大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置的製作方法

2023-10-17 14:03:34

本發明所述的大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置，涉及一種澆鑄模具的加熱裝置。

背景技術：

目前，用普通砂型重力鑄造方法生產大型船用螺旋槳(直徑大於3.5m)，必須設計一個尺寸很大的冒口。通常，大型船用螺旋槳澆注不是一次性澆滿，而是澆注入冒口一定高度，然後通過間隔一定時間多次往冒口內補澆高溫銅合金液來實現冒口對鑄件的補縮作用。該方法生產的螺旋槳鑄件冒口尺寸偏大(多則十幾噸重)，導致鑄件工藝出品率低，浪費合金材料，且需頻繁的熔鍊金屬液、補澆冒口操作，十分不利於節能減排和提高生產效率。另外，最重要的是生產的螺旋槳鑄件質量不穩定，經常出現縮孔、縮松缺陷，對產品質量影響很大。

針對此問題，國內外開始研究採用加熱冒口工藝應用到船用螺旋槳上。但冒口加熱方式是一個難題。有報導採用電阻加熱、電極或電弧加熱等，但由於加熱方式根本達不到要求的溫度(1130～1150℃)，或是對銅液擾動太劇烈，造成氧化渣增多等問題，因此效果均不理想。

針對上述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置，從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。

技術實現要素：

鑑於上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是研究設計一種新型的大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置。用以解決現有技術中存在的：1、沒有加熱裝置的冒口，在澆注螺旋槳鑄件時出現縮孔、縮松缺陷等問題；2、採用電阻加熱、電極或電弧加熱，對銅液擾動太劇烈，造成氧化渣增多等問題。

本發明的工作原理為：

本發明是一種電磁感應加熱裝置，將感應線圈放置於螺旋槳澆鑄冒口位置，對冒口中的銅合金液體進行加熱，延緩冒口銅液凝固速度，代替傳統的補澆冒口操作，提高冒口補縮效率，降低冒口體積，改善鑄造質量，達到節能減排的目的。

根據法拉利電磁感應定律，在一個電路圍繞的區域內存在交變磁場時，電路兩端就會產生感應電動勢，當電路閉合時就會產生電流。感應電動勢的大小等於磁通變化率。本產品的感應線圈通上交流電時即建立交變磁場。將冒口內的金屬液體置於交變磁場中，由於電磁感應作用，金屬液體內部產生電流(即渦流)，電流通過金屬液體時使其發熱。這種加熱方式熱量直接由金屬液體內部產生，因此加熱效率高，金屬液體受熱均勻，同時避免了制槳現場使用易燃易爆氣體所帶來的安全隱患，安全可靠。

本裝置將380V的工頻三相電通過全控式可控矽整流橋以及濾波電抗器將交流電轉化為直流電，再通過逆變橋將其逆變為中頻交流電輸送給線圈。根據冒口的直徑、高度和溫度等參數特製160kW/300Hz的中頻電源。其中採用了研製的新型控制觸發板。主要由電源、調節器、移相控制電路、保護電路、啟動演算電路、逆變頻率跟蹤、逆變脈衝形成、脈衝放大及脈衝變壓器組成。其核心部件採用高性能、高密度、超大規模專用HL集成電路,使其電路除調節器外，其餘均實現數位化，整流觸發器部分不需要任何調整，而且可靠性高、脈衝對稱度高、抗幹擾能力強、反應速度快等特點；逆變採用掃頻式零壓軟啟動方式，啟動性能優於普通的零壓軟啟動電路。並設有自動重複啟動電路，可防止中頻電源的偶爾啟動失敗，使啟動的成功率達到100％。頻率跟蹤電路採用的是平均值取樣方案，具有較強的逆變的抗幹擾能力。

本發明的技術解決方案是這樣實現的：

本發明所述的大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置，其特徵在於所述的冒口感應加熱裝置包括：磁軛、感應器、外筒；感應器圍繞在冒口砂型外部，並通過N個磁軛對感應器進行收集及固定；外筒通過螺栓與磁軛相連接，將磁軛與感應器封裝在冒口砂型外部；外筒用δ＝12，Q＝35鋼板製作，保證整體剛性。

本發明所述的感應器為T2材質銅管繞冒口砂型外部製成的環形結構，銅管外部用有機矽和雲母帶包紮，並經由2次浸漆、烘乾而成；感應器與電控櫃相連接；

本發明所述的磁軛為Q210矽鋼片經裁剪衝孔用62黃銅杆壓接而成的「]」型結構；N個磁軛均布於冒口砂型外部，將感應器有效的收集在其中，提高熱效率。這樣可以使爐腔散熱面積減小，經過嚴格的測算和實驗以具有最佳綜合經濟效果。它所需的保溫功率遠遠低於普通的長線圈感應電爐，所需功率的減少意味著對散熱要求的降低，意味著可以將散熱用的冷卻水集成在電源櫃內部，正是這種獨特的設計，給本產品的移動吊裝生產創造了可能。同時，這種設計還具有良好的攪動效應，從而在金屬液體的保溫效果、成分均勻等方面具有明顯優勢

本發明所述的外筒的上部通過螺栓A、螺母、墊裝有上環板；上環板通過螺栓B、絕緣墊和絕緣套與裝於磁軛上部外壁上的連板相連接；外筒的下部通過螺釘與裝於磁軛下部外壁上的連板相連接。

