本實(shí)用新型涉及一種鑄造裝置，特別是涉及一種可改善特種鋼鑄造組織性能的浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置。

背景技術(shù)：

特種鋼冶煉鑄錠過(guò)程中，心部晶粒粗大成為鑄造組織缺陷、成分偏析、性能不穩(wěn)的主要因素。細(xì)化鑄坯的凝固組織晶粒度是改善鑄坯綜合性能的重要途徑之一，對(duì)鑄坯組織細(xì)化的傳統(tǒng)方法有孕育法、微合金化處理法、變質(zhì)處理法、物理攪拌法等，外加形核劑的方法對(duì)鋼液純凈度有顯著影響，而在鑄造凝固過(guò)程中施加外加場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)金屬材料組織細(xì)化和成分均勻的一個(gè)新型手段，所以外加場(chǎng)對(duì)金屬組織和凝固狀態(tài)的影響受到國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的極大關(guān)注。目前，歐洲、日本、美國(guó)正在積極研制大型鑄坯特殊鋼模鑄組織細(xì)化技術(shù)，以達(dá)到對(duì)特厚鋼板組織均勻化的目的，并希望最終成為工業(yè)化的典范，但是目前受到高溫、生產(chǎn)環(huán)境強(qiáng)干擾、過(guò)冷度難控制等因素影響，工業(yè)化很難實(shí)現(xiàn)。

低溫金屬的模鑄電磁細(xì)化晶粒裝置大多已經(jīng)得到工業(yè)應(yīng)用，例如文獻(xiàn)號(hào)為CN202192235U、CN101733381A、CN201308985Y的中國(guó)專利所記載，但是上述中國(guó)專利所記載的電磁細(xì)化晶粒裝置有下述不足之處：

(1)大多適用于低熔點(diǎn)金屬鑄造使用，對(duì)于高溫熔體，則磁場(chǎng)干擾及線圈壽命難以保證；

(2)其要求錠模外壁必須是非導(dǎo)磁材料，沒(méi)有鐵芯且線圈與熔體距離較大，磁密度較小；

在工業(yè)錠模進(jìn)行電磁鑄造技術(shù)改造時(shí)發(fā)現(xiàn)以下難點(diǎn)：首先，現(xiàn)有的錠模外殼全部采用導(dǎo)磁性材料(鋼殼)，這樣在原設(shè)備的側(cè)壁添加線圈無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁作用，需更換錠模，改造成本大；其次，在特種鋼冶煉過(guò)程中，鋼液表面分布著很厚一層覆蓋熔渣，對(duì)頂部施加磁場(chǎng)帶來(lái)困難。

(3)以往方案都在熔體外部間接對(duì)熔體進(jìn)行磁場(chǎng)處理凝固組織，能耗高、處理效果差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，其可以浸入到熔渣內(nèi)工作，增加磁場(chǎng)對(duì)熔體的滲透深度，使鑄體晶粒細(xì)化效果更顯著。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下方案：一種浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，包括電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體，電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體包括封閉殼體及設(shè)置于所述封閉殼體內(nèi)腔的鐵芯，所述鐵芯上繞有銅線圈，所述封閉殼體的側(cè)壁包括里、外兩層，所述里、外兩層之間形成冷卻水腔，所述冷卻水腔上設(shè)置入水口及出水口。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述封閉殼體上端連接有升降裝置，所述升降裝置固定于懸臂上，懸臂另一端連接于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述封閉殼體內(nèi)腔充有保護(hù)氣體。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述銅線圈為中空銅線圈，所述中空銅線圈一端為冷卻水入口、另一端為冷卻水出口。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述升降裝置為液壓升降機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述封閉殼體由非導(dǎo)磁耐熱材料制成。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述鐵芯為圓柱體，所述鐵芯由若干層高磁感取向硅鋼疊片而成。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述鐵芯與所述銅線圈的內(nèi)徑之間的氣隙σ為1-2mm。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述中空銅線圈為由高溫漆包線繞制而成的螺線管形。

本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，其中，所述中空銅線圈連接脈沖電源，所述銅線圈及所述側(cè)壁的里層上分別設(shè)置有溫度傳感器。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：由于本實(shí)用新型的電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體包括封閉殼體及設(shè)置于封閉殼體內(nèi)腔的鐵芯，鐵芯上繞有銅線圈，封閉殼體的側(cè)壁包括里、外兩層，里、外兩層之間形成冷卻水腔，因此可將整個(gè)電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置浸入到熔渣靠近鋼液處工作，磁場(chǎng)滲透深度更大，電磁能滲入對(duì)溶質(zhì)元素分布均勻化作用影響更顯著，焦耳熱產(chǎn)生促使熔體溫度梯度降低，不均勻形核生長(zhǎng)受到抑制，同時(shí)也是導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)方式由樹枝狀變?yōu)榈容S晶的原因之一，使得晶粒細(xì)化效果更為顯著，此外由于冷卻水腔的作用也可避免線圈持續(xù)在高溫工況下暴露所產(chǎn)生的安全隱患。

