驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置的製作方法

2023-05-14 09:39:36 5

專利名稱：驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及金屬鑄造技術領域，尤其是一種在金屬鑄錠過程中驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置。
背景技術：
在金屬材料的連續和半連續鑄造過程中，往往需要將金屬熔液鑄造成不同幾何形狀的鑄錠，如圓錠、扁錠或方錠。在鑄造過程中，由於鑄錠的外表面冷卻速度較快，而心部冷卻速度較慢，鑄錠的心部與鑄錠的外部存在較大的溫差，這是造成鑄錠心部組織疏鬆、晶粒粗大、出現宏觀偏析，甚至產生裂紋等缺陷的重要原因。因此在鑄造過程中採取適當方法， 使鑄錠內尚未凝固的熔液在鑄錠的心部與鑄錠的凝固殼間流動，從而降低鑄錠心部與外部的溫差，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析是降低鑄錠缺陷、提高鑄錠質量的重要手段。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種(在金屬連續和半連續鑄錠過程中)驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其方法合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該裝置，通過設定的移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場影響範圍內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質量。本實用新型是這樣實現的一種在金屬鑄錠過程中驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其特徵在於a、首先根據鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上(含兩個)區域，每個區域包括一段鑄錠外部的邊沿；如圓錠可以劃分成以圓錠中心為頂點的扇形區域或以直徑為界線的兩個半圓區域，圓錠可分成2η (η=1，2，3…)個區域；相鄰兩邊長度不相等的扁錠可以沿長邊方向分成若干方形或矩形的區域；如果鑄錠比較厚，即短邊比較大，比如超過 300mm，也可以在短邊方向分成兩個區域；方錠則可根據方錠的大小，沿一邊或相鄰兩邊劃分，從而形成兩個或四個方形的區域；b、設定這些區域內金屬熔液的流動路徑。區域的各邊界作為熔液流動的路徑；相鄰兩區域共用邊界上，熔液的流動方向一致，鑄錠的同一邊沿相鄰兩區域靠近鑄錠邊沿部分的熔液，熔液流動方向相反。金屬熔液的流動路徑中的一段應當流經鑄錠的中心部位；C、在連續和半連續鑄造過程中，往往鑄錠是在不斷移動的。在鑄錠的凝固殼已經形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的鑄錠部位，圍繞著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈組構成移動磁場產生裝置，安置一組鐵芯和適當數量的線圈組，線圈組的數量及具體結構根據鑄錠的品種、幾何尺寸及鑄錠形狀確定；線圈組的布置及接線方式根據設定的流動路徑確定。在鑄錠的凝固殼已經形成，鑄錠內熔液尚未完全凝固的部位，往往在鑄錠的結晶器附近，因此由鐵芯(1)和線圈組(3)構成移動磁場產生裝置也可以安裝在鑄錠的結晶器外面； 如果結晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯(1)和線圈(3)構成移動磁場產生裝置也可以安裝在鑄錠的結晶器的水箱裡面。d、給線圈組通入交流電流，使由鐵芯和線圈組組成的移動磁場產生裝置產生移動磁場，移動磁場使金屬熔液產生流動；改變線圈組中電流的方向，即可改變移動磁場的方向，進而可改變金屬熔液的流動方向；根據設定的熔液流動的路徑設定移動磁場的方向，即可使鑄錠內的尚未凝固的熔液按設定的路徑流動。所述的線圈組的繞組形式為克蘭姆繞組或採用集中繞組形式較好。其他達到要求的繞組形式也可。電流頻率在0. 3Hz IOOHz之間較好。本實用新型的積極效果是有效解決了長期以來現有技術中一直存在的且一直未能解決的問題，其方法合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該裝置，通過設定的移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場影響範圍內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質量。以下結合實施例及其附圖作詳述說明，但不作為對本實用新型的限定。
