一种半连续铸造液穴熔体的电磁处理装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置及其工作方法，所述的装置包括可控硅控制器、可控硅组件、电解电容组、IGBT控制器、IGBT组件、霍尔传感器、负载线圈、PLC核心组件和触摸屏主令元件；负载线圈置于结晶器冷却水腔中。结晶器包括加工有润滑油道的内套、水箱介板、排气孔、线圈定位上下夹板、负载线圈、外套、封水板和出水孔。本发明专利技术通过调节频率、占空比和平均电流强度大小等负载线圈参数，可以在负载线圈上获得具有不同波形特点的电流，进而获得相应感应电磁场，并在液穴熔体中形成相应形式的强制对流。本发明专利技术完全可解决轻合金半连续铸造坯料不能完全满足塑性变形工艺对铸造坯料晶粒尺寸和成分均匀性要求的问题。

Electromagnetic treatment device for semicontinuous casting liquid hole melt and method for operating the same

The invention discloses a liquid melt hole electromagnetic treatment device and its working method of a semi continuous casting device comprises a silicon controlled rectifier, thyristor module, electrolytic capacitor group, IGBT controller, IGBT module, Holzer sensor, load coils, PLC core components and touch screen master element; load device cavity cooling water coil in the crystal. The mold includes processing lubricating oil duct sleeve, tank vent, dielectric plate, coil positioning plate, load coil, coat, water sealing plate and outlet. The present invention by adjusting the frequency, duty ratio and average current intensity load coil parameters can be obtained with different characteristics of the current waveform in the load coil, and then obtain the corresponding electromagnetic field, and the corresponding form of forced convection in the liquid melt point. The invention completely solves the problem that the semi continuous casting blank of the light alloy can not fully satisfy the requirements of the plastic deformation process on the grain size and the composition uniformity of the casting blank.

【技术实现步骤摘要】
一种半连续铸造液穴熔体的电磁处理装置及其工作方法
本专利技术属于金属材料制备领域，具体为一种实现半连续铸造液穴熔体低频电磁震荡或低频电磁强制脉动流的半连续铸造方法。
技术介绍
目前除了少数高活性镁合金(如镁锂合金)以及高铸造裂纹趋势的镁合金(如高稀土合金化镁合金)之外，变形(包括轧制、挤压和锻造)用镁合金和铝合金坯料大多通过直接水冷半连续铸造工艺(即DC铸造)制备与生产。尽管DC铸造工艺具有比永久模铸造明显的质量与效率优势，但因其散热方向与冷却凝固特点，包括镁合金和铝合金在内的金属坯料铸造易因为在横截面不同部位温度梯度和冷却速率差别大而导致横截面上内外晶粒尺寸的巨大差别，还会因为散热单一取向而导致出现大面积的柱状晶区，同时还会因为同一截面上凝固时序差别而导致严重的宏观偏析和铸造内应力。这些情况都将对铸造坯料的后续变形产生诸如变形不均匀、裂纹、以及组织与性能不均等严重不良影响与结果。因此，如何进一步提高包括镁合金和铝合金坯料在内的DC铸造坯料的冶金质量，提高坯料的组织细化与均匀化效果，减小宏观偏析程度，缩小或消除铸造坯料中的柱状晶区，是轻合金坯料铸造行业持续努力的目标。要实现以上目标，在技术手段上通过调整结晶器结构以及优化铸造工艺参数是重要途径，如中国专利ZL201110386386.0公开了《内外双向冷却连铸镁合金和铝合金锭坯装置与工艺》，在坯料外部一冷与二冷基础上，通过在棒材凝固液穴上部增加可带走芯部热量的内冷头装置，来降低横向温度梯度和冷却速率差别，以达到细晶效果。此外，大量研究已表明，施加外场(包括永磁场、电磁场、脉冲电磁场、组合电磁场、超声波、机械波等)是改变金属凝固行为的十分有效的方法。