權(quán)利要求

1.利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，包括石墨鍋、電磁線圈和外金屬殼，所述電磁線圈設(shè)置于所述石墨鍋外側(cè)，外金屬殼套設(shè)于所述電磁線圈外側(cè)，所述外金屬殼和所述電磁線圈之間設(shè)有保溫層。2.如權(quán)利要求1所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，所述電磁線圈為銅線或銅管繞制成螺旋形的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)。 3.如權(quán)利要求2所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，所述電磁線圈纏繞于所述石墨鍋外壁，通過耐高溫絕緣膠粘接。 4.如權(quán)利要求1所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，所述保溫層包括由外至內(nèi)依次設(shè)置的第一保溫層、第二保溫層和第三保溫層。 5.如權(quán)利要求4所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，所述保溫層材料為納米保溫材料、耐火磚或石棉。 6.如權(quán)利要求1所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，所述外金屬殼材質(zhì)為鑄鐵或鋼。 7.如權(quán)利要求1所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，還包括外置電源柜，所述外置電源柜設(shè)置于所述外金屬殼外部，所述外置電源柜與所述電磁線圈電連接，所述外置電源柜對(duì)所述電磁線圈通電，產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)或中頻交變磁場(chǎng)。 8.如權(quán)利要求7所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，脈沖磁場(chǎng)的頻率范圍為5-80Hz，電流范圍為20-100A，熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到200Gs。 9.如權(quán)利要求7所述的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，其特征在于，中頻交變磁場(chǎng)頻率范圍100-800Hz，功率范圍5-30KW，感應(yīng)加熱的熱量Q＝I 2Rt，Q為5-30KW。

說明書

利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金與金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐。

背景技術(shù)

A356鋁合金是一種典型的Al-Si-Mg系鑄造合金，它不僅具有良好的鑄造性，同時(shí)比重小、耐腐蝕性良好，通過熱處理可以得到很好的強(qiáng)度、良好的塑形和高沖擊韌性，因此廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中A356鋁合金差壓鑄造設(shè)備保溫罐中只有保溫和加熱功能，不能很好的提高鋁液的形核率，不利于提高鋁合金鑄件的質(zhì)量。其次，大部分保溫罐的加熱方式主要采用電阻絲加熱方式，熱能利用率低、熱能浪費(fèi)、電量消耗大等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要目的在提供利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

一種利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，包括石墨鍋、電磁線圈和外金屬殼，所述電磁線圈設(shè)置于所述石墨鍋外側(cè)，外金屬殼套設(shè)于所述電磁線圈外側(cè)，所述外金屬殼和所述電磁線圈之間設(shè)有保溫層。

進(jìn)一步的，所述電磁線圈為銅線或銅管繞制成螺旋形的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述電磁線圈纏繞于所述石墨鍋外壁，通過耐高溫絕緣膠粘接。

進(jìn)一步的，所述保溫層包括由外至內(nèi)依次設(shè)置的第一保溫層、第二保溫層和第三保溫層。

進(jìn)一步的，所述保溫層材料為納米保溫材料、耐火磚或石棉。

進(jìn)一步的，所述外金屬殼材質(zhì)為鑄鐵或鋼。

進(jìn)一步的，還包括外置電源柜，所述外置電源柜設(shè)置于所述外金屬殼外部，所述外置電源柜與所述電磁線圈電連接，所述外置電源柜對(duì)所述電磁線圈通電，產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)或中頻交變磁場(chǎng)。

進(jìn)一步的，脈沖磁場(chǎng)的頻率范圍為5-80Hz，電流范圍為20-100A，熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到200Gs。

進(jìn)一步的，中頻交變磁場(chǎng)頻率范圍100-800Hz，功率范圍5-30KW，感應(yīng)加熱的熱量Q＝I 2Rt，Q為5-30KW。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐具有以下有益效果：

本發(fā)明采用電磁線圈細(xì)化晶粒和感應(yīng)加熱相結(jié)合的技術(shù)，既達(dá)到晶粒細(xì)化，也減少熱和電能損耗、提高熱效率利用率的目的，有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