圖1為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組驅動金屬熔液流動的裝置示意圖。圖2為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為矩形的扁錠，繞組方式為集中繞組驅動金屬熔液流動的裝置示意圖。圖中各標號說明1-鐵芯，2-鑄錠，3-線圈，4-區域分界面，+ -線圈繞制時的起始端，--線圈繞制時的末端。
具體實施方式
以下所描述的具體實施例僅用以進一步解釋本實用新型，並不適於限定本實用新型。在鑄造過程中，鑄錠橫截面可為圓形、矩形、方形等形狀，本裝置首先是將不同橫截面的鑄錠按其不同的形狀劃分成若干個區域，可以在每個區域外部邊沿布置由三個線圈 (3)組成的線圈組，不同規格的鑄錠可以布置不同數量的線圈組，大規格的鑄錠往往需要布置較多的線圈組；不同的供電方式(如三相供電，各相相位差120° ；兩相供電，相電位差 90°等)也會影響線圈組的數量和每組線圈的數量。給線圈組通以交流電流，使鐵芯(1)和線圈組產生移動磁場，該移動磁場使鑄錠的每個區域產生特定的流場。下面分別附圖對上述情況加以說明，線圈的繞組形式可為克蘭姆繞組、集中繞組，採用三相交流供電。劃分的每個區域包括一段鑄錠外部的邊沿，圍繞著這個邊沿安置由鐵芯(1)和線圈(3)構成移動磁場產生裝置，在線圈(3)中通以交流電流，形成移動磁場，移動磁場作用於鑄錠內的金屬熔液，驅動金屬熔液流動。實施例1 鑄錠橫截面為圓形時驅動金屬熔液流動的裝置見圖1，所示鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組將圓錠橫截面劃分成2η個區域，取n=l，即2X1=2兩個區域區域1、區域2。在區域1、區域2內設定金屬熔液流動的方向如圖1所示。在鑄錠(2)的外部設置由鐵芯(1)
4和線圈(3)組成的移動磁場產生裝置。在每個區域外部所對應的鐵芯(1)上繞制由三個線圈(3)組成的線圈組，分別為A相線圈、B相線圈、C相線圈，每個線圈(3)的引線由「 + 」、「-」 號標示，共12處接線點，按A、B、C三相交流電供電，線圈的繞線方向、安置及次序如圖1所
7J\ ο具體接線方式為所有線圈(3)的標有「_」的引線相連接；兩個A相線圈的標有 「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的A相；兩個B相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的B相；兩個C相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的C相；採取如上所示的接線方式，給線圈組通以交流電後，形成兩個相鄰區域移動方向相反的移動磁場，磁場方向如圖1所示。兩個移動磁場使金屬熔液在鑄錠邊沿產生兩個流向相反的流場，兩個流場在兩個區域的分界面(4)處匯合，沿著分界面(4)流動，在分界面 (4)處，相鄰兩區域流場的流向相同，流場的軌跡即是設置的金屬熔液流動路徑。通過改變各線圈組中線圈(3)的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的流動方向。如將兩個A相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的B相；兩個 B相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的A相，即可實現移動磁場方向的改變。實施例2 見圖2，在鑄造過程中，形成的鑄錠為扁錠，繞組方式為集中繞組扁錠的區域劃分可以沿長邊方向分成若干方形或長方形，圖2以將扁錠橫截面劃分成區域1、區域2、區域 3三個區域為例加以說明。沿著鑄錠的兩個長邊分別設置由鐵芯(1)和線圈(3)組成的移動磁場產生裝置。 設定金屬熔液流動的方向如圖2所示。在每個區域外部所對應的鐵芯1上繞制由三個線圈 (3)組成的線圈組，每個線圈(3)的引線由「 + 」、「-」號標示，共36處接線點，線圈的繞制方向如圖所示。具體接線方式為所有線圈(3)的標有「_」的引線相連接；六個A相線圈的標有 「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的A相；六個B相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的B相；六個C相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的C相。採取如上接線方式，給線圈組通以交流電後，形成三個相鄰兩區域移動方向相反的移動磁場，磁場方向如圖2所示，三個移動磁場使金屬熔液產生三個在鑄錠邊沿部分流向相反，在鑄錠流場的分界面流向相同的流場，該流場即是金屬熔液設置的流動路徑。