技术领域
[0001] 本
发明涉及
电磁搅拌装置，特别是涉及一种电磁结晶搅拌器的加工工艺。
背景技术
[0002] 随着
连铸技术的发展，人们对
铸造质量的要求不断提高，对
铸坯的
力学性能、铸坯中夹杂物含量、皮下气孔等提出了极为苛刻的条件，这些铸坯广泛应用于
汽车面板、家电和
船舶等行业，不仅要求具有均匀的成形性能，而且对表面质量提出了较高的要求。在传统的连铸工艺条件下，仅通过熔炼过程的精炼已难以满足当前
板坯质量要求，而采用电磁搅拌可以促进熔体中气泡和夹杂物上浮、均匀熔体成分和
温度、提高铸坯等轴晶率，板坯质量得到显著改善，连铸结晶器电磁搅拌器已成为某些行业用坯料生产中的必要设备之一。电磁搅拌技术已经成为当前国际上提高
钢铁以及
铝及其
合金性能的常用方法之一，其中，行波
磁场电磁搅拌技术越来越受到人们的关注，成为电磁
冶金技术的热点。
[0003] 电磁结晶搅拌器的原理是利用
电流产生强大的变化磁场，穿透多层介质的阻隔，使连铸坯内部的金属熔液产生流动，通过
对流动状态的控制达到改善铸坯内部组织、成分分布、熔液纯净度和表面质量等目的。
[0004] 电磁结晶搅拌器采用感应线圈代替传统结晶器，靠电磁压力和金属熔体表面
张力使金属熔体在自由表面状态下
凝固。当感应线圈中通交变电流时，感应线圈周围产生交变磁场，由
电磁场理论可知，处于交变磁场中的金属液将产生与感应线圈中电流方向相反的交变感应电流，感应电流与交变磁场相互作用在产生向内的电磁力，压迫下液体金属成形。
[0005] 目前市场上的
铝合金铸棒形式有普通膜铸造、
隔热膜铸造、热顶膜铸造及油气润滑铸造，以上几种形式的铸造方式以油气润滑铸造最为先进，但它只能提高铝棒表面的光
亮度，不能改变铝材铸件的强度、硬度及细化晶粒。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种非
接触式搅拌、成型温度低、铸件晶粒细化、组织分布均匀的电磁结晶搅拌器的加工工艺。
[0007] 本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺，电磁结晶搅拌器的加工过程：
[0008] 1)
硅钢片的加工过程，硅钢片选用
冷轧钢带，冷轧钢带由
热轧胚料加工而成，热轧胚料进行
热处理后用冷
轧机进行冷轧处理；
[0009] 热轧胚料热处理过程：首先在常温下对钢带进行第一次冷轧；然后对钢带进行中间
退火处理，在所述的中间退火处理步骤中，利用电加热罩式炉先将带钢以每小时60℃的加热速度加热到430-470℃范围内，在720-780℃温度范围内保温7-9小时后，随电加热罩式炉冷却到430-470℃温度范围内，完成所述的中间退火步骤；再对钢带进行第二次冷轧处理，利用6％-10％的临界压下量对钢带进行第二次冷轧，所述的临界压下量是带钢半成品的厚度与带钢成品的厚度差值除以带钢成品厚度的百分率，然后对钢带进行成品退火处理，所述成品退火处理过程采用空气冷却；
[0010] 2)硅钢片冷加工，对冷轧处理得到的硅钢片进行线切割，步骤如下：
[0011] 步骤1，开机，接通电源；
[0012] 步骤2，设置加工工序；
[0013] 步骤3，开运丝，让
电极丝滚筒空运转，检查电极丝抖动情况和松紧程度，若电极丝过松，则应用张紧轮均匀用力紧丝；
[0014] 步骤4，开
水泵，调整喷水量，开水泵时，调节
阀关闭，然后逐渐开启，调节至上下喷水柱包容电极丝，水柱射向切割区；
[0015] 步骤5，接通脉冲电源，选择电参数，电极丝切入
工件时，拉开脉冲间隔，脉冲间隔控制在(4-6):1之间，电极丝切入工件后，调节脉冲间隔，使加工电流满足要求；
[0016] 步骤6，开启控制机，进入加工状态，观察电流表在切割过程的状态是否稳定，切忌
短路；
[0017] 步骤7，加工结束后先关闭水泵，再关闭运丝，检查设备上X、Y、U、V坐标是否到终点；到终点时拆下工件，清洗并检查质量，未到终点应检查程序是否有错或控制机是否有故障，及时采取补救措施，以免工件报废；
[0018] 3)整体打磨：首先把线切割好的硅钢片固定在夹具上，用
角磨机把所有的棱角打磨平整，然后用细