中国专利ZL03133389.3《镁合金超低温铸造制取半固态浆方法》和ZL200810010647.7《镁合金锭坯的油滑电磁立式半连续铸造方法与结晶器》分别公开了一种在镁合金棒材DC半连续铸造过程中通过施加低频电磁场产生强制对流来实现铸造棒材组织细化和元素分布均匀化的方法；中国专利ZL200710010640.0《功率超声与低频电磁协同作用的轻合金水平连续铸造方法及设备》和ZL200710010641.5《功率超声与低频电磁协同作用的轻合金大规格锭坯立式半连续铸造方法及设备》分别公开了一种在镁合金棒材DC半连续铸造过程中同时施加组合功率超声与低频电磁，利用功率超声克服电磁趋肤效应和利用电磁强制对流克服功率超声因能量快速衰减而作用区域有限的局限，实现了较大规格镁合金棒材铸造的组织细化和元素分布均匀化的显著效果。以上技术均通过在单一负载线圈中施加电流来实现电磁场的施加，但是由于电磁在拟处理的金属熔体中的趋肤效应，为达到技术效果需要在负载线圈中施加很大的电流，即使如此，在较大体积熔体凝固时往往也难以达到理想的技术效果。张勤和郭世杰的研究表明，通过在半连续铸造结晶器中安装两个分别通交流电和直流电的励磁线圈来产生的稳衡磁场和交变磁场，结合电磁导向铁芯，实现7075铝合金或AZ80镁合金熔体的受迫震荡，可以达到明显细化其凝固组织以及抑制偏析和裂纹的效果，但由于采用两套线圈，一是体积庞大，不利于结晶器的布置，另一方面是两个线圈的物理距离也降低了其耦合效果，同时，还由于置于线圈内侧的铁芯也显著增加了半连铸铸造注液操作过程的复杂性，所以只停留于实验室研究阶段，难以实现工业化应用。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种既结构简单、体积较小、易于实现工业应用，又无需给负载线圈施加很大电流的半连续铸造液穴熔体电磁处理装置及其工作方法，以解决轻合金半连续铸造坯料不能完全满足塑性变形工艺(特别是锻造工艺和轧制工艺)对铸造坯料晶粒尺寸和成分均匀性要求的问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置，包括变压器、可控硅控制器、可控硅组件、电解电容组、IGBT控制器、IGBT组件、霍尔传感器、负载线圈、无级电容组、PLC核心组件、数显/控制表和触摸屏主令元件；所述的变压器的一端与三相交流电源连接，另一端依次与可控硅控制器、可控硅组件和电解电容组连接，所述的电解电容组还分别与无级电容组、IGBT组件和负载线圈连接，所述的PLC核心组件分别与IGBT控制器、霍尔传感器和数显/控制表连接，所述的IGBT控制器与IGBT组件连接，所述的负载线圈与霍尔传感器连接，所述的数显/控制表与触摸屏主令元件连接；所述的变压器起到电压变换和隔离保证操作安全作用；可控硅组件及可控硅控制器起整流作用；电解电容组是储能滤波单元；IGBT组件是功率元件，IGBT控制器是触发单元；负载线圈与无级电容组并联构成LC震荡回路，所述的负载线圈为矩形截面，由绝缘扁铜线缠绕而成；所述的霍尔传感器、数显/控制表、PLC核心组件和触摸屏主令元件构成信号检测与控制回路；其中的霍尔传感器对LC震荡回路中的电流信号进行检测，通过数显/控制表实时显示并与PLC核心组件进行信号传输，实现IGBT控制器对IGBT组件的控制。所述的负载线圈置于结晶器冷却水腔中。所述的结晶器包括加工有润滑油道的内套、水箱介板、排气孔、线圈定位上夹板、负载线圈、线圈定位下夹板、外套、封水板和出水孔；所述的内套、水箱介板、外套和封水板构成冷却水腔；所述的外套由侧板与底板焊接而成；所述的内套上部设置润滑油道，所述的内套与水箱介板之间设置密封胶条，所述的外套与水箱介板之间设置排气孔，所述的外套与内套之间设置封水板，所述的内套与封水板连接处设置出水孔；所述的负载线圈通过线圈定位上夹板、线圈定位下夹板、紧固螺母和紧固螺杆固定。进一步地，在所述的结晶器中引入引锭头，结晶器的内套与引锭头之间有1～3mm的间隙，间隙上方絮有石棉绳。进一步地，所述的冷却水腔同时为结晶器的二冷水水腔，即冷却水腔与二冷水水腔为一体化结构；冷却水腔的侧板的外侧面上沿设置流量调节的排气孔。进一步地，所述的内套材质为6061或6061或6082铝合金。进一步地，所述的负载线圈的匝数为60～150匝，所用绝缘扁铜线绝缘层材料为聚酰亚胺漆，绝缘耐热等级满足国家标准的C级，绝缘层击穿电压大于5000V。进一步地，所述的电解电容组由多个额定电压450～600V、电容量10000-12000μF的电解电容器并联而成。进一步地，所述的IGBT控制器采用TX-DA102D2或TX-DA102D4控制器。进一步地，所述的无级电容组由2～100个额定电压600～2000V、电容量30～500μF的CBB电容器并联而成。本专利技术的电磁场的形成方法如下：380V三相交流电通过隔离变压器转换成200～300V交流电；通过可控硅组件的整流过程形成直流电流，并向电解电容组充电实现储能与滤波；通过IGBT组件闭合负载线圈-无级电容组回路并在负载线圈中形成阻尼震荡电流，同时在结晶器内套腔体内形成震荡电磁场，从而对置于内套腔体内的金属熔体实现震荡凝固铸造。