通過改變各線圈組中線圈(3)的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的流動方向。如將六個A相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的B相；六個 B相線圈的標有「 + 」號的引線相連接後接到三相電源的A相，即可實現移動磁場方向的改變。合理的設定鑄錠的區域及熔液流動方向，通過移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可減小鑄錠內流場影響範圍內的溫差，同時可以使得熔液內的合金成分更加均勻，達到提高鑄錠質量的目的。應當說明，所說的扁錠、方錠或圓錠，是一種比較宏觀的定義，扁錠可以有比較大的圓角，圓錠可以包括橢圓的形式等，這些不影響本實用新型的實施。線圈(3)的繞組形式可為克蘭姆繞組、也可以採用集中繞組等形式，這些均為電機行業的常規技術。調整線圈(3)中線圈的圈數，或改變通過線圈(3)的電流的大小即可調整磁場的強度，從而調整在熔液中產生的電磁推力，達到調整熔液的流動速度的目的。調整通入線圈 (3)的相應線圈的電流方向，即可調整磁場的方向，進而調整熔液流動的方向。改變線圈(3) 中電流的頻率，可以改變電磁力在鑄錠中的影響範圍和電磁推力的大小。電流頻率一般在 0. 3Hz—IOOHz 之間。在安裝由線圈(3)及鐵芯(1)所組成的移動磁場產生裝置時，需要考慮與鑄錠結晶器的連接，如果結晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯(1)和線圈(3)構成的移動磁場產生裝置可以安裝在結晶器水箱內，由於鐵芯和線圈在水中浸泡，需要做好鐵芯的防腐和線圈的絕緣問題，這是常規技術容易解決的。驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其特徵在於所述的金屬為鋼、鐵、鋁合金、鈦合金或銅合金等黑色金屬或有色金屬。
權利要求1.一種在金屬連續和半連續鑄錠過程中驅動金屬熔液流動的裝置，其特徵在於圍繞著鑄錠外部的邊沿安置兩組以上由鐵芯(1)和線圈(3)構成的移動磁場產生機構；這些移動磁場產生機構為共用鐵芯(1 )，或單獨設置各自的鐵芯(1)；每組移動磁場產生機構最少有兩個線圈(3);鑄錠邊沿相鄰區域所對應的移動磁場產生機構所產生的移動磁場的方向是相反的；線圈(3)的接線方式根據設定的移動磁場方向確定；每個區域包括一段鑄錠外部的邊沿。
2.根據權利要求1所述的在金屬連續和半連續鑄錠過程中驅動金屬熔液流動的裝置， 其特徵在於所述的線圈組(3)的繞組形式為克蘭姆繞組或集中繞組。
3.根據權利要求1所述的在在金屬連續和半連續鑄錠過程中驅動金屬熔液流動的裝置，其特徵在於電流頻率在0. 3Hz IOOHz之間。
4.根據權利要求1、2或3所述的在金屬連續和半連續鑄錠過程中驅動金屬熔液流動的裝置，其特徵在於所述的鑄錠為圓錠，分成2η個區域，ri=l，2，3···，每個區域包括一段鑄錠外部的邊沿，沿著這個邊沿均安置由鐵芯(1)和線圈(3)構成的移動磁場產生裝置。
5.根據權利要求1、2或3所述的在金屬連續和半連續鑄錠過程中驅動金屬熔液流動的裝置，其特徵在於所述的鑄錠為扁錠，扁錠的區域劃分沿長邊方向分成若干方形或長方形； 或鑄錠超過300mm，在短邊方向分成兩個區域；方錠沿一邊或相鄰兩邊劃分，形成兩個或四個區域；每個區域包括至少一段鑄錠外部的邊沿，沿著這個邊沿均安置由鐵芯(1)和線圈 (3)構成的移動磁場產生機構。
專利摘要本實用新型提供了一種驅動鑄錠內尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，涉及金屬鑄造技術領域。它是根據鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上區域及金屬熔液的流動路徑，沿著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈組構成的移動磁場產生裝置，其產生的移動磁場，使各個區域金屬熔液分別產生流動。本實用新型設計合理、原理獨特，裝置結構簡單可靠，利用該裝置，通過設定的移動磁場產生的電磁力驅動熔液按確定的區域及方向流動，可以減小鑄錠內熔液流場影響範圍內的溫差，使得熔液內的合金成分更加均勻，減小鑄錠內合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質量。
文檔編號B22D11/115GK202015828SQ20102063407
公開日2011年10月26日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者張殿彬 申請人:河北優利科電氣有限公司