一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置
技术领域
本实用新型属于金属材料制备应用技术领域，具体涉及一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置。
背景技术
过共晶铝硅合晶坯料由于具有轻质、高强、高耐磨、高耐热性及较低的热膨胀性等优点，通常用来制造汽车发送机活塞、转子，斜盘等关键部件。但是过共晶铝硅合金微观组织中通常存在粗大初生硅及初生硅偏聚现象，严重降低了合金的力学性能。在普通铸造下，初生硅一般都比较粗大，呈五瓣星形状、板片状、八面体积和其她复杂形貌且棱角锋利，严重割裂基体，这样降低了过共晶铝硅合金的力学性能和切削加工性能，尤其是塑形显著降低。因此改善初生硅的形态和分布，细化初生硅的尺寸，减小其对基体性能的削弱作用，对于提高过共晶铝硅合金的综合性能具有非常重要的意义。
目前，在过共晶铝硅合晶坯料的连铸过程中，常采用变质处理的方法控制过共晶铝硅合金的初晶硅的大小和形貌。中国专利201210042187.2公布一种铝合金变质工艺，通过在铝合金熔炼过程中向合金熔体中加入中间合金变质剂，变质剂在合金熔体中发生融化，形成弥散分布在形核质点，对初生硅的形核与生长产生作用，使得合金中的初生硅的大小、形貌及分布发生改变。但是这种变质工艺在连铸过共晶铝硅合金坯料时存在下列缺陷：(1)变质剂使用时多采用块状或丝状的方式加入，导致变质剂在熔体中的分布不均匀，往往达不到弥散分布的效果，变质剂加入量较多，利用率低，变质效果差。(2)变质过程中往往在熔炼炉或静置炉中进行，变质完毕后直到浇注完毕，变质效果容易衰退。而且合金熔体经过路程较长，变质形核质点往往在流动过程中发生碰撞，形核质点减少，严重影响变质剂的变质效果。(3)虽然经过变质处理，但是获得的过共晶铝硅合金连铸坯料初生硅尺寸和形貌没有得到根本的改善，初生硅尺寸仍然很大，晶粒平均尺寸仍达到70微粒米以上，形貌较差，以板条状为主。因此仅通过常规的变质处理方法难以获得优质的过共晶铝硅合金坯料。
中国专利200810239936.4公布了一种低成本快速制备过共晶铝硅合金棒坯的方法。在惰性气体保护下对过共晶铝硅合金进行熔炼;在高温条件下采用复合变质精炼熔体;然后对熔体进行除气处理;最后采用电磁搅拌方法进行快速半连续铸造。但是这种工艺存在初生硅偏聚、组织分布不均匀的问题，也未能从根本上改善变质剂在铝合金熔体中的弥散分布状况，初生硅的大小不均，形貌较差。也提到了采用电磁搅拌器进行半连续铸造，淡未提及电磁搅拌过程中产生的趋肤效应如何避免，也未提到连铸过程中在线变质剂以及熔体的在线处理。
因此，基于上述问题，本实用新型提一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，其设计结构合理，细化了初晶硅组织，减小变质剂用量，降低了成本。
技术方案：本实用新型提供一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，由熔池组件，及与熔池组件相配合使用的电磁搅拌组件组成;所述熔池组件，包括外壳，及设置在外壳内的熔池，及设置在熔池内壁的旋转电磁搅拌中空壳体，及设置在旋转电磁搅拌中空壳体内的带电线圈，及设置在外壳底部的溶液导管;所述电磁搅拌组件，包括与导管连接的过渡熔池，及设置在过渡熔池底部的若干个L形溶液输料管，及分别设置在若干个L形溶液输料管上的旋转电磁搅拌中空外壳，及设置在旋转电磁搅拌中空外壳内的旋转电磁搅拌中空内壳，及设置在旋转电磁搅拌中空外壳上的第一水冷进口、第二水冷出口，及设置在旋转电磁搅拌中空内壳内的辅助带电线圈，及分别设置在若干个L形溶液输料管上且位于旋转电磁搅拌中空外壳下方的行波电磁搅拌中空外壳，及设置在行波电磁搅拌中空外壳内的行波电磁搅拌中空内壳，及设置在行波电磁搅拌中空外壳上的第三水冷进口、第四水冷出口，及对称设置在行波电磁搅拌中空内壳内的若干个回形磁体，及分别设置在若干个L形溶液输料管上且位于行波电磁搅拌中空外壳下方的螺旋电磁搅拌中空外壳，及设置在螺旋电磁搅拌中空外壳内的螺旋电磁搅拌中空内壳，及设置在螺旋电磁搅拌中空外壳上的第五水冷进口、第六水冷出口，及对称设置在螺旋电磁搅拌中空内壳内的若干个螺旋磁体。
本技术方案的，所述溶液导管的长度尺寸为5cm -8cm。
本技术方案的，所述若干个回形磁体设置四个或六个。
本技术方案的，所述若干个螺旋磁体设置四个或六个。
