一种组合式电磁搅拌铸造装置

技术领域

本发明涉及铸造冶金技术领域，尤其涉及一种组合式电磁搅拌铸造装置。

背景技术

目前，炼钢领域要提高钢材质量，最重要的环节是控制铸坯凝固过程。电磁搅拌已经成为改善钢液刘冬的关键设备。电磁搅拌通过产生一个旋转的磁场作用至钢液中，推动钢液的运动，起到耗散钢液中的过热度，促进溶质元素均匀化，使得柱状晶转变为等轴晶，从而起到改善中心偏析、中心缩孔等内部缺陷。对于这种旋转磁场而言，由于旋转磁场的电磁搅拌磁场穿透力差，因此形成的流场为铸坯外侧流速高，内部流速低，并且中心钢液与凝固前沿的钢液交换缓慢，能够一定程度的改善中心偏析和中心缩孔，但是作用有限。尤其是对于大方大圆而言，面临的现实问题是，电磁搅拌搅拌强度太大，会引起“白亮带”(负偏析)，电磁搅拌强度太小，对于铸坯质量改善又毫无作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组合式电磁搅拌铸造装置，以克服传统电磁搅拌效果不佳，尤其是对于大方大圆坯，强度太大，会引起“白亮带”，电磁搅拌强度太小，对于铸坯质量改善又毫无作用的问题。

本发明的技术方案是：一种组合式电磁搅拌铸造装置包括铸坯、电磁搅拌器、移动平台、移动支臂和移动器，所述铸坯设于所述移动平台的中部，在所述铸坯的外周布设的至少一台移动支臂，所述移动支臂安装在所述移动平台上并能向铸坯的方向正反向水平位移；所述移动支臂靠近铸坯的一侧安装有电磁搅拌器；所述移动平台的外周安装在所述移动器上，所述移动器用于驱动移动平台及安装在其上的电磁搅拌器和移动支臂上下位移。

优选的，所述电磁搅拌器在移动支臂的安装角度可调，调整方向为沿水平轴转动。

优选的，所述移动支臂竖向上设有至少一个安装位置，所述安装位置上均布设置6个通孔；

所述电磁搅拌器上呈圆周设有m个旋转孔，m＝360÷60×n，n为≥1的自然数；所述电磁搅拌器转动某一角度后，所述通孔与对应位置的旋转孔对齐安装。

优选的，所述移动支臂为多个时，每个所述移动支臂上均安装一个所述电磁搅拌器，每个所述移动支臂能分别或同时水平位移。

优选的，所述安装位置为多个时，多个所述电磁搅拌器安装在同一高度上的所述安装位置上，或者，多个所述电磁搅拌器安装在不同高度上的所述安装位置上。

优选的，所述安装位置为多个时，每个所述安装位置上分别均布设置6个通孔。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：通过实时调整电磁搅拌与铸坯之间的相对位置，调整不同电磁力的形式以及电磁力的方向、电磁力的角度，推动金属或合金熔体运动，形成多维度、多方向流动形态，完全消除铸坯中心与凝固前沿之间的过热度，从而起到凝固液芯同时凝固的目的，消除粗大不均匀枝晶、成分偏析、疏松缩孔等内部质量问题。

附图说明

图1为本发明提供的组合式电磁搅拌铸造装置水平安装示意图；

图2为移动支臂结构的示意图；

图3为单台电磁搅拌器的示意图；

图4为四台电磁搅拌器组合出水平旋转流场的示意图；

图5为四台电磁搅拌器组合出水平双环流场的示意图；

图6为两台电磁搅拌器组合出水平旋转流场的示意图；

图7为两台电磁搅拌器组合出平推流场流场的示意图；

图8为组合式电磁搅拌铸造装置竖直安装的示意图；

图9为四台电磁搅拌器同时上推示意图；

图10为四台电磁搅拌器两台上推、两台下推示意图；

图11为图9电磁推力下的竖直双环流场示意图；

图12为图10电磁推力下的竖直旋转流场示意图；

图13为组合式电磁搅拌装置倾斜安装下电磁力示意图；

图14为组合式电磁搅拌装置分层安装下的电磁力示意图；

图15为图14电磁推力下形成的下平推流场+上旋转流场示意图；

图16为图14形成的流场俯视图；

图17为电磁搅拌器中感应器相位与电磁力之间的关系图。

附图中：1、铸坯；2、电磁搅拌器；3、移动平台；4、移动支撑臂；5、移动器；6、冷却水管；7、电缆接头；8、接线盒；9、感应器；10、旋转孔；11、电磁力；12、流场；13、上旋转流场；14、下平推流场；15、上位置；16、下位置；17、通孔。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例提供的一种组合式电磁搅拌铸造装置包括铸坯1、电磁搅拌器2、移动平台3、移动支臂4和移动器5，所述铸坯1设于所述移动平台3的中部，在所述铸坯1的外周布设的至少一台移动支臂4，所述移动支臂4安装在所述移动平台3上并能向铸坯1的方向正反向水平位移。所述移动支臂4靠近铸坯1的一侧安装有电磁搅拌器2。所述移动平台3的外周安装在所述移动器5上，所述移动器5用于驱动移动平台3及安装在其上的电磁搅拌器2和移动支臂4上下位移。上述水平位移和上下位移可通过直线导轨和丝杆丝套(或者蜗轮蜗杆、齿轮齿条)等实现。

