一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，属于金属材料加工领域。该装置由储存大体积合金熔体的中间包、加热单元、外置磁力发生器、冷却器、输液管、内置磁力发生器和牵引机构等组成；输液管深入到中间包内部，输液管的入口端位于中间包的下部，外置磁力发生器和冷却器设置在中间包外部的输液管外围，内置磁力发生器设置在中间包内部的输液管外周，加热单元设置在中间包的顶部内侧，牵引机构固定在中间包下部。本实用新型专利技术的装置效果显著、生产效率高、易与各种铸造方法相结合，具有广阔的工业应用前景。

A compound melt treatment device for preparing fine grain homogeneous casting

The utility model relates to a compound melt treatment device for preparing fine grain homogeneous casting, which belongs to the field of metal material processing. The device is composed of a large volume of intermediate storage alloy melt bag, a heating unit, an external magnetic generator, cooler, infusion tube, built-in magnetic generator and traction mechanism etc.; infusion tube into the tundish entrance, the infusion tube end is positioned on the lower part of the tundish, the external magnetic generator and the cooler is arranged on the periphery of the tundish external infusion tube, magnetic generator set built-in peripheral infusion in tundish inner tube, a heating unit is arranged on the inner side of the top of the tundish, the traction mechanism is fixed on the tundish bottom. The utility model has the advantages of remarkable effect, high production efficiency, and easy to combine with various casting methods, and has a broad prospect of industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置
本技术属于金属材料加工领域，特别涉及一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置。
技术介绍
随着交通运输以及航空航天向现代化、高速化的方向发展，对于低成本、轻量化、高性能的材料需求越来越大，特别是轻量化程度要求髙的机械设备等重要受力部件和结构件，大量使用铝合金替代原来的钢结构件，因此对大型复杂铝合金零件的需求也日趋增加。但是传统工艺制备铝合金铸件尤其成分复杂的大型铸件，首先在铸造过程中由于中间包熔体含量多、保温放置时间长，致使合金熔体的成分及温度不均匀，不但相同铸件不同部位性能差异明显，而且先后成型的铸件性能差别也很大；其次在转移输送熔体过程中由于铸件的非均匀凝固，也会导致组织粗大不均匀、偏析严重和热裂倾向性大，使得最终零件的力学性能一致性和稳定性较差，不能满足需求。因此如何在合金熔体存放与转移以及凝固过程中精确控制其温度与成分均匀分布，获得组织细小成分均匀的高性能铸件具有重要意义。专利CN103162550A公开了一种铸造用金属熔体处理装置及方法。其设计思路是将熔体浇入置有冷却器的环形冷却室，通过电磁搅拌与电磁制动的复合作用与环状熔体室相结合，大幅提高剪切强度和剪切速率，加速熔体的散热，使金属熔体凝固过程中界面前沿的温度场趋于一致，提高有效形核率，使组织更加细小均匀。但是上述方法电磁场由外部施加，没有充分考虑到大体积熔体处理过程中，电磁场强度的衰减，不能使熔体成分与温度保持整体均匀一致。专利CN102292175A公开了一种金属铸造中的熔体连续供给系统。其设计思路是熔化炉与保温炉交替上升下降，保证了熔体持续输送，解决了搬运过程中熔体温度下降、流动性降低、与大气接触而产生氧化皮的问题。但是上述方法无法保证在长时间工作过程中，由于重力偏析导致的成分不均匀问题，同时其构造相对固定、占用空间大、不能很好与各种铸造方式相对接。传统制备铝合金铸件尤其成分复杂的大型铸件，主要存在的问题在于：其一，连续铸造生产过程中中间包储存熔体含量多、保温放置时间长，熔体存在从坩埚壁不断冷却散热的问题，因此导致中间包内的熔体温度分布有差异；此外合金元素间密度有差异，尤其对于高合金化的合金，由于重力偏析致使成分不均匀，不但导致先后成型的铸件性能差别很大，而且相同铸件不同部位性能也差异明显；其二，在熔体转移输送和充型过程中，由于熔体成分场与温度场也难以保持均匀一致，铸件的凝固成形是不均匀的，也会导致组织粗大不均匀、偏析严重和热裂倾向性大，使得最终零件的力学性能一致性和稳定性较差，不能满足需求。
技术实现思路