本技术方案的，所述过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，还包括设置在熔池内且与熔池内溶液相配合使用的喷粉管、通氩气保护导管。
本技术方案的，所述过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，还包括设置在外壳顶端的定位座，及设置在定位座一面的竖外螺纹调节杆，及通过一组锁紧螺母固定在竖外螺纹调节杆上的横超声波检测探头安装板，及设置在横超声波检测探头安装板一端内的超声波检测探头，其中，超声波检测探头与超声波检测仪连接。
与现有技术相比，本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的有益效果在于：1、粉状或粒状变质剂产生大量的“异质”形核质点，作为初生硅的结晶的“核心”，提高初生硅的有效形核率，细化初生硅，改变初生硅的形貌，细化了初晶硅组织，减小变质剂用量，降低了成本;2、电磁搅拌器和气流搅动合金熔体，促进变质剂快速弥散强化的同时，可促进合金熔体温度场和成分场也更加均匀;3、与喷粉装置连接喷粉管的设置避免电磁场的趋肤效应的影响，电磁场的分布更加均匀，合金熔体温度场和成分场更加均匀，对过共晶铝硅合金熔体进行处理，有利于获得高品质的过共晶铝硅合金坯料。
附图说明
图1是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的结构示意图;
图2是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的过渡熔池、若干个L形溶液输料管的侧视部分结构示意图;
图3是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的旋转电磁搅拌中空壳体、带电线圈的结构示意图;
图4是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的行波电磁搅拌中空外壳、行波电磁搅拌中空内壳、第三水冷进口、第四水冷出口、若干个回形磁体等的结构示意图;
图5是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的螺旋电磁搅拌中空外壳、螺旋电磁搅拌中空内壳、第五水冷进口、第六水冷出口、若干个螺旋磁体等的结构示意图;
图6是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的螺旋电磁搅拌中空内壳、若干个螺旋磁体的俯视结构示意图;
图7是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的另一实施例的结构示意图;
图8、图9是本实用新型的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
实施例
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示的一种过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，由熔池组件，及与熔池组件相配合使用的电磁搅拌组件组成;所述熔池组件，包括外壳1，及设置在外壳1内的熔池2，及设置在熔池2内壁的旋转电磁搅拌中空壳体3，及设置在旋转电磁搅拌中空壳体3内的带电线圈4，及设置在外壳1底部的溶液导管7;所述电磁搅拌组件，包括与导管7连接的过渡熔池8，及设置在过渡熔池8底部的若干个L形溶液输料管9，及分别设置在若干个L形溶液输料管9上的旋转电磁搅拌中空外壳10，及设置在旋转电磁搅拌中空外壳10内的旋转电磁搅拌中空内壳11，及设置在旋转电磁搅拌中空外壳10上的第一水冷进口13、第二水冷出口14，及设置在旋转电磁搅拌中空内壳11内的辅助带电线圈12，及分别设置在若干个L形溶液输料管9上且位于旋转电磁搅拌中空外壳10下方的行波电磁搅拌中空外壳15，及设置在行波电磁搅拌中空外壳15内的行波电磁搅拌中空内壳16，及设置在行波电磁搅拌中空外壳15上的第三水冷进口18、第四水冷出口19，及对称设置在行波电磁搅拌中空内壳16内的若干个回形磁体17，及分别设置在若干个L形溶液输料管9上且位于行波电磁搅拌中空外壳15下方的螺旋电磁搅拌中空外壳20，及设置在螺旋电磁搅拌中空外壳20内的螺旋电磁搅拌中空内壳21，及设置在螺旋电磁搅拌中空外壳20上的第五水冷进口23、第六水冷出口24，及对称设置在螺旋电磁搅拌中空内壳21内的若干个螺旋磁体22。