每台电磁搅拌器2通过移动支臂3的水平位移，以实时调整电磁搅拌器2与铸坯1之间的相对位置，调整不同电磁力的形式以及电磁力的方向、电磁力角度，完全消除铸坯中心与凝固前沿之间的过热度，从而起到凝固液芯同时凝固的目的，消除粗大不均匀枝晶、成分偏析、疏松缩孔等内部质量问题。

电磁搅拌铸造装置可以由一台或多台电磁搅拌器2组成，每一台电磁搅拌器2的电磁力方向可控，可以调整每一台电磁搅拌器与铸坯流动方向的角度，调整范围0-180°；多台电磁搅拌器可以布置在同一平面高度，也可以布置在两个或多个平面高度；可以实时调整电磁搅拌器2与铸坯1之间的相对位置。

可以根据铸坯1大小，移动支撑臂4带动电磁搅拌器2前后移动，调整与铸坯1之间的间隙。电磁搅拌器2与移动支撑臂4之间可以相对旋转，从而调整电磁搅拌器与铸坯流动方向的角度，调整范围0-180°。移动支撑臂4沿铸坯1竖直方向，有上下两个或多个位置可以安装电磁搅拌器2。

如图2所示，所述移动支撑臂4竖向上设有上位置15和下位置16，所述上位置15和下位置16均由6个均匀分布的通孔17组成，相邻孔之间的间距为60°。另外，除上位置15和下位置16这种实施例外，所述移动支臂4的竖向上还可以只设置一个安装位置，或者设置大于2的多个安装位置，以扩大调节范围。

如图1所示，所述移动支撑臂4在移动平台3上，在移动器5的带动下，可以根据冶金需求，推动移动平台3上下运动，运动速度和位置可调，从而带动电磁搅拌器2与铸坯1之间保持相对移动。

移动器5为移动平台3的驱动部分，移动器5采用液压驱动或变频电机驱动，可以更加符合冶金需求，实时控制移动平台的位置以及移动速度。

如图3所示，电磁搅拌器2由接线盒8、冷却水管6、感应器9组成，接线盒8上，有三根电缆接头7，用于连接电源。冷却水管6连接到外部冷却水，用于电磁搅拌器2的冷却。通过控制电源的相位角，可以控制感应器9的电磁力方向11。如图17所示，当U、V、W通0°、240°、120°相位角交流电时，电磁力11往右，当U、V、W通240°、120°、0°相位角交流电时，电磁力11往左。电磁搅拌器2包括有线圈和导磁铁芯，其为外购件或使用的是成熟的产品，其内部结构及具体工作原理不为本专利改进点，在此不再赘述。

如图4所示，为四台电磁搅拌器2水平安装在同一平面高度时形成的水平旋转流场。4台电磁搅拌器2水平安装，电磁力11的方向全部沿逆时针方向，形成的流场12为水平旋转流场。

如图5所示，为四台电磁搅拌器2水平安装在同一平面高度时形成的水平双环流场。四台电磁搅拌器2水平安装，电磁力11的方向两台沿逆时针方向，两台沿顺时针方向，形成的流场12水平双环流场。

如图6所示，为两台电磁搅拌器2水平安装在同一平面高度时形成的平推流场。两台电磁搅拌器2水平安装，电磁力11的方向2全部朝左，形成的流场12为水平平推流场。

如图7所示，为两台电磁搅拌器2水平安装在同一平面高度时形成的水平旋转流场。两台电磁搅拌器2水平安装，电磁力11的方向全部沿逆时针方向，形成的流场12为水平旋转流场。

如图3所示，所述电磁搅拌器2上呈圆周设有m个旋转孔10，m＝360÷60×n，n为≥1的自然数。当n取2时，相邻螺孔的间距为30°，因此每30°可以调整一个角度；当n取3时，相邻螺孔的间距为20°，每20°可以调整一个角度，依此类推。所述电磁搅拌器2转动某一角度后，所述通孔17与对应位置的旋转孔10对齐安装(如图8所示的竖直安装，如图13所示的倾斜安装)。

图8为四台组合式电磁搅拌铸造装置竖直安装示意图，如下针对竖直安装后的电磁力方向改变原理如下：

图9为四台电磁搅拌器2同时上推示意图，在图7的安装条件下，四台电磁搅拌器2推力全部朝上，形成的流场12为图11所示的竖直双环流场。

图10为四台电磁搅拌器两台上推、两台下推示意图，图8安装条件下，两台电磁搅拌器推力2朝上，两台电磁搅拌器推力2朝下，形成的流场12为图12所示的竖直旋转流场。

图13为组合式电磁搅拌铸造装置倾斜安装下电磁力示意图，通过调整旋转孔10的位置，可以旋转电磁搅拌的方向，调整范围为0-180°，由于电磁力11与铸坯1方向有一定的角度，因此会产生螺旋流场。

图14为组合式电磁搅拌器分层安装下的电磁力示意图，两台电磁搅拌器安装位置靠上，两台电磁搅拌器位置安装靠下。向上的两台电磁搅拌器2推力11方向沿逆时针方向，产生如图15、图16所示的上旋转流场13。向下的两台电磁搅拌器2推力11方向全部朝左，产生如图15、图16的下平推流场14。下平推流场14可以加强中心钢液与凝固前沿钢液的交换，上旋转流场13可以进一步沿周向运动，加强过热度的耗散。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。