CN108188366A - 一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法。该装置应用于半连续铸造设备，固定设置在所述铸造设备结晶器的上方，所述晶粒细化装置包括：硅钢叠片空心铁芯、线圈、绝缘陶瓷纤维；所述硅钢叠片空心铁芯套设在所述铸造设备的进液导管的外表面，与所述导管的外表面之间具有设定距离的空隙；所述线圈围绕所述硅钢叠片空心铁芯缠绕；所述绝缘陶瓷纤维设置在所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯之间，所述绝缘陶瓷纤维将所述线圈与所述硅钢叠片空心铁芯绝缘。通过所述晶粒细化装置对熔液进行电磁能处理，减小和均匀铸坯的晶粒尺寸，提高铸坯质量。

Description

一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法

技术领域

本发明涉及金属凝固技术领域，特别是涉及一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法。

背景技术

为了得到性能优异的变形镁合金成型件，需要采用质量好的变形镁合金初始锭坯。通常用到的半连续铸造得到的变形镁合金锭坯存在组织粗大和尺寸不均匀以及偏析，表面氧化严重的问题，不利于锭坯后续的热加工，也会影响产品的性能。

现有技术中通过晶粒细化的方法来改善组织的均匀性及其力学性能，并能提高后续加工过程中的成形性，确保再结晶之后晶粒尺寸细小均匀。因此，晶粒细化是一种重要的改善变形镁合金铸锭质量的方法。

现有技术中，镁合金半连续铸造过程中晶粒细化的方法主要有添加晶粒细化剂法，对变形镁合金铸锭的晶粒的细化程度低，细化效果不稳定，变形镁合金铸锭的质量差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高铸坯质量的镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，所述晶粒细化装置应用于半连续铸造设备，固定设置在所述铸造设备结晶器的上方，所述晶粒细化装置包括：硅钢叠片空心铁芯、线圈、绝缘陶瓷纤维；

所述硅钢叠片空心铁芯套设在所述铸造设备的进液导管的外表面，与所述导管的外表面之间具有设定距离的空隙；

所述线圈围绕所述硅钢叠片空心铁芯缠绕；

所述绝缘陶瓷纤维设置在所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯之间，所述绝缘陶瓷纤维将所述线圈与所述硅钢叠片空心铁芯绝缘。

可选的，所述线圈为内部中空的铜导线，所述铜导线的空心部分为冷却水腔体，所述铜导线的一端为线圈冷却水入口，所述铜导线的另一端为线圈冷却水出口。

可选的，所述晶粒细化装置还包括：支架，所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯固定在所述支架上，所述支架将所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯固定在所述铸造设备的结晶器上。

可选的，所述硅钢叠片空心铁芯的下表面与所述铸造设备的结晶器内的镁合金熔液的上表面之间的绝对距离小于10mm。

可选的，所述晶粒细化装置还包括：脉冲电源，所述脉冲电源与所述线圈连接，为所述线圈提供脉冲电流。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种镁合金半连续铸造晶粒细化方法，所述细化方法应用于上述所述一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，，所述方法具体包括：

将所述细化装置固定在所述铸造设备的结晶器的上方；

将镁合金在熔炼炉中熔化后，将熔体通过所述铸造设备的导管浇入所述铸造设备的结晶器内；

向所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体；

对所述电磁熔体进行结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

可选的，所述方法还包括：

在向所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述线圈的冷却水入口处通入冷却水。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法。通过所述细化装置对所述熔体进行电磁能处理，在电磁能的作用下，熔体内的出生晶核数量增多，提高了熔体晶粒细化的程度，提高铸锭的力学性能和变形性能。能够细化铸坯组织，减小和均匀铸坯的晶粒尺寸，提高铸坯质量。

由于熔体晶粒的细化程度提高了，所以，微观裂化程度较低，铸锭的表面质量好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构图；

图2为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构的剖视图；

图3为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构的俯视图；

图4为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的脉冲电流的波形图；

图5为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的电流密度分布数值模拟计算矢量图；

图6为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的磁感应强度分布矢量图；

图7为本发明提供的镁合金半连续铸造晶粒细化装置的电磁力矢量图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够提高铸坯质量的镁合金半连续铸造晶粒细化装置及方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构图，图2为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构的剖视图，图3为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的结构的俯视图。

如图1、图2和图3所示，一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，所述晶粒细化装置应用于半连续铸造设备，固定设置在所述铸造设备结晶器的上方，所述晶粒细化装置包括：硅钢叠片空心铁芯24、线圈25、绝缘陶瓷纤维28。

所述硅钢叠片空心铁芯24套设在所述铸造设备的进液导管2的外表面，与所述导管2的外表面之间具有设定距离的空隙。

所述线圈25围绕所述硅钢叠片空心铁芯24缠绕。

所述晶粒细化装置对流经导管2进入结晶器21和铸锭29上表面的镁合金熔体施加一种表面脉冲矩形波电磁能作用，电磁能能够促进形核，提高形核率，实现凝固组织晶粒均匀细化，不仅提高了形核率，而且促使晶体生长由柱状晶转变等轴晶生长方式，晶粒能够得到显著细化，并且在铸锭内晶粒尺寸更加细化均匀分布，获得高质量的铸锭，且具有工艺简单、成本低廉、操作方便的优点。

