[實用新型]精確控制凝固和余熱均勻化的一體化設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822094523.3
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN209255787U
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石國梁;張奎;李興剛;李永軍;馬鳴龍;袁家偉
• 申請（專利權(quán)）人: 有研工程技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: B22D9/00
• 分類號: B22D9/00;B22D27/04;C21D11/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

本實用新型涉及一種精確控制凝固和余熱均勻化的一體化設(shè)備，屬于熔體控制凝固及熱處理領(lǐng)域。該設(shè)備由U型固液界面谷底追蹤系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、輔助外場系統(tǒng)和余熱均勻化系統(tǒng)組成；U型固液界面谷底追蹤系統(tǒng)由熱電偶、升降桿和自動控制模塊組成，熱電偶和升降桿分別與自動控制模塊連接；噴淋系統(tǒng)設(shè)置于余熱均勻化系統(tǒng)上方；輔助外場系統(tǒng)設(shè)置于噴淋系統(tǒng)的周圍和/或設(shè)置于模具內(nèi)部；設(shè)備工作時，模具在升降桿作用下實現(xiàn)從噴淋系統(tǒng)向余熱均勻化系統(tǒng)的移動，使模具中已凝固部分實時進入余熱均勻化系統(tǒng)。該設(shè)備通過追蹤固液界面精準實施噴淋冷卻，結(jié)合外場作用，實現(xiàn)凝固組織的細化和溶質(zhì)元素的均勻化；同時能大幅減低能耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種精確控制凝固和余熱均勻化的一體化設(shè)備，特別涉及一種將熔體精確控制凝固和均勻化整合在一起的節(jié)能設(shè)備，屬于熔體控制凝固及熱處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

金屬制品分為鑄件和塑性變形件兩大類，塑性變形件是鑄錠經(jīng)鍛造、擠壓、軋制等塑性變形方法制備的鍛件、擠壓材、板材和帶材。與鑄造件相比，變形件通常具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，可以用作承力結(jié)構(gòu)件。變形件鑄錠常用的制造方法為半連續(xù)鑄造和模鑄，半連續(xù)鑄造的生產(chǎn)效率高，凝固組織細小，對于合金化程度低且熱裂傾向小的錠坯，通常采用半連續(xù)鑄造。對于大截面、高合金化、大熱裂傾向、大凝固收縮的鑄錠，如Mg-Zn系鎂合金和高稀土含量鎂合金，通常采用模鑄。

變形產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上取決于鑄錠的純凈度、凝固組織的細化程度和均勻化處理后粗大共晶化合物的溶解程度。目前，工業(yè)化鑄錠的模鑄生產(chǎn)工藝為：合金熔煉---熔體凈化---澆注至模具---熔體在模具內(nèi)凝固---脫膜和車削加工---冷鑄錠升溫至固相線之下進行均勻化。通常的凝固過程中，通常采用向模具外壁噴霧、噴水的方式加快凝固速度。這一方法雖然能有效增大凝固速率，細化枝晶，但也會因為溫差過大，累計較大的收縮變形量和收縮應(yīng)力，容易導(dǎo)致開裂，另外，鑄錠存在宏觀偏析，重合金元素存在比值偏析，低熔點元素存在反偏析，最終導(dǎo)致鑄錠內(nèi)存在化學(xué)成分的巨大差異。另一方面，通常的均勻化工藝是將車削加工的冷鑄錠重新加熱至固相線以下，造成能源的消耗，對于截面尺寸較大的鑄錠，能源消耗巨大。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有金屬錠坯模鑄技術(shù)的不足，本實用新型提供一種精確控制凝固和余熱均勻化的一體化設(shè)備。

一種精確控制凝固和余熱均勻化的一體化設(shè)備，用于模鑄生產(chǎn)工藝中，該設(shè)備由U型固液界面谷底追蹤系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、輔助外場系統(tǒng)和余熱均勻化系統(tǒng)四個部分組成；所述的U型固液界面谷底追蹤系統(tǒng)由設(shè)于模具中心軸的熱電偶、設(shè)置于模具底部的升降桿和自動控制模塊組成，所述熱電偶和升降桿分別與自動控制模塊連接；所述的余熱均勻化系統(tǒng)位于下部；所述的噴淋系統(tǒng)設(shè)置于余熱均勻化系統(tǒng)上方；所述的輔助外場系統(tǒng)設(shè)置于噴淋系統(tǒng)的周圍和/或設(shè)置于模具內(nèi)部；設(shè)備工作時，模具在升降桿作用下實現(xiàn)從噴淋系統(tǒng)向余熱均勻化系統(tǒng)的移動，使模具中已凝固部分實時進入余熱均勻化系統(tǒng)。

U型固液界面谷底追蹤系統(tǒng)中，所述的升降桿頂端設(shè)置上部平臺，所述的模具放置在上部平臺上；所述的熱電偶的下端設(shè)置于固液界面以上，接近熔體液相區(qū)底部的位置，自動控制模塊控制升降桿的升降，使熱電偶測量的溫度T保持在固相線以上的某一溫度T′，優(yōu)選的，該溫度T′比固相線溫度高5℃-15℃，如T′為該合金體系的固液界面糊狀區(qū)溫度。熱電偶將測量的溫度T實時傳輸至自動控制模塊，假設(shè)T′為固相線以上某一溫度，自動控制模塊實時比較T和T′，當T<T′時，使升降桿緩慢向下移動，直到T＝T′。

所述的噴淋系統(tǒng)由環(huán)繞模具周圍的陣列式排布的噴頭、控制閥和自動控制模塊組成，控制閥用于調(diào)節(jié)噴頭的水流強度，自動控制模塊通過調(diào)節(jié)控制閥，實現(xiàn)噴淋強度的自動化控制。不同高度的噴頭的噴淋強度由自動控制模塊控制，自下而上噴頭的噴淋強度逐漸降低，且模具中熔體液面下一定范圍(冒口區(qū))不噴淋，從而實現(xiàn)自下而上的順序凝固。