CN111408704B - 一种铝材结晶的晶粒细化装置和晶粒细化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铝材结晶的晶粒细化装置，包括立梁组件、悬臂组件和线圈组件，悬臂组件的一端可转动地与立梁组件相连，悬臂组件的另一端与线圈组件转动相连，立梁组件的高度、悬臂组件的长度均能够调节，线圈组件包括基板、固定板和电磁能线圈，基板与悬臂组件转动相连，固定板可滑动地与基板相连，固定板与基板的相对滑动方向与水平面相垂直，电磁能线圈设置于固定板的底部，电磁能线圈连接有电源且能够产生电磁能。本发明还提供一种铝材结晶的晶粒细化方法，调节立梁组件和悬臂组件，同时调整固定板与基板的相对位置，使电磁能线圈的底部与铝液保持设定距离，电磁能线圈产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束，提高了铝铸锭的组织均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及铝铸锭生产设备及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种铝材结晶的晶粒细化装置和晶粒细化方法。
背景技术
铝是一种银白色金属，在地壳中含量仅次于氧和硅排在第三位。铝的密度较小，仅为铁的34.61％、铜的30.33％，因此又被称作轻金属。铝是世界上产量和用量都仅次于钢铁的有色金属。铝的密度只有2.7103g/cm3，约为钢、铜或黄铜密度的1/3左右。由于铝的材质轻，因此常用于制造汽车、火车、地铁、船舶、飞机、火箭、飞船等陆海空交通工具，以减轻自重增加装载量。
铝锭是以纯铝及回收铝为原料，依照国际标准或特殊要求添加其他元素，改善纯铝在铸造性，化学性及物理性的不足调配出来的合金。铝锭铸造工艺均采用铝液注入模具中，待冷却成铸坯后取出后，注入过程是产品好坏的关键步骤。铸造过程也即为由液态铝结晶成固态铝的物理过程。现有技术中，多流铸造方法生产的铝铸锭晶粒尺寸粗大，组织不均匀，影响力学性能。
因此，如何改变现有技术中，铝铸锭晶粒粗大、组织不均匀的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝材结晶的晶粒细化装置和晶粒细化方法，以解决上述现有技术存在的问题，使铝铸锭晶粒得到细化，提高铝铸锭组织均匀性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种铝材结晶的晶粒细化装置，包括立梁组件、悬臂组件和线圈组件，所述悬臂组件的一端可转动地与所述立梁组件相连，所述悬臂组件的另一端与所述线圈组件转动相连，所述立梁组件的高度、所述悬臂组件的长度均能够调节，所述线圈组件包括基板、固定板和电磁能线圈，所述基板与所述悬臂组件转动相连，所述固定板可滑动地与所述基板相连，所述固定板与所述基板的相对滑动方向与水平面相垂直，所述电磁能线圈设置于所述固定板的底部，所述电磁能线圈连接有电源且能够产生电磁能。
优选地，所述立梁组件包括底座、立梁过渡板和立梁主体，所述立梁过渡板连接所述底座与所述立梁主体，所述立梁主体与所述立梁过渡板的连接位置能够调整。
优选地，所述悬臂组件包括主悬臂、悬臂过渡板和加长臂，所述悬臂过渡板连接所述主悬臂与所述加长臂，所述悬臂过渡板与所述主悬臂的连接位置能够调整。
优选地，所述立梁主体与所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板与所述主悬臂均螺栓连接。
优选地，所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板的数量均为两个，两个所述立梁过渡板设置于所述立梁主体的相对的两侧，两个所述悬臂过渡板设置于所述主悬臂相对的两侧，所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板上均设置长孔，所述立梁主体、所述主悬臂均由方钢制成。
优选地，所述悬臂组件通过第一旋转轴可转动地与所述立梁组件相连，所述悬臂组件连接有第一驱动器，所述第一驱动器能够带动所述悬臂组件绕所述第一旋转轴的轴线转动；所述悬臂组件通过第二旋转轴与所述基板转动相连。
优选地，所述基板上设置有电机支座，所述电机支座上设置有第二驱动器，所述第二驱动器通过滚珠丝杠与所述固定板传动相连，所述第二驱动器能够带动所述固定板沿竖直方向往复运动，所述基板与所述固定板之间设置滑轨。
