非接触式熔融金属流动控制制造技术

技术编号:24696259 阅读:34 留言:0更新日期:2020-06-30 22:03
本发明专利技术公开用于在铸造(例如,铸锭、钢坯或片坯的铸造)期间使用磁场(例如,变化的磁场)来控制金属流动状态的系统和方法。所述磁场可使用旋转的永磁体或电磁体来引入。所述磁场可用于在所述熔融池的表面周围诱导所述熔融金属在期望的方向上、诸如以旋转模式移动。所述磁场可用于在所述熔融池中诱导出金属流动状态以提高所述熔融池和所产生铸锭中的均一性。

【技术实现步骤摘要】
非接触式熔融金属流动控制相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月21号提交的、标题为“MAGNETICBASEDSTIRRINGOFMOLTENALUMINUM”的美国临时申请号62/001,124以及于2014年10月7号提交的、标题为“MAGNET-BASEDOXIDECONTROL”的美国临时申请好62/060,672的权益,两者均以引用的方式整体并入本文。
本公开大体涉及金属铸造,并且更具体地说涉及改进铝铸造期间的晶粒形成。背景在金属铸造过程中,熔融金属进入到模具腔体中。对于一些类型的铸造,使用具有假底或活底的模具腔体。当熔融金属大体从顶部进入模具腔体时,假底以与熔融金属的流动速率相关的速率降低。侧面附近已经凝固的熔融金属可用于保持熔融池中的液态或部分液态金属。金属可以是99.9%固态的(例如,完全固态的)、100%液态的以及其间的任何状态。由于固态区的厚度随着熔融金属的冷却而增加,熔融池可呈现V形、U形或W形。固态与液态金属之间的界面有时称为凝固界面。当熔融池中的熔融金属变成处于近似0%固态至近似5%固态之间时,可发生成核现象并且可形成小金属晶体。这些小(例如,纳米尺寸)晶体开始形成为晶核,随着熔融金属的冷却,所述晶体继续在优选方向上增长以形成枝晶。当熔融金属冷却到枝晶搭接点(例如,对于用于饮料罐端部的5182铝,为632℃)时,枝晶开始粘在一起。根据熔融金属的温度和固态百分比,晶体可包括或捕集不同的颗粒(例如,金属间化合物或氢气泡),诸如铝的某些合金中的FeAl6、Mg2Si、FeAl3、Al8Mg5以及总H2(grossH2)的颗粒。此外,当熔融池边缘附近的晶体在冷却期间收缩时,尚未凝固的液态成分或颗粒可从晶体(例如,从晶体的枝晶之间)被排斥出来或挤出并且可在熔融池中累积,从而导致颗粒的不均匀平衡或铸锭内可溶合金元素较少。这些颗粒可独立于凝固界面移动并且具有多种密度和活跃的反应,从而导致在正在凝固铸锭内优先沉淀。此外,池内可具有停滞区。合金元素在晶粒的长度尺度上的不均一分布称为微观偏析。相反,宏观偏析是在大于一个晶粒(或数个晶粒)的长度尺度(诸如高达数米的长度尺度)内的化学不均一性。宏观偏析可导致不良的材料特性,它们可能是某些用途(诸如航空航天框架)所特别不期望的。不同于微观偏析,宏观偏析无法通过典型的均化实践(例如,在热轧之前)来解决。虽然一些宏观偏析金属间化合物(例如,FeAl6、FeAlSi)可在轧制期间分解,但是一些金属间化合物(例如,FeAl3)呈现抵抗在轧制期间分解的形状。虽然将新的热的液态添加到金属池中形成一些混合,但可能期望进行另外的混合。公有领域中的一些当前的混合方法不能很好地发挥作用,因为它们增加了氧化物生成。此外,铝的成功混合包括其他金属中不存在的挑战。铝的接触式混合可导致使结构弱化的氧化物和夹杂物的形成,这些氧化物和夹杂物产生所不期望的铸造制品。由于铝的导热性、导磁性和导电性特性,铝的非接触式混合可能是困难的。除了通过一些混合方法形成了氧化物之外,当熔融金属倾泻到模具腔体中时,金属氧化物也可形成并聚集。金属氧化物、氢和/或其他夹杂物可在模具腔体内的熔融金属的顶部上聚集成泡沫或氧化渣。例如,在铝铸造期间,金属氧化物的一些实例包括氧化铝、氧化铝锰以及氧化铝镁。在半连续铸造中,当熔融金属随着模具腔体的假底的降低而凝固成铸锭时,使用水或其他冷却剂来冷却熔融金属。金属氧化物对热量的扩散没有纯金属那么好。到达正在形成的铸锭的侧表面的金属氧化物(例如,通过“翻过(rollover)”,其中来自熔融金属的上表面的金属氧化物迁移越过位于上表面与侧表面之间的弯月面)可接触冷却剂并在所述表面处形成热传递障碍。然后,具有金属氧化物的区域以与金属的剩余部分不同的速率收缩,这可造成应力点并且因此在所产生铸锭或其他铸造金属中造成断裂或故障。如果未充分地筛选以移除具有早期氧化斑点的任何制造品,那么一块铸造金属中即使很小的缺陷也可能在轧制铸造金属时产生大得多的缺陷。对金属氧化物翻过的控制可部分地通过使用撇渣器来实现。然而,撇渣器并不完全控制金属氧化物翻过并且可将水分添加到铸造过程。此外,当铸造某些合金(诸如铝镁合金)时,通常不使用撇渣器。撇渣器可在金属熔化物中形成所不想要的夹杂物。由操作员手动移除氧化物是极其危险且耗时的,并且具有将其他氧化物引入到金属中的风险。因此,可能期望在铸造过程期间控制金属氧化物迁移。附图简述本说明书参考以下附图,其中不同附图中类似参考数字的使用旨在示出类似或相似的部件。图1是根据本公开的某些方面的不具有流动诱导器的金属铸造系统的局部剖视图。图2是根据本公开的某些方面的在侧向取向上使用流动诱导器的金属铸造系统的顶视图。图3是根据本公开的某些方面的跨线A-A截取的图2的金属铸造系统的截面图。图4是根据本公开的某些方面的在径向取向上使用流动诱导器的金属铸造系统的顶视图。图5是根据本公开的某些方面的在纵向取向上使用流动诱导器的金属铸造系统的顶视图。图6是根据本公开的某些方面的图2和图3的流动诱导器的特写正视图。图7是根据本公开的某些方面的在环形模具腔体内在径向方向上使用流动诱导器的金属铸造系统的顶视图。图8是根据本公开的某些方面的含有永磁体的流动诱导器的示意图。图9是根据本公开的某些方面的在模具腔体的拐角处使用拐角流动诱导器的金属铸造系统的顶视图。图10是描绘根据本公开的某些方面的图9的拐角流动诱导器的轴测视图。图11是根据本公开的某些方面的与流动引导器一起使用的流动诱导器的特写截面正视图。图12是根据本公开的某些方面的使用采用熔融金属流动弗莱明定律的多部分流动诱导器的金属铸造系统的截面图。图13是根据本公开的某些方面的模具在铸造的稳态阶段期间的顶视图。图14是根据本公开的某些方面的沿线B-B截取的图13的模具在稳态阶段期间的剖视图。图15是根据本公开的某些方面的沿线C-C截取的图13的模具在铸造的最终阶段期间的剖视图。图16是根据本公开的某些方面的位于熔融金属上方的磁源的特写正视图。图17是根据本公开的某些方面的图13的模具在铸造的初始阶段期间的顶视图。图18是根据本公开的某些方面的替代模具的顶视图。图19是根据本公开的某些方面的邻近熔融金属的弯月面的磁源的示意图。图20是根据本公开的某些方面的用于传送熔融金属的槽的顶视图。图21是描绘根据本公开的某些方面的铸造过程的流程图。详细描述本公开的某些方面和特征涉及在铝铸造(例如,铸锭、钢坯或片坯的铸造)期间使用磁场(例如,变化的磁场)来控制金属流动状态。所述磁场可使用旋转的永磁体或电磁体来引入。所述磁场可用于在所述熔融池的表面周围诱导所述熔融金属在期望的方向上、诸如以旋转模式移动。所述磁场可用于在所述熔融池中诱导出金属流动状态以提高所述熔融池和所产生铸锭中的均一性。增强的流动可增进熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种设备,其包括:/n模具,其用于接收熔融金属;以及/n至少一个非接触式流动诱导器,其定位在所述熔融金属的表面上方以用于贴近所述熔融金属的所述表面产生变化的磁场,所述磁场足以在所述熔融金属中诱导出熔液流动。/n

