[实用新型]一种液面扰动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种细化金属凝固组织的液面扰动装置，属于金属凝固组织控制技术装备领域。 

背景技术

金属材料的性能取决于材料的宏观及微观组织，通过控制和改变凝固组织可以达到改善材料性能的目的。金属凝固组织取决于对凝固过程的控制。控制金属凝固过程的研究一直是材料科学工作者研究的重点，特别是对金属凝固组织细化的研究成为改善金属力学性能和工艺性能的重要手段，是材料科学领域中长久不衰的研究重点。细化金属凝固组织的传统方法主要有化学细化法和物理细化法及工艺方法等。其中化学细化法是向液态金属中添加孕育剂、变质剂等以增加形核质点或抑制晶核长大，这种方法对金属凝固组织的细化效果显著，使其成为生产中广泛应用的金属组织细化方法，这种方法不但在处理过程造成对环境的污染，而且添加物质还会对金属液造成污染，影响了材料的可回用性，从而增加了材料的环境负荷。物理细化法主要采用机械搅拌、电磁搅拌等，使液态金属产生强烈的对流，导致枝晶的折断和破碎，达到晶核增殖。但强烈搅拌使金属液上下翻动，这样也易于卷入空气和其它的一些氧化夹杂物，对金属液造成不可避免的污染。 

由此可见，利用传统的凝固细晶方法对于提高金属的性能存在一些不足。近年来，脉冲物理场作用下凝固作为一种新型凝固技术引起越来越多的关注。研究表明，脉冲物理场可对金属凝固组织产生显著的细化作用。脉冲电流可以有效细化金属凝固组织，但是由于脉冲电流导入过程中需要电极与金属液接触，使工业应用时给操作者带来不便。脉冲磁场具有非接触特点，便于操控。但是脉冲磁场的磁感应强度高，容易引起金属液飞溅，且脉冲磁场的储能电压过高，安全性差，在工业生产中推广应用困难。 

实用新型内容

本实用新型专利的目的在于提供一种体积小、移动灵活、安全可靠的脉冲磁致振荡液面扰动装置，以控制金属凝固过程，获得细化的凝固组织，解决现有脉冲电流技术的导入问题和脉冲磁场技术中电源功率过高，安全可靠性差等问题。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种液面扰动装置，该装置由脉冲电源、导体、振荡线圈、冷却通道、升降系统包括升降机、刚性直杆和转盘组成；脉冲电源通过导体与振荡线圈连接，升降机底部固定在转盘上，转盘固定在脉冲电源顶上，刚性直杆的一端固定在升降机上，振荡线圈固定在刚性直杆的另一端，振荡线圈中有冷却通道，脉冲电源产生的脉冲电流通过导体流入振荡线圈，激发脉冲磁致振荡作用于金属熔体液面上。

所述的液面扰动装置，为了避免振荡线圈承受高温，在振荡线圈上装有冷却通道，冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体外，或者冷却通道设置在组成振荡线圈的导体内外均有。所述的振荡线圈还可以为两个及两个以上振荡线圈串联或并联。 

所述的液面扰动装置，为了避免振荡线圈电阻过大，产生大量的热和消耗更多能量，振荡线圈选取铜或高导电性的物质制作，且用中空或实心导体制成。 

所述的液面扰动装置，由于金属熔体液面的形状各异，振荡线圈的外廓形状可以为圆形、椭圆形、长方形、三角形、正方形及多边形（边数大于4）。 

所述的液面扰动装置，金属熔体凝固过程中，液面会逐渐下降，为了提高扰动效果，将振荡线圈固定在升降系统上，可以随时跟踪液面变化，保持最佳的处理间距。同时，也可以改变振荡线圈的匝数和层数（层数为2层及2层以上蚊香型线圈重叠组成）。振荡线圈为蚊香型线圈，线圈的匝数为2~200，层数为1~50。优选的振荡线圈的匝数为5~50，层数为1~10。 

所述的液面扰动装置，为了解决金属熔体液面过大问题，可以将多个振荡线圈水平连接在一起，增大处理面积。 

本实用新型具有以下特点： 

1、本实用新型可显著细化金属材料的凝固组织。

2、本实用新型处理金属液时金属液面平稳。 

3、本实用新型结构多样，操作安全可靠。 

4、本实用新型结构简单、体积小，成本低，适用范围广。 

5、本实用新型是非接触式处理，不会对金属熔体产生污染。 

附图说明

图1为液面扰动细化金属凝固组织装置示意图。 

图中：1.脉冲电源，2.金属熔体，3.铸型，4.导体，5.振荡线圈，6.冷却通道，7.升降机，8. 刚性直杆，9.转盘。 

图2为外廓为圆形蚊香型线圈。 

图3为外廓为方形蚊香型线圈。 

图4为单线圈液面扰动处理下45钢宏观凝固组织。