优选地，所述固定板呈T字形，所述固定板所在平面平行于水平面，所述电磁能线圈呈T字形分布；所述电磁能线圈与所述固定板可拆卸连接；所述电磁能线圈与所述电源的数量均为三组且一一对应；所述电磁能线圈的匝数为20-130匝。
优选地，所述固定板上设置有激光测距传感器；所述电磁能线圈还连接有冷却机构，所述冷却机构能够与所述电磁能线圈产生热量交换。
本发明还提供一种铝材结晶的晶粒细化方法，利用上述铝材结晶的晶粒细化装置，调节立梁组件和悬臂组件，使电磁能线圈位于铝铸锭生产***中铝液槽的顶部，调节立梁组件的高度，同时调整固定板与基板的相对位置，使电磁能线圈的底部与铝液槽中的铝液始终保持3-8mm的间隙，电磁能线圈接通电源，电磁能线圈产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束；铝材热结晶过程中，组合使用不同电流频率和波形，控制电压和电流值达到晶粒细化要求。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的铝材结晶的晶粒细化装置，包括立梁组件、悬臂组件和线圈组件，悬臂组件的一端可转动地与立梁组件相连，悬臂组件的另一端与线圈组件转动相连，立梁组件的高度、悬臂组件的长度均能够调节，线圈组件包括基板、固定板和电磁能线圈，基板与悬臂组件转动相连，固定板可滑动地与基板相连，固定板与基板的相对滑动方向与水平面相垂直，电磁能线圈设置于固定板的底部，电磁能线圈连接有电源且能够产生电磁能。本发明还提供一种铝材结晶的晶粒细化方法，调节立梁组件和悬臂组件，使电磁能线圈位于铝铸锭生产***中铝液槽的顶部，调节立梁组件的高度，同时调整固定板与基板的相对位置，使电磁能线圈的底部与铝液槽中的铝液始终保持3-8mm的间隙，电磁能线圈接通电源，电磁能线圈产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束，提高了铝铸锭的组织均匀性。使用本发明的铝材结晶的晶粒细化装置，可以节约大量的晶粒细化剂，节约生产成本，提高了企业经济效益。
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为本发明的铝材结晶的晶粒细化装置的整体结构示意图；
图2为本发明的铝材结晶的晶粒细化装置的另一角度的结构示意图；
图3为本发明的铝材结晶的晶粒细化方法的原理图；
其中，1为基板，2为固定板，3为电磁能线圈，4为底座，5为立梁过渡板，6为立梁主体，7为主悬臂，8为悬臂过渡板，9为加长臂，10为第一旋转轴，11为第二旋转轴，12为控制单元，13为铝液槽。
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铝材结晶的晶粒细化装置和晶粒细化方法，以解决上述现有技术存在的问题，使铝铸锭晶粒得到细化，提高铝铸锭组织均匀性。
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。
请参考图1-3，其中，图1为本发明的铝材结晶的晶粒细化装置的整体结构示意图，图2为本发明的铝材结晶的晶粒细化装置的另一角度的结构示意图，图3为本发明的铝材结晶的晶粒细化方法的原理图。
本发明提供一种铝材结晶的晶粒细化装置，包括立梁组件、悬臂组件和线圈组件，悬臂组件的一端可转动地与立梁组件相连，悬臂组件的另一端与线圈组件转动相连，立梁组件的高度、悬臂组件的长度均能够调节，线圈组件包括基板1、固定板2和电磁能线圈3，基板1与悬臂组件转动相连，固定板2可滑动地与基板1相连，固定板2与基板1的相对滑动方向与水平面相垂直，电磁能线圈3设置于固定板2的底部，电磁能线圈3连接有电源且能够产生电磁能。
本发明的铝材结晶的晶粒细化装置工作时，调节立梁组件的高度和悬臂组件的长度，使电磁能线圈3位于铝铸锭生产***中铝液槽13的顶部，调节立梁组件的高度，同时调整固定板2与基板1的相对位置，使电磁能线圈3的底部与铝液槽13中的铝液始终保持3-8mm的间隙，电磁能线圈3接通电源，电磁能线圈3产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束；铝材热结晶过程中，组合使用不同电流频率和波形，控制电压和电流值达到晶粒细化要求，电流峰值为5-60A；频率范围为50-500HZ；波形为三角波、锯齿波、正弦波。本发明的铝材结晶的晶粒细化装置提高了铝铸锭的组织均匀性。使用本发明的铝材结晶的晶粒细化装置，可以节约大量的晶粒细化剂，节约生产成本，提高了企业经济效益。