另外，由于封閉殼體上端連接有升降裝置，升降裝置固定于懸臂上，懸臂另一端連接于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，因此可使本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置操控更方便。

還有，由于中空銅線圈連接脈沖電源，產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)具有瞬時(shí)能量沖擊特性，使特大型鑄錠的全截面上的晶粒得到均勻細(xì)化，銅線圈及側(cè)壁的里層上分別設(shè)置有溫度傳感器，保證工作過(guò)程更安全。

鐵芯與銅線圈的內(nèi)徑之間的氣隙σ為1-2mm，根據(jù)公式B＝NI/Rm，Rm＝σ/μS可知，B為磁感強(qiáng)度，NI為磁動(dòng)勢(shì)，Rm為磁阻，σ為鐵芯與被作用熔體間隙寬度，S為鐵芯面積，μ為鐵芯磁導(dǎo)率，鐵芯與被作用熔體間隙寬度σ與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，所以σ為1-2mm可以成倍數(shù)提高脈沖磁場(chǎng)的作用效果。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置使用時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置加載100A電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)分布圖(單位：T)；

圖4為本實(shí)用新型浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置加載100A電流產(chǎn)生的電磁力分布圖(單位：N)。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：封閉殼體11、鐵芯12、銅線圈13、冷卻水腔14、溫度傳感器15、16、升降裝置21、懸臂22、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23、鑄模31、保護(hù)渣32、熔體33。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本實(shí)用新型提供一種浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置，如圖1所示，包括電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體，電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體包括封閉殼體11及設(shè)置于封閉殼體11內(nèi)腔的鐵芯12，鐵芯12上繞有銅線圈13，封閉殼體11由非導(dǎo)磁耐熱材料制成，封閉殼體11內(nèi)腔充有保護(hù)氣體，封閉殼體11的側(cè)壁包括里、外兩層，里、外兩層之間形成冷卻水腔14，冷卻水腔14上設(shè)置入水口及出水口，銅線圈13及側(cè)壁的里層上分別設(shè)置有溫度傳感器15、16，溫度傳感器15用于測(cè)定銅線圈13的工作溫度，溫度傳感器16用于測(cè)定封閉殼體11里層的工作溫度。

封閉殼體11上端連接有升降裝置21，升降裝置21固定于懸臂22上，懸臂22另一端連接于回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23上，升降裝置21采用液壓升降機(jī)構(gòu)，通過(guò)升降裝置21帶動(dòng)電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體上升或下降，電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體升降范圍為封閉殼體11的總高度。

銅線圈13采用中空銅線圈，中空銅線圈一端為冷卻水入口、另一端為冷卻水出口，冷卻水出、入口均連接冷卻水源，中空銅線圈為由高溫漆包線繞制而成的螺線管形，并且中空銅線圈由脈沖電源驅(qū)動(dòng)，保證磁動(dòng)勢(shì)Fm＝NI＝7000A，加載脈沖波形采用鋸齒波形尖端脈沖電流，頻率小于50Hz，使熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到1000Gs，使用脈沖電流100A，中空銅線圈繞制5層，每層14匝，總共70匝；

鐵芯12為圓柱體，鐵芯12由若干層高磁感取向硅鋼疊片而成，疊片方向與磁感線方向平行，鐵芯12與銅線圈13的內(nèi)徑之間的氣隙為δ＝1～2mm。

工作時(shí)，給冷卻水腔14以及銅線圈13的兩端通冷卻循環(huán)水，同時(shí)將銅線圈13的兩端分別連接在雙脈沖電源的兩極，當(dāng)給銅線圈13通脈沖電流時(shí)，銅線圈13激勵(lì)鐵芯12產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)作用于熔體內(nèi)部，最終對(duì)凝固組織晶粒細(xì)化產(chǎn)生作用。

結(jié)合特種鋼冶煉過(guò)程進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖2所示，將浸入式電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置置于初始位置，即使電磁脈沖細(xì)化晶粒裝置本體遠(yuǎn)離錠模31口，P92鋼在電弧爐中熔煉好后，待達(dá)到澆鑄溫度后(過(guò)熱度高于100℃)，澆注到錠模31中，表面覆蓋保護(hù)渣32，控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)23及懸臂22將脈沖晶粒細(xì)化裝置本體置于錠模31正上方，通過(guò)調(diào)節(jié)升降裝置21控制脈沖晶粒細(xì)化裝置本體浸入熔體33的深度，確保脈沖晶粒細(xì)化裝置本體在熔體33上方20mm以內(nèi)，接通電源開(kāi)啟脈沖磁場(chǎng)，在熔體凝固全過(guò)程持續(xù)進(jìn)行脈沖磁場(chǎng)作用，使用電流100A，頻率30HZ。圖3、圖4為其內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度與電磁力分布狀況，熔體33心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到1000Gs，達(dá)到理想的晶粒細(xì)化所需的設(shè)計(jì)要求。

本實(shí)用新型中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。