(1)電感線圈設(shè)置于石墨鍋外壁，電感線圈產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)直接作用在鋁液中，使凝固組織結(jié)晶所需的形核功降低，使得石墨鍋中的鋁液提高形核率，對(duì)整個(gè)鋁合金鑄件組織起到晶粒細(xì)化作用，使鋁合金鑄件組織能晶粒細(xì)化，降低鑄造缺陷。

(2)電磁線圈產(chǎn)生中頻交變磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中的渦流加熱石墨鍋，達(dá)到保溫鋁液的目的，感應(yīng)加熱熱效率高、節(jié)電效果好、熱損失小、加熱更加均勻、充分，電磁線圈作為差壓鑄造的加熱源，是一種直接加熱方式，加熱功率減少20％以上、節(jié)電效果可達(dá)到30％、熱利用率高達(dá)95％、運(yùn)行可靠，能起到節(jié)約資源、降低生產(chǎn)成本等作用。

(3)對(duì)企業(yè)通用差壓鍋傳統(tǒng)加熱方式改造，只需在將傳統(tǒng)加熱方式換成一套電磁線圈而對(duì)差壓鑄造其他裝置無需改動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)電磁能晶粒細(xì)化和感應(yīng)加熱功能。

附圖說明

圖1本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明電磁感應(yīng)線圈俯視圖。

圖3是本發(fā)明電磁線圈部件產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)分布圖(單位：T)。

圖4是本發(fā)明電磁線圈部件產(chǎn)生的溫度云圖(單位：℃)。

其中，1-外金屬殼，2-第一保溫層，3-第二保溫層，4-第三保溫層，5電磁線圈，6-石墨鍋。

具體實(shí)施方式

以下通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖1至圖4，本發(fā)明提供一種利用感應(yīng)加熱和電磁能晶粒細(xì)化的差壓鑄造設(shè)備保溫罐，包括石墨鍋6、電磁線圈5和外金屬殼1，所述電磁線圈5設(shè)置于所述石墨鍋6外側(cè)，外金屬殼1套設(shè)于所述電磁線圈5外側(cè)，所述外金屬殼1和所述電磁線圈5之間設(shè)有保溫層。

電磁線圈5既產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，也產(chǎn)生中頻交變磁場(chǎng)，脈沖磁場(chǎng)可以提高鋁合金熔體形核率，使鋁合金鑄件組織起到晶粒細(xì)化的作用，中頻交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流加熱，可以對(duì)石墨鍋6內(nèi)鋁液保溫，兩種磁場(chǎng)在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)不停的在保溫罐中循環(huán)更替，對(duì)鋁液保溫的同時(shí)改善鑄造組織質(zhì)量。

優(yōu)選的，所述電磁線圈5為銅線或銅管繞制成螺旋形的中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)。所述電磁線圈5纏繞于所述石墨鍋6外壁，通過耐高溫絕緣膠粘接。

優(yōu)選的，所述保溫層包括由外至內(nèi)依次設(shè)置的第一保溫層2、第二保溫層3和第三保溫層4。所述保溫層材料為納米保溫材料、耐火磚或石棉。保溫層的最終目的是防止保溫罐內(nèi)部散熱快，采用耐火磚時(shí)價(jià)格便宜，但保溫罐整體尺寸增加，占用空間大，納米保溫材料價(jià)格貴，但保溫性能比耐火磚好，保溫罐整體尺寸小，占用空間小。納米保溫材料和耐火磚可以結(jié)合使用，也可以選用石棉或者其他保溫材料。為了達(dá)到良好的磁滲透及鋁液加熱和保溫效果，本發(fā)明將電磁線圈5置于石墨鍋6與保溫層之間，保證鋁液受熱均勻，同時(shí)保溫和加熱過程減少熱量的損耗。

