一种永磁搅拌器及其搅拌细化金属或合金晶粒的方法技术

一种永磁搅拌器及其搅拌细化金属或合金晶粒的方法，属于冶金工业领域。该永磁搅拌器，包括多个同轴设置的永磁体单元，永磁体单元包括多个磁极排列成圆形，每两个相邻磁极之间设置有第二弧形铝块，每个磁极中的弧形磁轭两端分别设置有磁化方向相反的弧形N

【技术实现步骤摘要】
一种永磁搅拌器及其搅拌细化金属或合金晶粒的方法


[0001]本专利技术涉及一种永磁搅拌器及其搅拌细化金属或合金晶粒的方法，属于冶金工业


技术介绍

[0002]众所周知，在金属或合金铸锭中获得大量细等轴晶组织而不是粗枝晶会带来了许多益处，例如，更好的金属流动性、更少的铸造缺陷和更佳的力学性能。然而，在铸造凝固后得到的金属或合金铸锭组织通常伴随着晶粒粗大且不均匀、成分偏析严重、强化相聚集等铸造缺陷问题，进而对力学性能影响很大。尤其是大铸锭，由于凝固时间更长，这些问题更加突出。
[0003]通常，在铸造凝固过程中，对金属或合金熔体进行有效的搅拌或波动可以细化晶粒组织、改善成分偏析以及减少铸造缺陷等，有利于提高铸锭的力学性能并促进后续加工。目前，现有技术如机械振动、超声处理、电流脉冲等对金属或合金熔体施加接触式处理容易引入氧化皮，熔体污染严重，造成铸锭质量较差。为了控制铸造缺陷以更好满足金属或合金铸锭的高质量要求，电磁搅拌等非接触式技术作为一种有效的控制金属或合金凝固过程的技术手段被广泛报道并应用于搅拌金属或合金熔体，实现晶粒细化，成分偏析改善以及第二相分布均匀等，从而获得力学性能更佳的铸造产品。
[0004]但是，传统的电磁搅拌设备不仅功率大、能耗高、结构复杂，生产的铸锭成本比较高，并且其在熔体内部产生的交变电磁场还受到趋肤效应的制约，分布不均匀，对金属或合金熔体搅拌效果极为有限，效率低下，导致铸锭的晶粒组织细化和成分偏析改善还有较大的余地。
[0005]因此，如何在确保磁搅拌装置具有磁场强度高、结构简单、操作方便、使用寿命长、可靠性高、能耗低和成本低等优点的同时，还能保证获得具有大量细等轴晶、合金成分以及第二相分布均匀、铸造缺陷明显减少的铸锭组织，是解决当前问题的关键所在。

