[发明专利]铸造冒口感应加热装置及铸造冒口感应加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造业，具体来说是一种适用于铸造领域铸件生产用的冒口感应加热方法及其工艺装置，通过调节电磁感应线圈的输入功率，对不同尺寸冒口内的金属液进行感应加热，从而可以提高冒口的补缩效率，减小冒口尺寸，节省材料和能源，并减少铸件产生缩孔和缩松缺陷，提高铸件的内部质量。尤其适用于大型铸钢件的冒口。

背景技术

在铸件生产过程中，一般要设置一定数量和大小的冒口，以补充铸件凝固收缩时所需的金属熔液，避免铸件产生缩孔、缩松缺陷，确保获得具有良好内部质量的铸件。冒口的体积和数量一般由铸件的结构形状和体积来确定，冒口中补充熔液的总量一般占铸件重量的30%～60%，而实际熔液补充使用量只占10%左右，补充熔液的剩余量高达90%左右。而且，冒口需切割与铸件分离后做为回炉料再次熔化，因此浪费大量能源，增加铸件生产成本。如目前国内生产的大型螺旋桨，为了实现补缩，其冒口尺寸很大，冒口占铸件重量的22%～30%，浪费原材料，导致工艺出口率低；且冒口大，切割困难，重新利用也很困难。

为了提高冒口的补缩效率，提高铸件工艺出品率，目前已经由普通冒口技术发展到应用多种特殊冒口技术，如保温冒口、发热冒口、加热冒口和加压冒口等，现在铸件生产中比较常用的方法是采用保温冒口和发热冒口。保温冒口和发热冒口使用方便，在一定程度上提高了冒口的补缩效率，但对于大型铸件来说，由于铸件凝固时间比较长，因此要求冒口内金属液的凝固时间也需要比较长，这样保温冒口和发热冒口作用就不明显，冒口的补缩效率仍然较低。

目前工业生产中也用加热冒口的方法来进行铸件生产。加热冒口又分为电阻加热冒口、电弧加热冒口、电渣加热冒口等。这些现有技术通过电弧、等离子或化学加热方法对冒口加热保温，以补偿冒口热量损失，提高冒口的补缩能力，但它们输入的热量主要集中在加热体附近，存在加热面积小、热效率低和污染钢液等问题。近年来，还出现了感应加热冒口，主要利用感应加热原理，对冒口内的金属液进行加热，提高了冒口的补缩效率。

中国专利CN102350485A发明了一种中频电加热钢胚铸造补缩孔装置及工艺，用于钢胚铸造补缩。该专利在钢模上部装配浇注冒口，冒口用石英砂混合泡花碱压制，在冒口外套有感应加热线圈，与中频感应加热配电柜连接。钢水在浇铸注满后及时将感应线圈通电加热，然后逐步降低电流，使冒口内钢水温度按每分钟100℃~120℃速度降温直到凝固完毕。此发明有效地降低了冒口冷却速度，使产品合格率得到大幅度提高。但此发明专利仅适用于钢锭生产，且钢水是直接从冒口浇注进入钢模型腔内的，只有在钢水浇注满后才通电加热。而且，该专利中发散的磁力线通过铁模时会对铁模感应加热，降低铁模的冷却能力。

中国专利CN103212675A发明了一种钢锭冒口感应加热及电磁搅拌装置，用于黑色及有色金属材料铸锭冒口部位的加热保温及电磁搅拌。该专利在钢锭的冒口保温套外部垂直放置多组感应线圈，通过水冷电缆连接三相工频电源柜。接通电源后，对冒口中的钢液进行感应加热，补偿钢锭凝固过程中冒口金属液的热量损失，延缓冒口的凝固进程，提高冒口的补缩能力，同时在冒口周围形成磁场，在此磁场的作用下对金属熔体产生电磁搅拌的效果，有利于排除金属熔体中的气体和夹杂物，提高钢锭质量。此发明专利同样也仅是适用于钢锭生产，而且也是在钢水从冒口顶部浇注完毕后才开始通电加热。

中国实用新型专利CN202316980U公开了一种铸造冒口感应加热装置，该专利在逆变电源输出电路中串联电容器和至少一副感应线圈，每副感应线圈对应套设在一只冒口杯外壁上，从而可以使用比正常冒口要小的较小型号冒口杯，这样能减少金属熔液的总量和冒口中金属的剩余量，冒口中金属熔液利用率可达95%以上，大大减少热能浪费并节约电能。该专利也是在金属液浇注完毕后，启动感应加热电源，对冒口杯内的金属熔液进行感应加热。

可见，目前的感应加热冒口方法和装置均是在金属液浇注完毕后才启动感应加热电源，从而利用感应加热原理对冒口中金属液进行感应加热保温。而由于冒口材料为非导电材料，如果冒口中未充入金属液，则即使在浇注之前启动感应加热电源，冒口也不会被感应加热。事实上，在铸件生产过程中，当浇注金属液时，高温的金属液遇到低温的冒口杯，受其激冷作用，会在冒口杯外壁附近形成一层固态金属壳层，直接降低冒口内金属液的补缩效率，同时此凝固壳层还会阻碍金属液的向下流动而影响补缩效果。另外，在浇注金属液时，冒口内金属液在充满过程中也会有大量热量散失，导致冒口内金属液温度下降较快，尤其是大型铸件生产，往往需要较长的浇注时间。这些均将大大降低冒口的补缩效率。

发明内容