针对大型铸件，特别对于成分复杂高合金化铸件，在连续生产过程中，难以保证先后成型的铸件以及同一铸件不同部位的成分性能一致性等问题，本技术提出一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其主要思想是：通过在中间包内部对熔体施加剪切搅拌处理，减小中间包内熔体温度和成分因时间和空间变化而存在的差异，实现对大体积熔体温度场及成分场的有效调控；同时在输液管出口端对熔体施加高剪切搅拌和冷却处理，实现对充型过程熔体的固相分数、组织和成分的精确控制，两者共同作用最终制备出细晶均质无缺陷的高性能铸件。为实现以上目的，本技术采用以下技术方案：一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，该装置主要由储存大体积合金熔体的中间包、加热单元、外置磁力发生器、冷却器、输液管、内置磁力发生器和牵引机构等组成；所述的输液管深入到中间包内部，所述输液管的入口端位于中间包的下部，所述的外置磁力发生器和冷却器设置在中间包外部的输液管外围，所述的内置磁力发生器设置在中间包内部的输液管外周，所述的加热单元设置在中间包的顶部内侧，所述的牵引机构固定在中间包下部，牵引整个装置与不同铸造装备实现对接。所述的输液管设置于中间包的中部，所述输液管的入口端接近中间包底部，距离中间包底部的距离为10-20mm。所述的内置磁力发生器可设置于输液管入口端的外周；所述的内置磁力发生器由产生旋转电磁力的绕组、产生行波电磁力的绕组和产生复合电磁力的绕组构成，能够产生旋转电磁力、行波电磁力或复合电磁力，磁力类型可以通过转换开关进行精确控制。所述的内置磁力发生器中绕组的安匝数为5000～20000At，频率为0.5～100Hz。所述的内置磁力发生器可通过参数设置对施加的电磁力和输送时间实施控制，实现熔体的定量精准输送。所述的冷却器安装在输液管出口端的外围，对输液管内熔体施加冷却处理。所述的冷却器施加的冷却强度为500～5000W/(m2·k)。所述的外置磁力发生器安装在输液管的出口端和冷却器的外围，所述的外置磁力发生器由产生旋转电磁力的绕组构成，能够产生旋转电磁力。所述的外置磁力发生器施加的剪切速率为10～2000s-1。所述的储存大体积合金熔体的中间包一般指可储存800Kg以上合金熔体的中间包。合金熔体可为铁合金、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金及其复合材料或其他稀有金属熔体。基于上述装置，制备细晶均质铸件用复合熔体的处理方法，包括如下步骤：(1)铸造之前，将经除气精炼后的合金熔体转入中间包内，设定预定的浇注温度，开启内置磁力发生器和加热单元对合金熔体进行保温，内置磁力发生器产生旋转或复合电磁力，对合金熔体进行电磁搅拌，搅拌方式为连续式或间歇式，通过牵引机构将该复合熔体处理装置与铸造装备进行对接；(2)开始铸造时，首先使内置磁力发生器处于开启状态，然后开启外置磁力发生器和冷却器，同时切换内置磁力发生器开关，调节电磁力和输送时间，使其产生向上驱动的电磁力，将合金熔体通过输液管定量输送浇注到模具型腔；(3)重复上述流程，进入下一个铸造环节。内置磁力发生器处于间隙式工作，熔体铸造前，开启搅拌开关，对中间包内的熔体进行搅拌，保证中间包内的熔体温度和成分均匀；铸造时，关闭搅拌开关，开启输送开关，产生向上的电磁推力，将合金熔体输送入模具型腔，输送完毕后产生一定的保压压力，使型腔中的合金熔体在压力作用下凝固。铸造之前，当内置磁力发生器搅拌方式为间歇式时，在铸造时，首先使内置磁力发生器处于开启状态，内置磁力发生器产生旋转或复合电磁力，对合金熔体进行电磁搅拌，搅拌时间为1.5-30min，然后停止搅拌。上述装置和方法适合于铁合金、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金及其复合材料铸件的铸造，也适合于其他稀有金属铸件的铸造。本技术的创新性及技术进步主要体现在：1.相比传统熔体处理装置，本技术在中间包内部放置磁力发生器，可以克服大体积熔体在长时间放置所引起成分偏析及温度不均匀，可以解决传统外置式电磁搅拌器磁场衰减导致熔体搅拌不均匀的问题。从熔体内部减小熔体温度场和成分场在各维度的梯度，实现对大体积熔体温度场及成分场的有效调控。2.相比传统熔体处理装置，本技术在中间包内部放置磁力发生器，调节改变其工作方式，提供向上输送熔体的推力，起到熔体定量输送的作用。3.相比传统熔体处理装置，本技术在输液管出口端放置冷却器与磁力发生器，保证在熔体输送转移充型过程中成分场与温度场的稳定，同时提供强剪切力，加快熔体散热，控制充型过程熔体的固相分数，进一步细化晶粒，实现对熔体凝固组织的精确控制。4.通过施加复合熔体处理，从根本上解决了相同铸件不同部位性能差异明显，解决了先后成型的铸件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其特征在于：该装置由储存大体积合金熔体的中间包、加热单元、外置磁力发生器、冷却器、输液管、内置磁力发生器和牵引机构组成；所述的输液管深入到中间包内部，所述输液管的入口端位于中间包的下部，所述的外置磁力发生器和冷却器设置在中间包外部的输液管外围，所述的内置磁力发生器设置在中间包内部的输液管外周，所述的加热单元设置在中间包的顶部内侧，所述的牵引机构固定在中间包下部。

【技术特征摘要】
1.一种制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其特征在于：该装置由储存大体积合金熔体的中间包、加热单元、外置磁力发生器、冷却器、输液管、内置磁力发生器和牵引机构组成；所述的输液管深入到中间包内部，所述输液管的入口端位于中间包的下部，所述的外置磁力发生器和冷却器设置在中间包外部的输液管外围，所述的内置磁力发生器设置在中间包内部的输液管外周，所述的加热单元设置在中间包的顶部内侧，所述的牵引机构固定在中间包下部。2.根据权利要求1所述的制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其特征在于：所述的输液管设置于中间包的中部，所述输液管的入口端接近中间包底部，距离中间包底部的距离10-20mm。3.根据权利要求1所述的制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其特征在于：所述的内置磁力发生器由产生旋转电磁力的绕组、产生行波电磁力的绕组和产生复合电磁力的绕组构成。4.根据权利要求3所述的制备细晶均质铸件用复合熔体处理装置，其特征在于：所述的内置磁力发生器中绕组的安匝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志峰，白月龙，关天洋，陈春生，张少明，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：新型
国别省市：北京,11