砂纸手工打磨光亮、再刷漆处理；
[0019] 4)绕制线包，线圈缠绕在经
过冷轧处理的硅钢片上形成线包，硅钢片上缠绕若干组线圈，线圈的缠绕方向、
匝数、层数均相同；
[0020] 5)绕制线圈的检验，
[0021] 首先，准备盛水器具，盛水器具的体积能容纳电磁结晶搅拌器；
[0022] 然后，将电磁结晶搅拌器至于盛水器具中，并且保证线圈的线头伸出水面；
[0023] 再，用摇表测量线圈的绝缘性，保证线圈的
电阻大于5兆欧，并且用电感表检测每组线圈的电感量，电感量保持在30mh即合格；
[0024] 再者，确保线圈绝缘良好后，在水中浸泡24小时，再次对线圈的绝缘性进行检验；检验合格后，留存备用，检验不合格，则重新绕制，绕制完成后重复步骤5)，对线圈进行检验，直至合格。
[0025] 本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺，其中所述硅钢片选用
取向硅钢片或无取向硅钢片。
[0026] 本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺，其中所述线圈在硅钢片上缠绕的匝数50-300圈，层数2-10层。
[0027] 本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺与
现有技术不同之处在于：本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺采用冷轧硅钢片加工电磁结晶搅拌器，冷轧硅钢片具有表面平整、厚度均匀、叠装系数高、冲片性好等特点，冷轧硅钢片有助于提高铸件的品质；在冷轧硅钢片上缠绕线包，线包缠绕的方向、匝数、层数均保证一致，并且对绕制的线包进行绝缘性和电感量的检测，保证线包的绕制质量；
[0028] 经过上述工艺加工得到的电磁结晶搅拌器，可用于铝合金棒的
铸锭过程，使铝合金棒的晶粒细化、组织分布均匀，并将铝合金的铸造温度降低至1200℃，提高冷却效率；提高表面质量，减少中心偏析和中心疏松，基本消除中心
缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率。
[0029] 下面结合
附图对本发明的电磁结晶搅拌器的加工工艺作进一步说明。
附图说明
[0030] 图1为本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺的电磁结晶搅拌器的结构示意图；
[0031] 图2为本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺的电磁结晶搅拌器的安装结构示意图；
[0032] 附图标注：1、硅钢片；2、线包；3、固定柱；4、凸极；5、加强凸极；6、铸锭；7、结晶器；8、安装板。
具体实施方式
[0033] 如图1和图2所示，本发明电磁结晶搅拌器的加工工艺，包括电磁结晶搅拌器固定在结晶器7上，结晶器7上盖设安装板8，在结晶器7内形成铸锭6。电磁结晶搅拌器包括硅钢片1、缠绕在硅钢片1上的线圈、硅钢片1上均匀分布若干个固定柱3和凸极4；硅钢片1的整体形状设为正多边形或圆形，线包2的数量与固定柱3和凸极4的个数相同，圆形硅钢片1根据实际需要设计固定柱3和凸极4的个数。凸极4上固定有加强凸极5，固定柱3固定在安装板8上。
[0034] 硅钢片1的优选形状为正六边形，即电磁结晶搅拌器外型为正六边形，相邻两边的交点与外接圆圆心的连线上分布固定柱3和凸极4，固定柱3靠近交点，凸极4靠近圆心，硅钢片1的每个边上均缠绕线圈，绕制成6个线包2，每个线包2的绕制方向、匝数、层数均相同。
[0035] 电磁结晶搅拌器的加工过程：
[0036] 1)硅钢片1的加工过程，硅钢片1选用冷轧钢带，冷轧钢带由热轧胚料加工而成，热轧胚料进行热处理后用冷轧机进行冷轧处理；
