一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法技术方案

本发明专利技术属于金属材料加工技术领域，公开了一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统包括：材料熔炼模块、浇铸模块、温度控制模块、中央控制模块、角度调节模块、升降调节模块、电磁脉冲细化模块、细化评估模块、云存储模块、更新显示模块。本发明专利技术提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统使用范围广，在电场、热场、脉冲磁场和超导强磁场的多场耦合中共同作用于金属熔体，并进行实时调控，缩短处理时间，增强了过程可控性，简化浇铸和细化流程，优化处理工艺，成本较低。同时，本发明专利技术可将整个电磁脉冲细化晶粒装置浸入到熔渣靠近钢液处工作，磁场渗透深度更大，电磁能渗入对溶质元素分布均匀化作用影响更显著。著。著。

【技术实现步骤摘要】
一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工
，尤其涉及一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，特种钢冶炼铸锭过程中，心部晶粒粗大成为铸造组织缺陷、成分偏析、性能不稳的主要因素。细化铸坯的凝固组织晶粒度是改善铸坯综合性能的重要途径之一，对铸坯组织细化的传统方法有孕育法、微合金化处理法、变质处理法、物理搅拌法等。但是传统电磁细化晶粒的方法大多适用于低熔点金属铸造使用，对于高温熔体，则存在磁场干扰问题且线圈寿命难以保证。同时，现有电磁细化晶粒装置要求锭模外壁必须是非导磁材料，没有铁芯且线圈与熔体距离较大，磁密度较小。因此，亟需一种新的电磁脉冲细化晶粒系统。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)传统电磁细化晶粒的方法大多适用于低熔点金属铸造使用，对于高温熔体，则存在磁场干扰问题且线圈寿命难以保证。
[0005](2)现有电磁细化晶粒装置要求锭模外壁必须是非导磁材料，没有铁芯且线圈与熔体距离较大，磁密度较小。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种新型智能电磁脉冲细化晶粒方法，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒方法包括以下步骤：
[0008]步骤一，通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；
[0009]步骤二，通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；通过中央控制模块利用中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；
[0010]步骤三，通过角度调节模块利用角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；
[0011]步骤四，通过升降调节模块利用调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内，得到电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构；
[0012]所述电磁脉冲晶粒细化装置设置有脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置、温度传感器、电极显示屏以及电源；所述脉冲磁场线圈以及所述超导磁体侧壁的里层上分别设置有温度传感器；
[0013]所述电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构中，所述脉冲磁场线圈设置在锭模的外侧，所述脉冲磁场线圈的高度与锭模内金属熔体的高度相同；所述电极插入金属熔体内；
[0014]步骤五，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同；通过电磁脉冲细化模块利用电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；
[0015]所述超导强磁场由超导磁体产生；所述超导磁体采用螺管线圈的结构，通过螺管线圈套在脉冲磁场线圈的外部；接通电源后，所述超导磁体产生超导强磁场，对所述金属熔体施加超导强磁场；所述螺管线圈与脉冲磁场线圈之间设置水冷装置，所述水冷装置对螺管线圈与脉冲磁场线圈进行冷却；
[0016]步骤六，待金属锭凝固后，关闭脉冲磁场和超导强磁场，得到晶粒尺寸细小和晶体取向一致的金属材料；通过细化评估模块利用评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；
[0017]步骤七，通过云存储模块利用云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；
[0018]步骤八，通过更新显示模块利用更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。
[0019]进一步，步骤一中，所述通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理的方法，包括：
[0020](I)将待细化金属材料切割成规定尺寸的棒状；将棒状金属锭放置于电弧炉体炉腔中，升温至熔点以上，随后保温至金属锭完全熔化；
[0021](II)当温度达到800～1200℃时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中；
[0022](III)浇铸结束后，通过温度控制模块控制加热炉体温度，使金属锭熔体开始降温，准备电磁脉冲处理。
[0023]进一步，所述通过温度控制模块控制加热炉体温度，包括：
[0024]1)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为600～700℃，停止降温，进行10～30min保温；
[0025]2)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为300～600℃，停止降温，进行10～30min保温；
[0026]3)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为100～200℃，停止降温，进行10～30min保温；
[0027]4)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降至室温。
[0028]进一步，所述电磁脉冲处理的工艺参数为：脉冲频率f1的范围为0.1～10Hz，磁感应强度为0.3～3.0T；所述超导强磁场脉冲频率f2的范围为5～20Hz，磁感应强度为7～10T。
[0029]进一步，步骤二中，所述通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度的方法，包括：
[0030](1)通过温度控制模块判断温度控制器是高档位还是低档位；根据判断结果，当温度控制器为高档位时，对高档位的工作时间进行计时累加；
[0031](2)判断高档位累计时间是否到达门限；根据判断结果，当高档位累计时间到达门限时，降低至低档位；
[0032](3)对总工作时间进行计时累加；判断总工作时间是否到达预设值；根据判断结果，当总工作时间到达预设值时，温度控制器停止工作。
[0033]进一步，步骤四中，所述电极显示屏进行脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置的各项参数的显示。
[0034]本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述新型智能电磁脉冲细化晶粒方法的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统包括：
[0035]材料熔炼模块、浇铸模块、温度控制模块、中央控制模块、角度调节模块、升降调节模块、电磁脉冲细化模块、细化评估模块、云存储模块、更新显示模块；
[0036]材料熔炼模块，与中央控制模块连接，用于通过电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；
[0037]浇铸模块，与中央控制模块连接，用于熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度后，通过浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法，其特征在于，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒方法包括以下步骤：步骤一，通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；步骤二，通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；通过中央控制模块利用中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；步骤三，通过角度调节模块利用角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；步骤四，通过升降调节模块利用调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内，得到电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构；所述电磁脉冲晶粒细化装置设置有脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置、温度传感器、电极显示屏以及电源；所述脉冲磁场线圈以及所述超导磁体侧壁的里层上分别设置有温度传感器；所述电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构中，所述脉冲磁场线圈设置在锭模的外侧，所述脉冲磁场线圈的高度与锭模内金属熔体的高度相同；所述电极插入金属熔体内；步骤五，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同；通过电磁脉冲细化模块利用电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；所述超导强磁场由超导磁体产生；所述超导磁体采用螺管线圈的结构，通过螺管线圈套在脉冲磁场线圈的外部；接通电源后，所述超导磁体产生超导强磁场，对所述金属熔体施加超导强磁场；所述螺管线圈与脉冲磁场线圈之间设置水冷装置，所述水冷装置对螺管线圈与脉冲磁场线圈进行冷却；步骤六，待金属锭凝固后，关闭脉冲磁场和超导强磁场，得到晶粒尺寸细小和晶体取向一致的金属材料；通过细化评估模块利用评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；步骤七，通过云存储模块利用云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；步骤八，通过更新显示模块利用更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。2.如权利要求1所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法，其特征在于，步骤一中，所述通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理的方法，包括：(I)将待细化金属材料切割成规定尺寸的棒状；将棒状金属锭放置于电弧炉体炉腔中，升温至熔点以上，随后保温至金属锭完全熔化；
(II)当温度达到800～1200℃时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中；(III)浇铸结束后，通过温度控制模块控制加热炉体温度，使金属锭熔体开始降温，准备电磁脉冲处理。3.如权利要求2所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法，其特征在于，所述通过温度控制模块控制加热炉体温度，包括：1)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为600～700℃，停止降温，进行10～30min保温；2)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为300～600℃，停止降温，进行10～30min保温；3)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为100～200℃，停止降温，进行10～30min保温；4)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢冯恺，曾一达，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：