一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置的工作方法，包括以下步骤：A、将熔体引入由结晶器内套和引锭头以及石棉绳围成的内套腔体中；B、通过触摸屏主令元件设置负载线圈参数，通过PLC核心组件转换成数字信号；所述的负载线圈参数包括低频电流频率、低频电流占空比和低频电流强度；所述的负载线圈参数的设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置，其特征在于：包括变压器、可控硅控制器、可控硅组件、电解电容组、IGBT控制器、IGBT组件、霍尔传感器、负载线圈(10)、无级电容组、PLC核心组件、数显/控制表和触摸屏主令元件；所述的变压器的一端与三相交流电源连接，另一端依次与可控硅控制器、可控硅组件和电解电容组连接，所述的电解电容组还分别与无级电容组、IGBT组件和负载线圈(10)连接，所述的PLC核心组件分别与IGBT控制器、霍尔传感器和数显/控制表连接，所述的IGBT控制器与IGBT组件连接，所述的负载线圈(10)与霍尔传感器连接，所述的数显/控制表与触摸屏主令元件连接；所述的变压器起到电压变换和隔离保证操作安全作用；可控硅组件及可控硅控制器起整流作用；电解电容组是储能滤波单元；IGBT组件是功率元件，IGBT控制器是触发单元；负载线圈(10)与无级电容组并联构成LC震荡回路，所述的负载线圈(10)为矩形截面，由绝缘扁铜线缠绕而成；所述的霍尔传感器、数显/控制表、PLC核心组件和触摸屏主令元件构成信号检测与控制回路；其中的霍尔传感器对LC震荡回路中的电流信号进行检测，通过数显/控制表实时显示并与PLC核心组件进行信号传输，实现IGBT控制器对IGBT组件的控制；所述的负载线圈(10)置于结晶器冷却水腔(18)中；所述的结晶器包括加工有润滑油道(1)的内套(2)、水箱介板(4)、排气孔(5)、线圈定位上夹板(8)、负载线圈(10)、线圈定位下夹板(12)、外套(11)、封水板(14)和出水孔(15)；所述的内套(2)、水箱介板(4)、外套(11)和封水板(14)构成冷却水腔(18)；所述的外套(11)由侧板(6)与底板(13)焊接而成；所述的内套(2)上部设置润滑油道(1)，所述的内套(2)与水箱介板(4)之间设置密封胶条(3)，所述的外套(11)与水箱介板(4)之间设置排气孔(5)，所述的外套(11)与内套(2)之间设置封水板(14)，所述的内套(2)与封水板(14)连接处设置出水孔(15)；所述的负载线圈(10)通过线圈定位上夹板(8)、线圈定位下夹板(12)、紧固螺母(7)和紧固螺杆(9)固定。...

【技术特征摘要】
1.一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置，其特征在于：包括变压器、可控硅控制器、可控硅组件、电解电容组、IGBT控制器、IGBT组件、霍尔传感器、负载线圈(10)、无级电容组、PLC核心组件、数显/控制表和触摸屏主令元件；所述的变压器的一端与三相交流电源连接，另一端依次与可控硅控制器、可控硅组件和电解电容组连接，所述的电解电容组还分别与无级电容组、IGBT组件和负载线圈(10)连接，所述的PLC核心组件分别与IGBT控制器、霍尔传感器和数显/控制表连接，所述的IGBT控制器与IGBT组件连接，所述的负载线圈(10)与霍尔传感器连接，所述的数显/控制表与触摸屏主令元件连接；所述的变压器起到电压变换和隔离保证操作安全作用；可控硅组件及可控硅控制器起整流作用；电解电容组是储能滤波单元；IGBT组件是功率元件，IGBT控制器是触发单元；负载线圈(10)与无级电容组并联构成LC震荡回路，所述的负载线圈(10)为矩形截面，由绝缘扁铜线缠绕而成；所述的霍尔传感器、数显/控制表、PLC核心组件和触摸屏主令元件构成信号检测与控制回路；其中的霍尔传感器对LC震荡回路中的电流信号进行检测，通过数显/控制表实时显示并与PLC核心组件进行信号传输，实现IGBT控制器对IGBT组件的控制；所述的负载线圈(10)置于结晶器冷却水腔(18)中；所述的结晶器包括加工有润滑油道(1)的内套(2)、水箱介板(4)、排气孔(5)、线圈定位上夹板(8)、负载线圈(10)、线圈定位下夹板(12)、外套(11)、封水板(14)和出水孔(15)；所述的内套(2)、水箱介板(4)、外套(11)和封水板(14)构成冷却水腔(18)；所述的外套(11)由侧板(6)与底板(13)焊接而成；所述的内套(2)上部设置润滑油道(1)，所述的内套(2)与水箱介板(4)之间设置密封胶条(3)，所述的外套(11)与水箱介板(4)之间设置排气孔(5)，所述的外套(11)与内套(2)之间设置封水板(14)，所述的内套(2)与封水板(14)连接处设置出水孔(15)；所述的负载线圈(10)通过线圈定位上夹板(8)、线圈定位下夹板(12)、紧固螺母(7)和紧固螺杆(9)固定。2.根据权利要求1所述的一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置，其特征在于：在所述的结晶器中引入引锭头(16)，结晶器的内套(2)与引锭头(16)之间有1～3mm的间隙，间隙上方絮有石棉绳(17)。3.根据权利要求1所述的一种半连续铸造液穴熔体电磁处理装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐启炽，侯健，贾永辉，陈星瑞，宝磊，张志强，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21