，開啟結晶器的冷卻水系統，同時振蕩線圈冷卻通道中通入冷卻介質，開始澆注，同時啟動連鑄機的引錠裝置，設置連續鑄造速度為60mm/min。當鑄坯通過線圈時，打開脈沖電源，調節參數處理，處理參數為:頻率150Hz,電流14000A，澆注完成后，切斷電源，停止處理，直到鑄造結束后，關閉連鑄機。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。連鑄生產中，一個中間包下方有多臺連鑄機，即有多條生產線同時生產，將內壁形狀為圓形螺線管狀線圈(匝數為60，層數為2)和內壁形狀為長方形螺線管狀線圈(匝數為35，層數為4)串聯固定在其中一臺連鑄機上，內壁形狀為長方形振蕩線圈位于結晶器下方一米處，而內壁形狀為圓形振蕩線圈位于結晶器下方四米處，取臨近的一臺連鑄機上生產的連鑄坯作為對比錠。在澆注前，對熔體中間包及連鑄結晶器進行充分烘烤至60(T70(TC。烘烤結束后，開啟結晶器的冷卻水系統，同時振蕩線圈中冷卻通道通入冷卻介質，開始澆注，同時啟動連鑄機的引錠裝置，設置連續鑄造速度為65mm/min。當鑄坯通過線圈時，打開脈沖電源，調節參數處理，處理參數為:頻率25Hz，電流17000A，澆注完成后，切斷電源，停止處理，直到鑄造結束后，關閉連鑄機。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，由于受到結晶器的激冷作用，都為粗大的枝晶交錯生長。繼續往左移動觀察，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]實施例結果表明，本實用新型將脈沖磁致振蕩應用與連鑄生產中，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)、導體(2)、冷卻通道(4)及振蕩線圈(5)組成；脈沖電源(I)通過導體(2)與振蕩線圈(5)連接，振蕩線圈(5)固定在連鑄機(7)上，處于結晶器(3)下方至二冷區末端之間的任意位置，振蕩線圈中有冷卻通道，脈沖電源產生脈沖電流通過導體流入振蕩線圈，激發脈沖磁致振蕩作用在連鑄坯上。
2.按權利要求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，匝數為2?400,層數為I?100。
3.按權利要求2所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:螺線管狀線圈內壁的形狀為圓形或橢圓形。
4.按權利要求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，多邊形的邊數大于4。
5.按權利要求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電性物質制成，或者用實心銅管或實心管狀高導電性物質。
6.按權利要求1所述的連鑄坯凝固處理裝置，其特征在于:冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體內，或者冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體外，或者冷卻通道設置在組成振蕩線圈的導體內外均有。
7.按權利要求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或并聯。
【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 優先權日:2014年4月2日
【發明者】翟啟杰, 徐智帥, 龔永勇, 李仁興, 仲紅剛 申請人:上海大學