優(yōu)選的，所述外金屬殼1材質(zhì)為鑄鐵或鋼。外金屬殼1硬度高、抗外界變形大可以很好保護(hù)內(nèi)部材料的各個(gè)部件的完整度，密封性好，可以保護(hù)石墨鍋6的溫度，同時(shí)承受差壓鑄造內(nèi)部的壓力。

優(yōu)選的，還包括外置電源柜，所述外置電源柜設(shè)置于所述外金屬殼1外部，所述外置電源柜與所述電磁線圈5電連接，所述外置電源柜對(duì)所述電磁線圈5通電，產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)或中頻交變磁場(chǎng)。脈沖磁場(chǎng)的頻率范圍為5-80Hz，電流范圍為20-100A，熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到200Gs，主要作用是提高鋁合金熔體的形核率，對(duì)鋁合金鑄件起到晶粒細(xì)化作用。本實(shí)施例中，電磁線圈5線圈匝數(shù)(N)與加載電流(I)設(shè)定時(shí)，保持磁動(dòng)勢(shì)Fm＝NI，加載脈沖電流，最終目標(biāo)使熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到200Gs。

中頻交變磁場(chǎng)頻率范圍100-800Hz，功率范圍5-30KW，電磁能線圈在加熱時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值為E＝BLv(B磁感應(yīng)強(qiáng)度、L導(dǎo)體長(zhǎng)度、v切割磁感應(yīng)線的速度)。渦流電流強(qiáng)度I＝E/Z(Z為感抗)，因?yàn)閆值很小，所以I很大。加熱的熱量Q＝I 2 Rt，電磁感應(yīng)加熱熱量Q為5-30KW，可滿足裝置的加熱、保溫需求。中頻交變磁場(chǎng)主要作用是加熱石墨鍋6，保持保溫罐內(nèi)部的溫度。

圖3、圖4為其內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度與內(nèi)部溫度云圖，熔體心部的感應(yīng)磁場(chǎng)達(dá)到200Gs，達(dá)到理想的晶粒細(xì)化所需的設(shè)計(jì)要求。

工作原理：本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的差壓鑄造設(shè)備保溫罐行改進(jìn)，采用電磁能晶粒細(xì)化和感應(yīng)加熱相結(jié)合的技術(shù)。采用一套置于石墨鍋6外壁的電磁線圈5完成兩種功能，對(duì)A356鋁合金凝固組織進(jìn)行晶粒細(xì)化，提高鋁合金的強(qiáng)度同時(shí)還可以改善塑性和韌性。通過改變頻率，實(shí)現(xiàn)保溫罐中脈沖磁場(chǎng)和中頻交變磁場(chǎng)的循環(huán)更替，達(dá)到電磁能晶粒細(xì)化和感應(yīng)加熱兩種功能的交替工作。

電磁線圈5作為差壓鑄造裝置保溫罐的核心部件，它既產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)，也產(chǎn)生中頻交變磁場(chǎng)。電磁線圈5通過配套的外置電源柜來調(diào)整頻率，以實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化和感應(yīng)加熱的兩種功能交替工作。

脈沖磁場(chǎng)提高鋁合金熔體的形核率，改善凝固組織細(xì)密度、提高表面品質(zhì)；脈沖磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁能直接作用在鋁液中，使凝固組織結(jié)晶的所需的形核功降低，使整個(gè)鋁合金凝固組織起到晶粒細(xì)化作用；電磁能不斷給A356鋁液提供能源，使晶核易于形成，提高形核率，使鋁液中晶核的數(shù)目不斷增加。中頻交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流會(huì)加熱石墨鍋6，用來保持內(nèi)部鋁液的溫度。感應(yīng)加熱與傳統(tǒng)加熱方式比較，其熱效率高、熱量利用率高、節(jié)電效果好，具有安全可靠、高效節(jié)能、準(zhǔn)確控溫等優(yōu)點(diǎn)，使鋁液內(nèi)外受熱均勻的同時(shí)減少熱量的散失和電能損耗。

以上所述，僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。

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