鑄造冒口感應(yīng)加熱裝置及鑄造冒口感應(yīng)加熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械制造業(yè)，具體來說是一種適用于鑄造領(lǐng)域鑄件生產(chǎn)用的冒口感應(yīng)加熱方法及其工藝裝置，通過調(diào)節(jié)電磁感應(yīng)線圈的輸入功率，對不同尺寸冒口內(nèi)的金屬液進(jìn)行感應(yīng)加熱，從而可以提高冒口的補(bǔ)縮效率，減小冒口尺寸，節(jié)省材料和能源，并減少鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷，提高鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。尤其適用于大型鑄鋼件的冒口。
【背景技術(shù)】
[0002]在鑄件生產(chǎn)過程中，一般要設(shè)置一定數(shù)量和大小的冒口，以補(bǔ)充鑄件凝固收縮時(shí)所需的金屬熔液，避免鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷，確保獲得具有良好內(nèi)部質(zhì)量的鑄件。冒口的體積和數(shù)量一般由鑄件的結(jié)構(gòu)形狀和體積來確定，冒口中補(bǔ)充熔液的總量一般占鑄件重量的30%?60%，而實(shí)際熔液補(bǔ)充使用量只占10%左右，補(bǔ)充熔液的剩余量高達(dá)90%左右。而且，冒口需切割與鑄件分離后做為回爐料再次熔化，因此浪費(fèi)大量能源，增加鑄件生產(chǎn)成本。如目前國內(nèi)生產(chǎn)的大型螺旋槳，為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，其冒口尺寸很大，冒口占鑄件重量的22%?30%，浪費(fèi)原材料，導(dǎo)致工藝出口率低；且冒口大，切割困難，重新利用也很困難。
[0003]為了提高冒口的補(bǔ)縮效率，提高鑄件工藝出品率，目前已經(jīng)由普通冒口技術(shù)發(fā)展到應(yīng)用多種特殊冒口技術(shù)，如保溫冒口、發(fā)熱冒口、加熱冒口和加壓冒口等，現(xiàn)在鑄件生產(chǎn)中比較常用的方法是采用保溫冒口和發(fā)熱冒口。保溫冒口和發(fā)熱冒口使用方便，在一定程度上提高了冒口的補(bǔ)縮效率，但對于大型鑄件來說，由于鑄件凝固時(shí)間比較長，因此要求冒口內(nèi)金屬液的凝固時(shí)間也需要比較長，這樣保溫冒口和發(fā)熱冒口作用就不明顯，冒口的補(bǔ)縮效率仍然較低。
[0004]目前工業(yè)生產(chǎn)中也用加熱冒口的方法來進(jìn)行鑄件生產(chǎn)。加熱冒口又分為電阻加熱冒口、電弧加熱冒口、電渣加熱冒口等。這些現(xiàn)有技術(shù)通過電弧、等離子或化學(xué)加熱方法對冒口加熱保溫，以補(bǔ)償冒口熱量損失，提高冒口的補(bǔ)縮能力，但它們輸入的熱量主要集中在加熱體附近，存在加熱面積小、熱效率低和污染鋼液等問題。近年來，還出現(xiàn)了感應(yīng)加熱冒口，主要利用感應(yīng)加熱原理，對冒口內(nèi)的金屬液進(jìn)行加熱，提高了冒口的補(bǔ)縮效率。
[0005]中國專利CN102350485A發(fā)明了一種中頻電加熱鋼胚鑄造補(bǔ)縮孔裝置及工藝，用于鋼胚鑄造補(bǔ)縮。該專利在鋼模上部裝配澆注冒口，冒口用石英砂混合泡花堿壓制，在冒口外套有感應(yīng)加熱線圈，與中頻感應(yīng)加熱配電柜連接。鋼水在澆鑄注滿后及時(shí)將感應(yīng)線圈通電加熱，然后逐步降低電流，使冒口內(nèi)鋼水溫度按每分鐘100°C~120°C速度降溫直到凝固完畢。此發(fā)明有效地降低了冒口冷卻速度，使產(chǎn)品合格率得到大幅度提高。但此發(fā)明專利僅適用于鋼錠生產(chǎn)，且鋼水是直接從冒口澆注進(jìn)入鋼模型腔內(nèi)的，只有在鋼水澆注滿后才通電加熱。而且，該專利中發(fā)散的磁力線通過鐵模時(shí)會(huì)對鐵模感應(yīng)加熱，降低鐵模的冷卻能力。