其中，立梁组件包括底座4、立梁过渡板5和立梁主体6，立梁过渡板5连接底座4与立梁主体6，立梁主体6与立梁过渡板5的连接位置能够调整，调整立梁主体6与立梁过渡板5的连接位置即可方便地调整立梁组件的高度，底座4能够与其他部件或地面相连，提高装置整体稳定性。
同理，悬臂组件包括主悬臂7、悬臂过渡板8和加长臂9，悬臂过渡板8连接主悬臂7与加长臂9，悬臂过渡板8与主悬臂7的连接位置能够调整，调整悬臂过渡板8与主悬臂7的连接位置能够便捷地调整悬臂组件的长度。调整立梁组件和悬臂组件的高度，能够带动线圈组件运动，使得线圈组件位于铝液槽13的顶部。过渡组件和悬臂组件均设置为分体式结构，便于调整规格的同时，方便拆装运输。
在本具体实施方式中，立梁主体6与立梁过渡板5、悬臂过渡板8与主悬臂7均螺栓连接，连接牢固，拆装便捷，便于调整安装位置。
具体地，立梁过渡板5、悬臂过渡板8的数量均为两个，两个立梁过渡板5设置于立梁主体6的相对的两侧，两个悬臂过渡板8设置于主悬臂7相对的两侧，提高立梁主体6和主悬臂7的受力均匀性，立梁过渡板5、悬臂过渡板8上均设置长孔，便于调整连接位置，立梁主体6、主悬臂7均由方钢制成，方钢材质来源广泛，结构稳固，减轻装置整体质量。
更具体地，悬臂组件通过第一旋转轴10可转动地与立梁组件相连，悬臂组件连接有第一驱动器，第一驱动器能够带动悬臂组件绕第一旋转轴10的轴线转动；悬臂组件通过第二旋转轴11与基板1转动相连，第一旋转轴10、第二旋转轴11处均设置轴承，保证转动顺畅，提高操作便捷性。
另外，基板1上设置有电机支座，电机支座上设置有第二驱动器，第二驱动器通过滚珠丝杠与固定板2传动相连，第二驱动器能够带动固定板2沿竖直方向往复运动，固定板2运动能够带动电磁能线圈3上下运动，进一步调整电磁线圈与铝液之间的距离，提高间距调整准确度，基板1与固定板2之间设置滑轨，为固定板2往复运动进行导向，避免运动轨迹偏移，进一步提高距离调节精确度。
在本具体实施方式中，固定板2呈T字形，固定板2所在平面平行于水平面，电磁能线圈3呈T字形分布，电磁能线圈3与固定板2可拆卸连接，方便增减电磁能线圈3的数量；电磁能线圈3与电源的数量均为三组且一一对应，三组电磁能线圈3分别连接有独立的电源；在本具体实施方式中，电磁能线圈3的匝数为20-130匝。
进一步地，固定板2上设置有激光测距传感器，激光测距传感器能够检测电磁能线圈3与铝液槽13中的铝液之间的间距，保证电磁能线圈3与铝液之间的距离在设定值的范围内，此处需要说明的是，本发明还设置了控制单元12，控制单元12能够实时监控电磁能线圈3与铝液之间的间距，计算并控制线圈组件运动；电磁能线圈3还连接有冷却机构，冷却机构能够与电磁能线圈3产生热量交换，在装置运行过程中，冷却机构能够对电磁能线圈3进行散热，保证电磁能线圈3正常工作。
更进一步地，本发明还提供一种铝材结晶的晶粒细化方法，调节立梁组件和悬臂组件，使电磁能线圈3位于铝铸锭生产***中铝液槽13的顶部，调节立梁组件的高度，同时调整固定板2与基板1的相对位置，使电磁能线圈3的底部与铝液槽13中的铝液始终保持3-8mm的间隙，电磁能线圈3接通电源，电磁能线圈3产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束；铝材热结晶过程中，组合使用不同电流频率和波形，控制电压和电流值达到晶粒细化要求。还需要说明的是，电源为大功率开关电源，能够设定电压、电流、占空比，并由控制单元12控制，为电磁能线圈3提供动力。
本发明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 (10)
1.一种铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：包括立梁组件、悬臂组件和线圈组件，所述悬臂组件的一端可转动地与所述立梁组件相连，所述悬臂组件的另一端与所述线圈组件转动相连，所述立梁组件的高度、所述悬臂组件的长度均能够调节，所述线圈组件包括基板、固定板和电磁能线圈，所述基板与所述悬臂组件转动相连，所述固定板可滑动地与所述基板相连，所述固定板与所述基板的相对滑动方向与水平面相垂直，所述电磁能线圈设置于所述固定板的底部，所述电磁能线圈连接有电源且能够产生电磁能；所述电磁能线圈的底部与铝液之间的间隙为3-8mm。
2.根据权利要求1所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述立梁组件包括底座、立梁过渡板和立梁主体，所述立梁过渡板连接所述底座与所述立梁主体，所述立梁主体与所述立梁过渡板的连接位置能够调整。