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永磁搅拌器及其搅拌细化金属或合金晶粒的方法，通过设置新型的永磁搅拌器，利用旋转永磁搅拌器产生的交变磁场驱动金属或合金熔体作定向流动，使金属或合金熔体得到充分搅拌、均匀混合，以达到细化晶粒、改善成分偏析以及减少铸造缺陷等目的。
[0007]为达到目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供的一种永磁搅拌器，包括多个同轴设置的永磁体单元，所述的永磁体单元包括多个磁极排列成圆形，每两个相邻磁极之间设置有第二弧形铝块，每个磁极包括一个弧形磁轭、两个弧形N
‑
S永磁体块和一个弧形铝块；在弧形磁轭两端分别设置有磁化方向相反的弧形N
‑
S永磁体块，在两个弧形N
‑
S永磁体块之间设置有第一弧形铝块，使得两个弧形N
‑
S永磁体块形成的磁力线闭合。
[0009]相邻永磁体单元中的每个磁极在垂直方向上错开0
°
～60
°
，但不包括0
°
。
[0010]更优选为相邻永磁体单元中的永磁体沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开0
°
～60
°
，但不包括0
°
。
[0011]所述的弧形N
‑
S永磁体块为NdFeB烧结磁块，磁感应强度(B)为1.2T～1.4T，并且其内半径(r)为50mm～80mm、外半径(R)为100mm～150mm、厚度(h)为10mm～50mm、圆弧角度(θ)为10
°
～50
°
。
[0012]所述的第二弧形铝块的圆弧角度为10
°
～150
°
。
[0013]基于上述永磁搅拌器，本专利技术还提供了一种永磁搅拌装置，包括上述永磁搅拌器，永磁搅拌器设置在冷凝铸模外周，在冷凝铸模外周和永磁搅拌器之间设置有隔热水套，永磁搅拌器和电机连接，电机连接电源。
[0014]进一步的，所述的冷凝铸模下方设置有托盘。
[0015]进一步的，所述的永磁搅拌器与冷凝铸模之间设有的隔热水套，用于避免永磁体因受高温熔体而消磁；工作时，通入隔热水套的冷却水的水压为0.20～0.40MPa。
[0016]本专利技术提供的一种永磁搅拌细化金属或合金晶粒的方法，为在金属或合金凝固过程中，对熔体施加交变磁场，对熔体进行非接触式搅拌，直到其完全凝固。
[0017]具体包括以下步骤：
[0018]步骤1，准备原料
[0019]清洁或去除原料表面氧化皮，按照所需材料的化学成分的配比要求进行称重，并考虑化学成分的烧损；
[0020]步骤2，熔融处理
[0021]在保护气氛下，将原料加入预热后的石墨坩埚中，然后进行加热、熔化；
[0022]步骤3，除气、扒渣
[0023]在保护气氛下，向石墨坩埚中的熔体内添加精炼剂进行精炼除气；精炼后，静置熔体，彻底将浮渣扒干净，得到熔体；
[0024]步骤4，浇铸
[0025]将熔体温度稳定在720～730℃，保温15～30min；然后将熔体迅速转移并浇注入永磁搅拌器内的冷凝铸模中；
[0026]步骤5，凝固
[0027]启动电机带动永磁搅拌器旋转产生交变磁场，对熔体进行非接触式搅拌，直到其完全凝固；
[0028]步骤6，脱模
[0029]待熔体完全凝固，停止电机，关闭电源，空冷至室温后从冷凝铸模中取出铸锭。
[0030]所述的步骤2中，熔炼前，需提前对熔炼所需的设备进行预热，包括不限于熔炼工具或铸模进行预热，更具体包括预热石墨坩埚、压罩、扒渣勺、坩埚钳、冷凝铸模等工具，预热温度为200～400℃；熔炼前，需对原料和精炼剂等烘干备用，烘干温度为350～450℃。
[0031]进一步的，所述的铸模为不锈钢模具，需提前预热至300～400℃备用。
[0032]所述的步骤2中，所述的加热方式优选为100kW中频炉感应搅拌加热，中频炉直流电压为0～300V，中频电压为0～400V；所述的熔融处理温度为700～760℃，时间为30～180min。
[0033]所述的步骤3中，所述的精炼除气的炉内温度为740～760℃，采用压罩送入精炼剂至熔体内，自上至下均匀搅拌至熔体不在冒泡为止，在熔体顶部形成的气泡高度不高于20mm；所述的精炼除气之后需将温度调整至720～740℃，静置2～5min再进行扒渣。
[0034]进一步的，所述的精炼剂为六氯乙烷，其含量为原料总量的0.5％～0.75％。
[0035]所述的熔融处理或除气、扒渣过程中，所述的保护气氛为氩气气氛。
[0036]所述的熔体保温之前需通过导管向炉内喷吹入压强为0.15～0.25MPa的氩气排出空气，喷吹时间为3～5min；在步骤4中，所述的浇铸温度为700～720℃。
[0037]在步骤5中，所述的电机带动永磁搅拌器的弧形N
‑
S永磁体块沿恒定方向脉冲序列模式(如图4所示)旋转产生交变磁场。
[0038]所述的电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁搅拌器，其特征在于，该永磁搅拌器包括多个同轴设置的永磁体单元，所述的永磁体单元包括多个磁极排列成圆形，每两个相邻磁极之间设置有第二弧形铝块，每个磁极包括一个弧形磁轭、两个弧形N
‑
S永磁体块和一个弧形铝块；在弧形磁轭两端分别设置有磁化方向相反的弧形N
‑
S永磁体块，在两个弧形N
‑
S永磁体块之间设置有第一弧形铝块，使得两个弧形N
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S永磁体块形成的磁力线闭合。2.根据权利要求1所述的永磁搅拌器，其特征在于，相邻永磁体单元中的每个磁极在垂直方向上错开0
°
～60
°
，但不包括0
°
；具体为相邻永磁体单元中的永磁体沿顺时针方向或者逆时针方向依次错开0
°
～60
°
，但不包括0
°
。3.根据权利要求1所述的永磁搅拌器，其特征在于，所述的弧形N
‑
S永磁体块为NdFeB烧结磁块，磁感应强度为1.2T～1.4T，并且其内半径为50mm～80mm、外半径为100mm～150mm、厚度为10mm～50mm、圆弧角度为10
°
～50
°
；所述的第二弧形铝块的圆弧角度为10
°
～150
°
。4.一种永磁搅拌装置，其特征在于，包括权利要求1
‑
3任意一项所述的永磁搅拌器，永磁搅拌器设置在冷凝铸模外周，在冷凝铸模外周和永磁搅拌器之间设置有隔热水套，永磁搅拌器和电机连接，电机连接电源；所述的冷凝铸模下方设置有托盘；所述的永磁搅拌器与冷凝铸模之间设有的隔热水套，用于避免永磁体因受高温熔体而消磁；工作时，通入隔热水套的冷却水的水压为0.20～0.40MPa。5.一种永磁搅拌细化金属或合金晶粒的方法，其特征在于，为在金属或合金凝固过程中，采用权利要求1
‑
3任意一项所述的永磁搅拌器对熔体施加交变磁场，对熔体进行非接触式搅拌，直到其完全凝固；具体包括以下步骤：步骤1，准备原料清洁或去除原料表面氧化皮，按照所需材料的化学成分的配比要求进行称重，并考虑化学成分的烧损；步骤2，熔融处理在保护气氛下，将原料加入预热后的石墨坩埚中，然后进行加热、熔化；步骤3，除气、扒渣在保护气氛下，向石墨坩埚中的熔体内添加精炼剂进行精炼除气；精炼后，静置熔体，彻底将浮渣扒干净，得到熔体；步骤4，浇铸将熔体温度稳定在720～730℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，邹晶，吴子彬，杨东辉，余创，郭凯敏，郭晨，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：