进一步优选的，所述溶液导管7的长度尺寸为5cm -8cm;及所述若干个回形磁体17设置四个或六个;及所述若干个螺旋磁体22设置四个或六个;及所述过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，还包括设置在熔池2内且与熔池2内溶液相配合使用的喷粉管5、通氩气保护导管6。
如图7所示的过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，L形溶液输料管9、行波电磁搅拌中空外壳15、行波电磁搅拌中空内壳16、第三水冷进口18、第四水冷出口19、若干个回形磁体17、若干个螺旋磁体22为整体结构，便于装配和维护。
如图8、图9所示的过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，所述过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，还包括设置在外壳1顶端的定位座25，及设置在定位座25一面的竖外螺纹调节杆26，及通过一组锁紧螺母28固定在竖外螺纹调节杆26上的横超声波检测探头安装板27，及设置在横超声波检测探头安装板27一端内的超声波检测探头29，其中，超声波检测探头29与超声波检测仪连接，用于检查铝合金溶液中加入硅粉的颗粒大小，即实现快速、精准和稳定的检测(通过波长检测颗粒度)，无需再把铝合金溶液取出单独检测，同时成本低(传统为光谱检测、成本高)。
上述装置制备的A390铝合金坯料，含硅量为17.2%，采用的变质剂为粉状铝磷变质剂，磷含量为4.5%。浇注之前，将喷粉装置和变质剂预热到300℃(喷粉装置、变质剂图1中未标出)，制备时，将820℃的A390铝合金熔体导入热顶中，熔体经缝隙通道流向结晶进行连续铸造;连铸过程稳定后，开启喷粉装置(喷粉装置图1中未标出)，吹入的氮气压力为0.05Mpa，氮气流量为0.1L/min,粉状变质剂出入量150g/min，采用的电磁搅拌器的名义输入功率是1.2kw，搅拌频率为40Hz，连铸稳定后采用的连铸工艺参数为：连铸速度为300mm/min，冷却水压为0.35Mpa，缝隙通道内熔体温度为740-780℃，连铸结束获得了组织细小，成分均匀的A390铝合金铸锭。
本结构的过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，整体连续铸造，采用L型连续铸造工艺，融化和凝固设备固定在垂直面，最后出品的产品放在水平面，提高了生产效率。
本结构的过共晶铝硅合金连铸过程中的熔体处理装置，金属液体首先从最顶端的一吨的熔池中搅拌融化，然后通过下方的溶液导管5cm的通道进入长方体过渡熔池(预浇注保温池，保温池的液体流动相对稳定，如果市大熔池直接下来，本身大熔池有搅拌，流场混乱)熔池中加入通过氩气保护的硅粉充分搅拌均匀，再从长方体的过渡熔池中分拆出若干个L形溶液输料管(4个小通道，提高了生产效率，可以1拖4生产等)，最后进入水冷凝固和电磁搅拌组件进行电磁搅拌顺序;
第一，电磁旋转搅拌，(目的是通过旋转搅拌的方式将激冷层的枝晶甩掉，通过旋转电磁搅拌中空外壳、旋转电磁搅拌中空内壳、第一水冷进口、第二水冷出口、辅助带电线圈实现)，上面下来的金属液在通过下方水冷环时，产生激冷，激冷随之产生了枝晶，通过旋转搅拌的方式将激冷层的枝晶甩掉;
第二，行波电磁搅拌(通过行波电磁搅拌中空外壳、行波电磁搅拌中空内壳、第三水冷进口、第四水冷出口、若干个回形磁体实现)原理解释：当通过第一个电磁搅拌的甩出来的碎枝晶通过该通道时候，为了使得甩出来的枝晶能够均匀的分布于熔池通道，必须加一个推动力，将圆柱形水冷壁产生的碎晶在整个熔池均匀化，在第二个水冷环中加一个水平方向的环行行波电磁场，将圆周面的碎晶通过行波的推力像中间扩散;
第三，螺旋电磁搅拌(通过螺旋电磁搅拌中空外壳、螺旋电磁搅拌中空内壳、第五水冷进口、第六水冷出口、若干个螺旋磁体实现)，碎晶和细晶扩散均匀后，需要将颗粒大的晶粒排出，施加一个向上的螺旋电磁搅拌，施加一个垂直的正旋波，待波能达到颗粒的上悬浮推进力后，颗粒会自动向上排除待凝固界面，从而达到最终优化组织的目的。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