3.根据权利要求2所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述悬臂组件包括主悬臂、悬臂过渡板和加长臂，所述悬臂过渡板连接所述主悬臂与所述加长臂，所述悬臂过渡板与所述主悬臂的连接位置能够调整。
4.根据权利要求3所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述立梁主体与所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板与所述主悬臂均螺栓连接。
5.根据权利要求4所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板的数量均为两个，两个所述立梁过渡板设置于所述立梁主体的相对的两侧，两个所述悬臂过渡板设置于所述主悬臂相对的两侧，所述立梁过渡板、所述悬臂过渡板上均设置长孔，所述立梁主体、所述主悬臂均由方钢制成。
6.根据权利要求1所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述悬臂组件通过第一旋转轴可转动地与所述立梁组件相连，所述悬臂组件连接有第一驱动器，所述第一驱动器能够带动所述悬臂组件绕所述第一旋转轴的轴线转动；所述悬臂组件通过第二旋转轴与所述基板转动相连。
7.根据权利要求1所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述基板上设置有电机支座，所述电机支座上设置有第二驱动器，所述第二驱动器通过滚珠丝杠与所述固定板传动相连，所述第二驱动器能够带动所述固定板沿竖直方向往复运动，所述基板与所述固定板之间设置滑轨。
8.根据权利要求1所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述固定板呈T字形，所述固定板所在平面平行于水平面，所述电磁能线圈呈T字形分布；所述电磁能线圈与所述固定板可拆卸连接；所述电磁能线圈与所述电源的数量均为三组且一一对应；所述电磁能线圈的匝数为20-130匝。
9.根据权利要求1所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：所述固定板上设置有激光测距传感器；所述电磁能线圈还连接有冷却机构，所述冷却机构能够与所述电磁能线圈产生热量交换。
10.一种铝材结晶的晶粒细化方法，利用权利要求1-9任一项所述的铝材结晶的晶粒细化装置，其特征在于：调节立梁组件和悬臂组件，使电磁能线圈位于铝铸锭生产***中铝液槽的顶部，调节立梁组件的高度，同时调整固定板与基板的相对位置，使电磁能线圈的底部与铝液槽中的铝液始终保持3-8mm的间隙，电磁能线圈接通电源，电磁能线圈产生的电磁能使晶粒细化，直至铸锭过程结束；铝材热结晶过程中，组合使用不同电流频率和波形，控制电压和电流值达到晶粒细化要求。
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Denomination of invention: A Grain Refinement Device and Method for Aluminum Crystallization Effective date of registration: 20230607 Granted publication date: 20211221 Pledgee: Bank of Inner Mongolia limited Baotou Fuqiang road sub branch Pledgor: INNER MONGOLIA QIANSHAN HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2023150000082 |
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Denomination of invention: A Grain Refinement Device and Grain Refinement Method for Aluminum Crystallization Granted publication date: 20211221 Pledgee: Bank of Inner Mongolia limited Baotou Fuqiang road sub branch Pledgor: INNER MONGOLIA QIANSHAN HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980020717 |