專利名稱：驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種在金屬鑄錠過程中驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置。
背景技術(shù)：
在金屬材料的連續(xù)和半連續(xù)鑄造過程中，往往需要將金屬熔液鑄造成不同幾何形狀的鑄錠，如圓錠、扁錠或方錠。在鑄造過程中，由于鑄錠的外表面冷卻速度較快，而心部冷卻速度較慢，鑄錠的心部與鑄錠的外部存在較大的溫差，這是造成鑄錠心部組織疏松、晶粒粗大、出現(xiàn)宏觀偏析，甚至產(chǎn)生裂紋等缺陷的重要原因。因此在鑄造過程中采取適當方法， 使鑄錠內(nèi)尚未凝固的熔液在鑄錠的心部與鑄錠的凝固殼間流動，從而降低鑄錠心部與外部的溫差，減小鑄錠內(nèi)合金成分的宏觀偏析是降低鑄錠缺陷、提高鑄錠質(zhì)量的重要手段。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種(在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中)驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其方法合理、原理獨特，裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，利用該裝置，通過設(shè)定的移動磁場產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動熔液按確定的區(qū)域及方向流動，可以減小鑄錠內(nèi)熔液流場影響范圍內(nèi)的溫差，使得熔液內(nèi)的合金成分更加均勻，減小鑄錠內(nèi)合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質(zhì)量。本實用新型是這樣實現(xiàn)的一種在金屬鑄錠過程中驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其特征在于a、首先根據(jù)鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上(含兩個)區(qū)域，每個區(qū)域包括一段鑄錠外部的邊沿；如圓錠可以劃分成以圓錠中心為頂點的扇形區(qū)域或以直徑為界線的兩個半圓區(qū)域，圓錠可分成2η (η=1，2，3…)個區(qū)域；相鄰兩邊長度不相等的扁錠可以沿長邊方向分成若干方形或矩形的區(qū)域；如果鑄錠比較厚，即短邊比較大，比如超過 300mm，也可以在短邊方向分成兩個區(qū)域；方錠則可根據(jù)方錠的大小，沿一邊或相鄰兩邊劃分，從而形成兩個或四個方形的區(qū)域；b、設(shè)定這些區(qū)域內(nèi)金屬熔液的流動路徑。區(qū)域的各邊界作為熔液流動的路徑；相鄰兩區(qū)域共用邊界上，熔液的流動方向一致，鑄錠的同一邊沿相鄰兩區(qū)域靠近鑄錠邊沿部分的熔液，熔液流動方向相反。金屬熔液的流動路徑中的一段應(yīng)當流經(jīng)鑄錠的中心部位；C、在連續(xù)和半連續(xù)鑄造過程中，往往鑄錠是在不斷移動的。在鑄錠的凝固殼已經(jīng)形成，鑄錠內(nèi)熔液尚未完全凝固的鑄錠部位，圍繞著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈組構(gòu)成移動磁場產(chǎn)生裝置，安置一組鐵芯和適當數(shù)量的線圈組，線圈組的數(shù)量及具體結(jié)構(gòu)根據(jù)鑄錠的品種、幾何尺寸及鑄錠形狀確定；線圈組的布置及接線方式根據(jù)設(shè)定的流動路徑確定。在鑄錠的凝固殼已經(jīng)形成，鑄錠內(nèi)熔液尚未完全凝固的部位，往往在鑄錠的結(jié)晶器附近，因此由鐵芯(1)和線圈組(3)構(gòu)成移動磁場產(chǎn)生裝置也可以安裝在鑄錠的結(jié)晶器外面； 如果結(jié)晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯(1)和線圈(3)構(gòu)成移動磁場產(chǎn)生裝置也可以安裝在鑄錠的結(jié)晶器的水箱里面。d、給線圈組通入交流電流，使由鐵芯和線圈組組成的移動磁場產(chǎn)生裝置產(chǎn)生移動磁場，移動磁場使金屬熔液產(chǎn)生流動；改變線圈組中電流的方向，即可改變移動磁場的方向，進而可改變金屬熔液的流動方向；根據(jù)設(shè)定的熔液流動的路徑設(shè)定移動磁場的方向，即可使鑄錠內(nèi)的尚未凝固的熔液按設(shè)定的路徑流動。所述的線圈組的繞組形式為克蘭姆繞組或采用集中繞組形式較好。其他達到要求的繞組形式也可。電流頻率在0. 3Hz IOOHz之間較好。本實用新型的積極效果是有效解決了長期以來現(xiàn)有技術(shù)中一直存在的且一直未能解決的問題，其方法合理、原理獨特，裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，利用該裝置，通過設(shè)定的移動磁場產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動熔液按確定的區(qū)域及方向流動，可以減小鑄錠內(nèi)熔液流場影響范圍內(nèi)的溫差，使得熔液內(nèi)的合金成分更加均勻，減小鑄錠內(nèi)合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質(zhì)量。以下結(jié)合實施例及其附圖作詳述說明，但不作為對本實用新型的限定。