[0006]中國專利CN103212675A發(fā)明了一種鋼錠冒口感應(yīng)加熱及電磁攪拌裝置，用于黑色及有色金屬材料鑄錠冒口部位的加熱保溫及電磁攪拌。該專利在鋼錠的冒口保溫套外部垂直放置多組感應(yīng)線圈，通過水冷電纜連接三相工頻電源柜。接通電源后，對冒口中的鋼液進(jìn)行感應(yīng)加熱，補(bǔ)償鋼錠凝固過程中冒口金屬液的熱量損失，延緩冒口的凝固進(jìn)程，提高冒口的補(bǔ)縮能力，同時(shí)在冒口周圍形成磁場，在此磁場的作用下對金屬熔體產(chǎn)生電磁攪拌的效果，有利于排除金屬熔體中的氣體和夾雜物，提高鋼錠質(zhì)量。此發(fā)明專利同樣也僅是適用于鋼錠生產(chǎn)，而且也是在鋼水從冒口頂部澆注完畢后才開始通電加熱。
[0007]中國實(shí)用新型專利CN202316980U公開了一種鑄造冒口感應(yīng)加熱裝置，該專利在逆變電源輸出電路中串聯(lián)電容器和至少一副感應(yīng)線圈，每副感應(yīng)線圈對應(yīng)套設(shè)在一只冒口杯外壁上，從而可以使用比正常冒口要小的較小型號冒口杯，這樣能減少金屬熔液的總量和冒口中金屬的剩余量，冒口中金屬熔液利用率可達(dá)95%以上，大大減少熱能浪費(fèi)并節(jié)約電能。該專利也是在金屬液澆注完畢后，啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源，對冒口杯內(nèi)的金屬熔液進(jìn)行感應(yīng)加熱。
[0008]可見，目前的感應(yīng)加熱冒口方法和裝置均是在金屬液澆注完畢后才啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源，從而利用感應(yīng)加熱原理對冒口中金屬液進(jìn)行感應(yīng)加熱保溫。而由于冒口材料為非導(dǎo)電材料，如果冒口中未充入金屬液，則即使在澆注之前啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源，冒口也不會(huì)被感應(yīng)加熱。事實(shí)上，在鑄件生產(chǎn)過程中，當(dāng)澆注金屬液時(shí)，高溫的金屬液遇到低溫的冒口杯，受其激冷作用，會(huì)在冒口杯外壁附近形成一層固態(tài)金屬殼層，直接降低冒口內(nèi)金屬液的補(bǔ)縮效率，同時(shí)此凝固殼層還會(huì)阻礙金屬液的向下流動(dòng)而影響補(bǔ)縮效果。另外，在澆注金屬液時(shí)，冒口內(nèi)金屬液在充滿過程中也會(huì)有大量熱量散失，導(dǎo)致冒口內(nèi)金屬液溫度下降較快，尤其是大型鑄件生產(chǎn)，往往需要較長的澆注時(shí)間。這些均將大大降低冒口的補(bǔ)縮效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:本發(fā)明提供一種鑄造冒口感應(yīng)加熱裝置及鑄造冒口感應(yīng)加熱方法，其目的是克服現(xiàn)有冒口技術(shù)補(bǔ)縮效率仍然較低的不足。
[0010]技術(shù)方案:
一種鑄造冒口感應(yīng)加熱裝置，其特征在于:該裝置包括冒口套、石墨套、鋼套或其他導(dǎo)電材料做成的圓環(huán)套、感應(yīng)線圈、熱電偶、水冷電纜、溫度記錄儀和感應(yīng)加熱電源箱；圓環(huán)套設(shè)置在冒口套外圍，感應(yīng)線圈設(shè)置在圓環(huán)套外圍，感應(yīng)線圈的兩端通過水冷電纜與感應(yīng)加熱電源箱連接，溫度記錄儀連接熱電偶，熱電偶與冒口套內(nèi)壁接觸。
[0011]在感應(yīng)線圈和圓環(huán)套之間放置絕熱絕緣材料。