所述晶粒细化装置处理的熔体的温度为650℃，铸造过程中的铸锭拉速为60mm/min。

所述绝缘陶瓷纤维28设置在所述线圈25和所述硅钢叠片空心铁芯24之间，所述绝缘陶瓷纤维28将所述线圈25与所述硅钢叠片空心铁芯24绝缘。

如图2所示，所述线圈25为内部中空的铜导线，所述铜导线的空心部分为冷却水腔体，所述铜导线的一端为线圈冷却水入口23，所述铜导线的另一端为线圈冷却水出口26。

如图1所示，所述晶粒细化装置还包括：支架1，所述线圈25和所述硅钢叠片空心铁芯24固定在所述支架1上，所述支架1将所述线圈25和所述硅钢叠片空心铁芯24固定在所述铸造设备的结晶器上。

如图1和图2所示，所述硅钢叠片空心铁芯24的下表面与所述铸造设备的结晶器内的镁合金熔液的上表面之间的绝对距离小于10mm，减小磁损耗，表面脉冲矩形波磁场非接触镁合金熔体，不会对镁合金熔体本身产生任何污染，也不会对环境产生污染。

图4为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的脉冲电流的波形图。

如图4所示，所述晶粒细化装置还包括：脉冲电源，所述脉冲电源与所述线圈25连接，为所述线圈25提供脉冲电流，脉冲峰值为100A，脉冲电流占空比为20％，脉冲频率为20Hz，采用低频低压供电，设备简单、操作安全，可直接在工厂原有的设备上安装使用，节约成本和投资。

在电磁脉冲半连续铸造开始前，将中空铜线圈的两端分别连接在脉冲电源的两极，开启中空铜线圈25和结晶器21的冷却水，当给中空铜线圈25通入脉冲电流时，中空铜线圈25激励内置所述硅钢叠片空心铁芯24产生脉冲磁场，对金属镁熔体进行电磁能处理。

将电磁脉冲晶粒细化装置设置于结晶器上方，能够应用于不同尺寸，不同牌号的镁合金的半连续铸造生产过程。

图5为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的电流密度分布数值模拟计算矢量图，如图5所示，晶粒细化装置工作时，中空线圈25及镁合金铸锭29内的电流密度图，所述中空线圈25匝数为90匝，通入电流峰值为100A，频率为20Hz，占空比为50％的矩形波脉冲电流。

图6为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的磁感应强度分布矢量图，如图6所示，电磁脉冲处理时，铸锭内的磁感应强度分布情况为心部磁感应强度较大，边部较小，能够补充心部过冷度小的问题。

图7为镁合金半连续铸造晶粒细化装置的电磁力矢量图，如图7所示，对镁合金熔体进行电磁脉冲处理时，镁合金熔体内的电磁力分布，在电磁能渗入的基础上，对晶粒产生指向边部的电磁力，对镁合金熔体晶粒有挤压作用，限制其长大行为，有很好的晶粒细化作用。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种镁合金半连续铸造晶粒细化方法，所述细化方法应用于上述所述一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，所述方法具体包括：

将所述细化装置固定在所述铸造设备的结晶器的上方；

将镁合金在熔炼炉中熔化后，将熔体通过所述铸造设备的导管浇入所述铸造设备的结晶器内；

向所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体；

对所述电磁熔体进行结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

可选的，所述方法还包括：

在向所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述线圈的冷却水入口处通入冷却水。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述晶粒细化装置应用于半连续铸造设备，固定设置在所述铸造设备结晶器的上方，所述晶粒细化装置包括：硅钢叠片空心铁芯、线圈、绝缘陶瓷纤维；

所述硅钢叠片空心铁芯套设在所述铸造设备的进液导管的外表面，与所述导管的外表面之间具有设定距离的空隙；

所述线圈围绕所述硅钢叠片空心铁芯缠绕；

所述绝缘陶瓷纤维设置在所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯之间，所述绝缘陶瓷纤维将所述线圈与所述硅钢叠片空心铁芯绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述线圈为内部中空的铜导线，所述铜导线的空心部分为冷却水腔体，所述铜导线的一端为线圈冷却水入口，所述铜导线的另一端为线圈冷却水出口。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述晶粒细化装置还包括：支架，所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯固定在所述支架上，所述支架将所述线圈和所述硅钢叠片空心铁芯固定在所述铸造设备的结晶器上。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述硅钢叠片空心铁芯的下表面与所述铸造设备的结晶器内的镁合金熔液的上表面之间的绝对距离小于10mm。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述晶粒细化装置还包括：脉冲电源，所述脉冲电源与所述线圈连接，为所述线圈提供脉冲电流。

6.一种镁合金半连续铸造晶粒细化方法，其特征在于，所述细化方法应用于上述权利要求1-5中任意一项所述一种镁合金半连续铸造晶粒细化装置，其特征在于，所述方法具体包括：

将所述细化装置固定在所述铸造设备的结晶器的上方；

将镁合金在熔炼炉中熔化后，将熔体通过所述铸造设备的导管浇入所述铸造设备的结晶器内；

向所述线圈通入脉冲矩形波，对所述熔体进行电磁能处理，获得电磁熔体；

对所述电磁熔体进行结晶、冷却处理，获得晶粒细化的铸锭。

7.根据权利要求6所述的一种镁合金半连续铸造晶粒细化方法，其特征在于，所述方法还包括：

在向所述线圈通入脉冲矩形波之后，在所述线圈的冷却水入口处通入冷却水。