[发明专利]金属熔炼过程晶粒细化的方法及设备

说明书

本申请涉及一种金属熔炼过程晶粒细化的方法及设备，应用在金属熔炼领域，该方法包括如下步骤：备料加料：将固相材料预热后投入熔炉；升温熔炼：对熔炉进行阶梯式升温，在达到第一设定温度时对融合物进行搅拌，在达到第二设定温度时对融合物进行检验和成分调整；精炼与扒渣：投入精炼剂，待造精炼完成后扒渣；调温振动成核：将熔炉内的温度降低至第三设定温度，并利用搅拌振动单元对融合物进行振动搅拌。该设备包括箱体以及上述的熔炉和搅拌振动单元；熔炉端口能够经由万向连接装置与箱体端口连接；搅拌振动单元包括设于熔炉的底部的电磁搅拌单元和超声振动单元。本申请具有能够提高金属晶粒细化程度以及简化晶粒细化设备结构的效果。

技术领域

本申请属于金属熔炼的领域，尤其是涉及一种金属熔炼过程晶粒细化的方法，此外还涉及一种金属熔炼过程晶粒细化的设备。

背景技术

金属熔炼是一种常见金属加工方法，其是将固相的金属融化成液相，以能够便于对该金属进行精炼或是在该金属中加入其它的金属，形成合金。

在金属材料中具有细小的晶粒，金属材料中的晶粒越细化且数量越多越能够使得金属材料在加工的过程中变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。

现有技术中为了实现在金属熔炼的过程中形成较多的晶核，往往是通过向熔炉内投入一定的成核剂以辅助形成晶核，从而达到提高晶粒数量的作用，但是该方法会引入较多的杂质，使得产物的纯度降低，品质下降；因此，为了克服上述方法引入杂质的弊端，部分现有技术会通过振动或搅拌的方式，使得液态金属内部的游离原子增加碰撞结合形成原子团的概率，从而达到增加晶核数量，进而提高晶粒数量的效果，但是该现有技术中的方案，是对炉体本身的结构进行改变，在液态金属出炉时实现对液态金属的振动处理，该方案实际上能够对液态金属进行振动的时间短，晶粒细化效果有限。

有鉴于此，需要提供一种金属熔炼过程晶粒细化的方法。

发明内容

为了改善金属晶粒细化程度，以及晶粒细化设备的结构的问题，本申请提供一种金属熔炼过程晶粒细化的方法及设备。

本申请第一方面提供一种金属熔炼过程晶粒细化的方法，包括如下步骤：备料加料：

准备固相材料，对所述固相材料进行预热，将预热好的所述固相材料投入熔炉；

升温熔炼：对所述熔炉进行阶梯式升温，以在达到第一设定温度时对所述熔炉中的融合物进行搅拌，并在达到第二设定温度时对融合物进行检验以及成分调整；

精炼与扒渣：向所述熔炉中投入精炼剂，待造精炼完成后将废渣清出；

调温振动成核：将所述熔炉内的温度降低至第三设定温度，使得所述熔炉中的融合物处于半凝固状态，并利用搅拌振动单元对所述熔炉中的融合物进行振动搅拌。

通过采用上述技术方案，对固相材料进行预热能够减少固相材料的融化时间；对熔炉进行阶梯式升温，以维持设定的加热温度与炉膛温度之间温度差，从而能够使得加热时所需的能耗低，且不易使得固相材料的表面迅速氧化产生大量的废渣；精炼剂能够提高液态金属的品质并辅助形成干性的废渣；将融合物维持在半凝固的状态下进行振动搅拌，在半凝固的状态下融合物本身就容易形成一定量的微小结晶体（即是晶核），通过振动搅拌能够使得这些微小的结晶体分布更加均匀，此外还能够使得其中体积较大的部分结晶体被震碎形成更多体积较小的结晶体，从而能够使得形成的晶粒数量更多，从而达到提高晶粒细化程度的效果，且细化过程在熔炉内进行能够实现较长时间的晶粒细化，使得晶粒细化的效果更好。

具体地，固相材料包括高纯度金属锭以及中间合金；阶梯式升温中每一阶段的加热温度与窄口熔炉的炉膛温度的温度差值为100至200℃。

通过采用上述技术方案，选择高纯度的金属锭能够减少杂质的进入，以能够从源头上减少废渣的量，中间合金更易融化能够减少固相材料融化的时间；采用阶梯式升温的方式进行升温加热，且维持设定的加热温度与炉膛温度之间温度差能够使得加热时所需的能耗低，且不易使得固相材料的表面迅速氧化产生大量的废渣。