[0012]利用上述的鑄造冒口感應(yīng)加熱裝置所實(shí)施的鑄造冒口感應(yīng)加熱方法，其特征在于:該方法在冒口套外部放置石墨套、鋼套或其他導(dǎo)電材料做成的圓環(huán)套，在圓環(huán)套外部再放置感應(yīng)線圈，通過感應(yīng)線圈對冒口套外部的導(dǎo)電材料圓環(huán)套進(jìn)行加熱，進(jìn)而對冒口套和冒口內(nèi)的金屬液進(jìn)行加熱，減小冒口內(nèi)金屬液和冒口套之間的溫度差，減少冒口內(nèi)金屬液熱量的散失，達(dá)到延緩冒口內(nèi)金屬液凝固的效果。
[0013]在金屬液澆注前，首先利用感應(yīng)加熱線圈對圓環(huán)套進(jìn)行加熱，然后利用熱量傳遞原理，使空的冒口套溫度升高，這樣在澆注金屬液后當(dāng)金屬液進(jìn)入冒口中時(shí)可以減小冒口內(nèi)金屬液和冒口套之間的溫度差，達(dá)到延緩冒口內(nèi)金屬液凝固的效果，從而提高鑄件冒口的補(bǔ)縮效率和鑄件工藝出口率。
[0014]針對不同尺寸的冒口可采用不同規(guī)格的圓環(huán)套和與之相對應(yīng)的感應(yīng)線圈，或者只采用一個(gè)較大的感應(yīng)線圈，然后通過改變圓環(huán)套的結(jié)構(gòu)尺寸來適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中不同尺寸冒口的需求。
[0015]感應(yīng)加熱電源箱采用IGBT電源，其冷卻方式可用水冷或風(fēng)冷，或者電源箱采用可控硅調(diào)節(jié)，可控硅電源采用水冷方式，通過調(diào)節(jié)電源輸出功率來改變感應(yīng)線圈功率的大小，從而控制圓環(huán)套的預(yù)熱溫度以及澆注后冒口內(nèi)金屬液的溫度。
[0016]熱電偶與圓環(huán)套內(nèi)壁接觸，由熱電偶測得的溫度信號傳輸給多點(diǎn)溫度記錄儀，通過觀察溫度記錄儀上的指示信息來調(diào)節(jié)電源輸出功率，進(jìn)而調(diào)節(jié)圓環(huán)套的溫度。
[0017]圓環(huán)套所采用的其它導(dǎo)電性材料為石墨、鋼、鐵、銅活鋁，對于鑄鋼件生產(chǎn)，選擇石墨材料作圓環(huán)套，對于低熔點(diǎn)有色合金材料鑄件生產(chǎn)，選擇其它導(dǎo)電性材料，圓環(huán)套其材料的熔點(diǎn)比澆注的金屬液溫度高。
[0018]該方法利用感應(yīng)加熱線圈對圓環(huán)套加熱來實(shí)現(xiàn)冒口套的預(yù)熱效果，并在金屬液澆注進(jìn)入冒口套后利用感應(yīng)加熱線圈對冒口套中的金屬液進(jìn)行直接加熱，從而最大程度地使冒口中金屬液起到補(bǔ)縮作用，避免鑄件產(chǎn)生收縮缺陷。
[0019]在感應(yīng)線圈和圓環(huán)套之間放置絕熱絕緣材料；電源頻率采用中頻。
[0020]優(yōu)點(diǎn)效果:本發(fā)明研宄出一種感應(yīng)加熱冒口方法，采用中頻感應(yīng)加熱，不僅在澆注前就已經(jīng)對冒口套進(jìn)行加熱，而且在澆注過程和澆注完畢后一直對冒口及冒口內(nèi)的金屬液進(jìn)行加熱，從而大大減少冒口內(nèi)金屬液的熱量散失，顯著提高了冒口的補(bǔ)縮效率。本發(fā)明所提供的鑄造冒口裝置，包括冒口套、石墨套、鋼套或其他導(dǎo)電材料做成的圓環(huán)套、感應(yīng)線圈、水冷電纜、感應(yīng)加熱電源箱、熱電偶和溫度記錄儀，在金屬液澆注前，首先利用感應(yīng)加熱線圈對石墨套、鋼套或其他導(dǎo)電材料做成的圓環(huán)套進(jìn)行加熱，然后利用熱量傳遞原理，使空的冒口套溫度升高，這樣在澆注金屬液后當(dāng)金屬液進(jìn)入冒口中時(shí)可以減小冒口內(nèi)金屬液和冒口套之間的溫度差，達(dá)到延緩冒口內(nèi)金屬液凝固的效果，從而提高鑄件冒口的補(bǔ)縮效率和鑄