圖1為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組驅(qū)動金屬熔液流動的裝置示意圖。圖2為在鑄造過程中，鑄錠的橫截面為矩形的扁錠，繞組方式為集中繞組驅(qū)動金屬熔液流動的裝置示意圖。圖中各標號說明1-鐵芯，2-鑄錠，3-線圈，4-區(qū)域分界面，+ -線圈繞制時的起始端，--線圈繞制時的末端。
具體實施方式
以下所描述的具體實施例僅用以進一步解釋本實用新型，并不適于限定本實用新型。在鑄造過程中，鑄錠橫截面可為圓形、矩形、方形等形狀，本裝置首先是將不同橫截面的鑄錠按其不同的形狀劃分成若干個區(qū)域，可以在每個區(qū)域外部邊沿布置由三個線圈 (3)組成的線圈組，不同規(guī)格的鑄錠可以布置不同數(shù)量的線圈組，大規(guī)格的鑄錠往往需要布置較多的線圈組；不同的供電方式(如三相供電，各相相位差120° ；兩相供電，相電位差 90°等)也會影響線圈組的數(shù)量和每組線圈的數(shù)量。給線圈組通以交流電流，使鐵芯(1)和線圈組產(chǎn)生移動磁場，該移動磁場使鑄錠的每個區(qū)域產(chǎn)生特定的流場。下面分別附圖對上述情況加以說明，線圈的繞組形式可為克蘭姆繞組、集中繞組，采用三相交流供電。劃分的每個區(qū)域包括一段鑄錠外部的邊沿，圍繞著這個邊沿安置由鐵芯(1)和線圈(3)構(gòu)成移動磁場產(chǎn)生裝置，在線圈(3)中通以交流電流，形成移動磁場，移動磁場作用于鑄錠內(nèi)的金屬熔液，驅(qū)動金屬熔液流動。實施例1 鑄錠橫截面為圓形時驅(qū)動金屬熔液流動的裝置見圖1，所示鑄錠的橫截面為圓形，繞組方式為克蘭姆繞組將圓錠橫截面劃分成2η個區(qū)域，取n=l，即2X1=2兩個區(qū)域區(qū)域1、區(qū)域2。在區(qū)域1、區(qū)域2內(nèi)設(shè)定金屬熔液流動的方向如圖1所示。在鑄錠(2)的外部設(shè)置由鐵芯(1)
4和線圈(3)組成的移動磁場產(chǎn)生裝置。在每個區(qū)域外部所對應(yīng)的鐵芯(1)上繞制由三個線圈(3)組成的線圈組，分別為A相線圈、B相線圈、C相線圈，每個線圈(3)的引線由“ + ”、“-” 號標示，共12處接線點，按A、B、C三相交流電供電，線圈的繞線方向、安置及次序如圖1所
7J\ ο具體接線方式為所有線圈(3)的標有“_”的引線相連接；兩個A相線圈的標有 “ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相；兩個B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；兩個C相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的C相；采取如上所示的接線方式，給線圈組通以交流電后，形成兩個相鄰區(qū)域移動方向相反的移動磁場，磁場方向如圖1所示。兩個移動磁場使金屬熔液在鑄錠邊沿產(chǎn)生兩個流向相反的流場，兩個流場在兩個區(qū)域的分界面(4)處匯合，沿著分界面(4)流動，在分界面 (4)處，相鄰兩區(qū)域流場的流向相同，流場的軌跡即是設(shè)置的金屬熔液流動路徑。通過改變各線圈組中線圈(3)的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的流動方向。如將兩個A相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；兩個 B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相，即可實現(xiàn)移動磁場方向的改變。實施例2 見圖2，在鑄造過程中，形成的鑄錠為扁錠，繞組方式為集中繞組扁錠的區(qū)域劃分可以沿長邊方向分成若干方形或長方形，圖2以將扁錠橫截面劃分成區(qū)域1、區(qū)域2、區(qū)域 3三個區(qū)域為例加以說明。沿著鑄錠的兩個長邊分別設(shè)置由鐵芯(1)和線圈(3)組成的移動磁場產(chǎn)生裝置。 設(shè)定金屬熔液流動的方向如圖2所示。在每個區(qū)域外部所對應(yīng)的鐵芯1上繞制由三個線圈 (3)組成的線圈組，每個線圈(3)的引線由“ + ”、“-”號標示，共36處接線點，線圈的繞制方向如圖所示。具體接線方式為所有線圈(3)的標有“_”的引線相連接；六個A相線圈的標有 “ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相；六個B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；六個C相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的C相。采取如上接線方式，給線圈組通以交流電后，形成三個相鄰兩區(qū)域移動方向相反的移動磁場，磁場方向如圖2所示，三個移動磁場使金屬熔液產(chǎn)生三個在鑄錠邊沿部分流向相反，在鑄錠流場的分界面流向相同的流場，該流場即是金屬熔液設(shè)置的流動路徑。通過改變各線圈組中線圈(3)的接線方式，可改變磁場方向，即可改變金屬熔液的流動方向。如將六個A相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的B相；六個 B相線圈的標有“ + ”號的引線相連接后接到三相電源的A相，即可實現(xiàn)移動磁場方向的改變。