[0037] 热轧胚料热处理过程：首先在常温下对钢带进行第一次冷轧；然后对钢带进行中间退火处理，在所述的中间退火处理步骤中，利用电加热罩式炉先将带钢以每小时60℃的加热速度加热到430-470℃范围内，在720-780℃温度范围内保温7-9小时后，随电加热罩式炉冷却到430-470℃温度范围内，完成所述的中间退火步骤；再对钢带进行第二次冷轧处理，利用6％-10％的临界压下量条件对钢带进行第二次冷轧，所述的临界压下量是带钢半成品的厚度与带钢成品的厚度差值除以带钢成品厚度的百分率，然后对钢带进行成品退火处理，所述成品退火处理过程采用空气冷却；
[0038] 2)硅钢片1冷加工，对冷轧处理得到的硅钢片1进行线切割、整体打磨、刷漆；刷漆采用车船刷漆的工艺和材料；
[0039] 线切割步骤：
[0040] 步骤1，开机，接通电源；
[0041] 步骤2，设置加工工序；
[0042] 步骤3，开运丝，让电极丝滚筒空运转，检查电极丝抖动情况和松紧程度，若电极丝过松，则应用张紧轮均匀用力紧丝；
[0043] 步骤4，开水泵，调整喷水量，开水泵时，调节阀关闭，然后逐渐开启，调节至上下喷水柱包容电极丝，水柱射向切割区，水量不必太大；
[0044] 步骤5，接通脉冲电源，选择电参数，电极丝切入工件时，拉开脉冲间隔，脉冲间隔控制在(4-6):1之间，电极丝切入工件后，调节脉冲间隔，使加工电流满足要求；
[0045] 步骤6，开启控制机，进入加工状态，观察电流表在切割过程的状态，电流表
指针是否稳定，切忌短路；
[0046] 步骤7，加工结束后先关闭水泵的
电机，再关闭运丝的电机，检查X、Y、U、V坐标是否到终点；到终点时拆下工件，清洗并检查质量，未到终点应检查程序是否有错或控制机是否有故障，及时采取补救措施，以免工件报废；
[0047] 上述线切割过程2)的步骤5中根据对线切割的切割效率、
精度、表面粗糙的要求，选择电参数。
[0048] 3)整体打磨：首先把线切割好的硅钢片1固定在夹具上，用角磨机把所有的棱角打磨平整，然后用细砂纸手工打磨光亮、最后再刷漆处理；
[0049] 4)绕制线包2，线圈缠绕在经过冷轧处理的硅钢片1上形成线包2，硅钢片1上缠绕若干组线圈，线圈的缠绕方向、匝数、层数均相同；
[0050] 5)绕制线圈的检验，首先，准备盛水器具，盛水器具的体积能容纳电磁结晶搅拌器；然后，将电磁结晶搅拌器至于盛水器具中，并且保证线圈的线头伸出水面；再用摇表测量线圈的绝缘性，保证线圈的电阻大于5兆欧，并且用电感表检测每组线圈的电感量，电感量保持在30mh即合格；再者，确保线圈绝缘良好后，在水中浸泡24小时，再次对线圈的绝缘性进行检验；检验合格后，留存备用，检验不合格，则重新绕制，绕制完成后重复步骤5)，对线圈进行检验，直至合格。
[0051] 冷轧硅钢片1具有表面平整、厚度均匀、叠装系数高、冲片性好等特点，且
比热轧硅钢片1的磁感高、铁损低。冷轧处理得到的硅钢片1厚度为0.5mm，传统的热轧工艺加工的硅钢片1厚度为0.8mm，硅钢片1的厚度减小，用硅钢片1制造的电机或
变压器的重量和体积均可减少0％-25％。
[0052] 硅钢片1包括晶粒取向和晶粒无取向两种结构形式，可以选用取向硅钢片1或无取向硅钢片1的任一一种。若用晶粒取向硅钢片1，性能更佳，用它代替热轧带或低档次冷轧带，可减少变压器
电能消耗量45％-50％，且变压器工作性能更可靠。
[0053] 硅钢片1的每个边上均绕制有线包2，绕制操作过程为繁琐细致的过程；一般采用人工绕制，在绕制过程中必须时刻注意绕制的质量，在绕制完成后还必须保证每组线圈大小一致，绕向、层数、匝数均到达一致。线圈在硅钢片1上缠绕的优选方案为：匝数为50-300匝，层数2-10层，线圈绕制的匝数和层数根据设备运行的功率、设备的产量相关，线圈绕制的匝数、层数越多，设备的运行功率和产量越大。
[0054] 线圈绕制完成后进行检验：线圈在绕制过程中，必须非常谨慎，稍有不注意就会损伤线圈，所以线圈绕制好后线圈的检验是非常必要的；检验工具需要万用表、电感表、摇表等。
[0055] 检验工序：
[0056] 1)首先准备合适的盛水器具，并装好水，盛水器具能完全浸没整个电磁结晶搅拌器；
[0057] 2)把绕制好的电磁结晶搅拌器放入盛水器具，把每组线包2的线头置于水面外；