本發明所述的磁軛與外筒之間裝有至少1個頂杆機構。

本發明所述的上環板與連板之間裝有絕緣板。

本產品為了長期可靠的適應現場環境，所用電氣元件均高於正常標準經過嚴格篩選。整流可控矽及逆變可控矽選用高性能產品，櫃內所使用的電氣開關均為高端產品，為電源櫃長期穩定的工作提供保證。

電源櫃中配有水冷系統，電源櫃與感應器之間的水路和電路的連接採用一體化的設計，感應器側的接線端子無需拆卸，每次使用時僅需連接電源側的兩個端子即可完成水和電的連接，具有安裝簡便、可靠性好等優點，可以很好的滿足現場移動吊裝的工作需求。接線端子處均專門設有絕緣盒防止其裸露，在失電情況下將絕緣盒蓋板打開進行端子拆裝，完畢後將蓋板閉合好後通電，這樣可以有效的防止電氣事故的發生。

本發明的操作細節為：

(1)螺旋槳造型舂制冒口前，首先將冒口模樣吊運至槳轂模樣上端進行裝配。再將冒口模樣外壁纏繞並固定冒口保溫板，高度同冒口。

(2)將冒口加熱裝置平穩吊運，放置在冒口模樣的外部，調整對中，使加熱裝置與冒口模樣周向間隙均勻。擺放置前應將加熱裝置的底砂平面舂實、舂平，並塗上封箱膠，避免從裝置底部與砂平面間隙處跑火。

(3)模樣外壁與加熱裝置內壁之間的空隙採用型砂舂實。然後扎通氣孔，通入二氧化碳硬化後，取出冒口模樣，冒口保溫板表面刷塗料點燃。

(4)澆注前，將裝置的電控櫃吊運至壓圈平臺合適位置，避免磕碰。電控櫃底部鋪設大於其底部面積兩倍以上的防水帆布，一旦電控櫃漏水，可由現場操作人員將水引至外部安全區域。接著完成管線連接、風機調試、水循環密閉性檢查等準備工作，確保裝置的運行安全可靠性。隨後打開裝置的冷卻系統，但暫不開啟感應加熱。

(5)開始澆注。注意液面不要超過裝置上端面，留有覆蓋冒口覆蓋劑的空間約50mm高。澆注完畢在冒口液面覆蓋一定量的冒口覆蓋劑保溫。

(6)隨後啟動冒口加熱裝置對冒口銅液進行加熱。通過調節功率大小實現對銅液加熱溫度的控制。

(7)正常運行4個小時之後，可關停加熱裝置，但保護裝置的水冷卻系統應繼續工作，直到冒口凝固冷卻。

本發明的優點是顯而易見的，主要表現在：

1、結構簡單、緊湊，操作方便，在螺旋槳造型製作冒口時，放置在冒口砂型外側固定即可，使用前與電控櫃連線即可；

2、綠色環保，減少排放；代替傳統熔煉銅液補澆冒口，無煙塵；

3、安全可靠，無需人員實時監控和操作，電磁輻射小，對人體無傷害；

4、節約能源，由於從銅液內部加熱，效率高，能耗小，對銅液無明顯擾動，不會產生吸氣或夾渣；

5、減小冒口尺寸，節約材料；鑄件質量穩定，減少鑄造缺陷

本發明具有結構新穎、簡單、節能環保、提高生產效率和鑄件質量等優點，其大批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。

附圖說明

本發明共有5幅附圖,其中：

附圖1為本發明結構示意圖；

附圖2為附圖1的A部放大視圖；

附圖3為附圖1的B部放大視圖；

附圖4為附圖1的C部放大視圖；

附圖5為本發明的俯視圖。

在圖中：1、磁軛 2、感應器 3、外筒。

具體實施方式

本發明的具體實施例如附圖所示，大型船用螺旋槳鑄造冒口感應加熱裝置包括：磁軛1、感應器2、外筒3；感應器2圍繞在冒口砂型外部，並通過N個磁軛1對感應器2進行收集及固定；外筒3通過螺栓與磁軛1相連接，將磁軛1與感應器2封裝在冒口砂型外部；

感應器2為T2材質銅管繞冒口砂型外部製成的環形結構，銅管外部用有機矽和雲母帶包紮，並經由2次浸漆、烘乾而成；感應器2與電控櫃相連接；

磁軛1為Q210矽鋼片經裁剪衝孔用62黃銅杆壓接而成的「]」型結構；N個磁軛1均布於冒口砂型外部，將感應器2有效的收集在其中，提高熱效率。

外筒3的上部通過螺栓A4、螺母5、墊6裝有上環板7；上環板7通過螺栓B9、絕緣墊10和絕緣套11與裝於磁軛1上部外壁上的連板12相連接；外筒3的下部通過螺釘13與裝於磁軛1下部外壁上的連板12相連接。

磁軛1與外筒3之間裝有至少1個頂杆機構14。

上環板7與連板12之間裝有絕緣板8。

以上所述，僅為本發明的較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，所有熟悉本技術領域的技術人員在本發明公開的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其本發明的構思加以等同替換或改變均應涵蓋在本發明的保護範圍之內。