合理的設(shè)定鑄錠的區(qū)域及熔液流動方向，通過移動磁場產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動熔液按確定的區(qū)域及方向流動，可減小鑄錠內(nèi)流場影響范圍內(nèi)的溫差，同時可以使得熔液內(nèi)的合金成分更加均勻，達到提高鑄錠質(zhì)量的目的。應(yīng)當說明，所說的扁錠、方錠或圓錠，是一種比較宏觀的定義，扁錠可以有比較大的圓角，圓錠可以包括橢圓的形式等，這些不影響本實用新型的實施。線圈(3)的繞組形式可為克蘭姆繞組、也可以采用集中繞組等形式，這些均為電機行業(yè)的常規(guī)技術(shù)。調(diào)整線圈(3)中線圈的圈數(shù)，或改變通過線圈(3)的電流的大小即可調(diào)整磁場的強度，從而調(diào)整在熔液中產(chǎn)生的電磁推力，達到調(diào)整熔液的流動速度的目的。調(diào)整通入線圈 (3)的相應(yīng)線圈的電流方向，即可調(diào)整磁場的方向，進而調(diào)整熔液流動的方向。改變線圈(3) 中電流的頻率，可以改變電磁力在鑄錠中的影響范圍和電磁推力的大小。電流頻率一般在 0. 3Hz—IOOHz 之間。在安裝由線圈(3)及鐵芯(1)所組成的移動磁場產(chǎn)生裝置時，需要考慮與鑄錠結(jié)晶器的連接，如果結(jié)晶器帶有冷卻水箱，由鐵芯(1)和線圈(3)構(gòu)成的移動磁場產(chǎn)生裝置可以安裝在結(jié)晶器水箱內(nèi)，由于鐵芯和線圈在水中浸泡，需要做好鐵芯的防腐和線圈的絕緣問題，這是常規(guī)技術(shù)容易解決的。驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，其特征在于所述的金屬為鋼、鐵、鋁合金、鈦合金或銅合金等黑色金屬或有色金屬。
權(quán)利要求1.一種在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中驅(qū)動金屬熔液流動的裝置，其特征在于圍繞著鑄錠外部的邊沿安置兩組以上由鐵芯(1)和線圈(3)構(gòu)成的移動磁場產(chǎn)生機構(gòu)；這些移動磁場產(chǎn)生機構(gòu)為共用鐵芯(1 )，或單獨設(shè)置各自的鐵芯(1)；每組移動磁場產(chǎn)生機構(gòu)最少有兩個線圈(3);鑄錠邊沿相鄰區(qū)域所對應(yīng)的移動磁場產(chǎn)生機構(gòu)所產(chǎn)生的移動磁場的方向是相反的；線圈(3)的接線方式根據(jù)設(shè)定的移動磁場方向確定；每個區(qū)域包括一段鑄錠外部的邊沿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中驅(qū)動金屬熔液流動的裝置， 其特征在于所述的線圈組(3)的繞組形式為克蘭姆繞組或集中繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中驅(qū)動金屬熔液流動的裝置，其特征在于電流頻率在0. 3Hz IOOHz之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中驅(qū)動金屬熔液流動的裝置，其特征在于所述的鑄錠為圓錠，分成2η個區(qū)域，ri=l，2，3···，每個區(qū)域包括一段鑄錠外部的邊沿，沿著這個邊沿均安置由鐵芯(1)和線圈(3)構(gòu)成的移動磁場產(chǎn)生裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的在金屬連續(xù)和半連續(xù)鑄錠過程中驅(qū)動金屬熔液流動的裝置，其特征在于所述的鑄錠為扁錠，扁錠的區(qū)域劃分沿長邊方向分成若干方形或長方形； 或鑄錠超過300mm，在短邊方向分成兩個區(qū)域；方錠沿一邊或相鄰兩邊劃分，形成兩個或四個區(qū)域；每個區(qū)域包括至少一段鑄錠外部的邊沿，沿著這個邊沿均安置由鐵芯(1)和線圈 (3)構(gòu)成的移動磁場產(chǎn)生機構(gòu)。
專利摘要本實用新型提供了一種驅(qū)動鑄錠內(nèi)尚未凝固的金屬熔液流動的裝置，涉及金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域。它是根據(jù)鑄錠橫截面的大小及形狀劃分成兩個以上區(qū)域及金屬熔液的流動路徑，沿著鑄錠外部的邊沿安置由鐵芯和線圈組構(gòu)成的移動磁場產(chǎn)生裝置，其產(chǎn)生的移動磁場，使各個區(qū)域金屬熔液分別產(chǎn)生流動。本實用新型設(shè)計合理、原理獨特，裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠，利用該裝置，通過設(shè)定的移動磁場產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動熔液按確定的區(qū)域及方向流動，可以減小鑄錠內(nèi)熔液流場影響范圍內(nèi)的溫差，使得熔液內(nèi)的合金成分更加均勻，減小鑄錠內(nèi)合金成分的宏觀偏析等缺陷，從而大大提高了鑄錠質(zhì)量。
文檔編號B22D11/115GK202015828SQ20102063407
公開日2011年10月26日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者張殿彬 申請人:河北優(yōu)利科電氣有限公司