[0058] 3)用摇表分别测量每组线包2的绝缘性，对于绝缘性小于5兆欧的线圈需要重新绕制或者找到不良处进行修复；绝缘性检测完成后，用电感表检测每组线圈的电感量，电感量保持在30mh即合格；
[0059] 4)线包2绝缘性良好后，继续浸泡24小时后，重复上述步骤3)；
[0060] 5)检测结果达到要求后，取出电磁结晶搅拌器备用。
[0061] 依照上述工艺，加工得到的电磁结晶搅拌器，能够用于铝合金棒的铸锭6过程，并且具有下述优势：
[0062] 1)不需加任何晶粒细化剂即可获得细晶粒组织，消除了传统铸造中的柱状晶和粗大树枝晶；在一定工艺条件下，选择合理安装电磁结晶搅拌器的
位置，合适的搅拌强度和搅拌方式，控制熔液的流动形式和流动速度，对提高连铸坯质量具有明显作用；加工得到的铸件表面光滑，粗糙度Ra为0.8-1.6，没有模铸生产所固有的
缺陷，不需要进行去皮加工，金属收得率高，传统模铸表皮
切除量达15％-20％；
[0063] 2)成形温度低，如铝合金成型温度可降低至1200℃，可节省
能源；大幅度缩短温度和成分的均匀时间，利于提高整体均匀性；冷却过程的
冷却水利用率高，无须使用
润滑油冷却，改善工作条件；
[0064] 3)铸造成
型材料的寿命延长，具有较低温度的半固态浆料成形时的剪切
应力，比传统的枝晶浆料小三个数量级，故充型平稳、热负荷小，热疲劳强度下降；
[0065] 4)减少污染和不安全因素，因作业时摆脱了高温液态金属环境，减小了高温环境对环境和人员的损伤；电磁搅拌与熔融状态金属无物理直接接触，不污染铝液，这在熔炼合金与高纯
金属加工均有重要意义；
[0066] 5)
变形阻力小，采用较小的力就可实现均质加工，便于对难加工材料的成形；
[0067] 6)凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短，铸速可提高20％-30％，提高生产率；
[0068] 7)磁场利用率高，功率小，体积小，结构紧凑，不影响现有铸造盘尺寸结构等；通过改变磁场的方向及强度，便能有效调节溶液的搅拌方向及搅拌强度；
[0069] 8)适于采用
计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度；采用阻性加热效率高，PID自动温度调节，可有效节约输入功率减低成本；一次性投资，使用成本较低，节省能源，提高生产效率，操作及维护简单便捷，工人易掌握，操作简单方便。
[0070] 铸造产品具有的优势：
[0071] 1)产品质量提高，因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高；由于电磁场的作用具有非接触、分布均匀等特点，特别适用于高温等特殊场合；生产实践表明，电磁结晶搅拌器在改善柱状晶、搭桥、针孔，增加等轴晶区，减少成分偏析，减轻或消除中心疏松和中心缩孔等方面的效果非常明显；
[0072] 2)凝固收缩小，故成型尺寸精度高，加工余量小，
近净成形；
[0073] 3)应用范围广，非铁合金，如铝、镁、锌、
锡、
铜、镍基合金；铁基合金有
不锈钢、低
合金钢等；
[0074] 4)可用于制造金属基
复合材料，利用半固态金属的高
粘度，使
密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有效地使不同材料混合，制成新的复合材料。
[0075] 综上所述，电磁结晶搅拌器铸造能有效地改善铸坯的内部组织结构，提高表面质量，减少中心偏析和中心疏松，基本消除中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，由于电磁搅拌
加速热量的释放，改变熔体的流动方式，可有效的抑制柱状晶生长，使晶粒等轴化。改变析出相的形态的同时减少宏观偏析和显微偏析，增加晶核、晶粒、均匀温度，使凝固在较大的体积范围内同时进行细化晶粒效果增强，这在结晶过程中更有意义。通过电磁搅拌，整炉熔体的化学成分的相对偏差可控制在10％以内，提高了材料性能。
[0076] 以上所述的
实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明
权利要求书确定的保护范围内。