【技术特征摘要】
20140521 US 62/001124;20141007 US 62/0606721.一种设备,其包括:
模具,其用于接收熔融金属;以及
至少一个非接触式流动诱导器,其定位在所述熔融金属的表面上方以用于贴近所述熔融金属的所述表面产生变化的磁场,所述磁场足以在所述熔融金属中诱导出熔液流动。


2.如权利要求1所述的设备,其中所述至少一个非接触式流动诱导器包括第一非接触式流动诱导器,其定位在模具中心线的与第二非接触式流动诱导器相反的一侧并且与所述第二非接触式流动诱导器平行。


3.如权利要求1所述的设备,其中所述至少一个非接触式流动诱导器贴近所述模具的拐角定位以用于诱导出通过所述模具的所述拐角的所述熔液流动。


4.如权利要求3所述的设备,其中所述至少一个非接触式流动诱导器包括多个永磁体,所述多个永磁体定位在围绕旋转轴线旋转的旋转片上。


5.如权利要求1所述的设备,其中所述至少一个非接触式流动诱导器包括围绕轴线旋转的至少一个永磁体。


6.如权利要求5所述的设备,其中所述轴线平行于模具中心线定位。


7.如权利要求5所述的设备,其中所述轴线沿着从所述模具的中心延伸的半径定位。


8.一种使用权利要求1所述的设备铸造的金属制品。


9.一种方法,其包括:
将熔融金属引入到模具腔体中;
贴近所述熔融金属的上表面产生变化的磁场;以及
通过产生所述变化的磁场在所述熔融金属中诱导出熔液流动。


10.如权利要求9所述的方法,其还包括:
通过诱导出所述熔液流动在所述熔融金属中诱导出和应流动。


11.如权利要求10所述的方法,其中诱导出所述和应流动包括诱导出足以混合所述熔融金属并且将过渡金属区的厚度减小到近似小于3毫米的和应流动。


12.如权利要求10所述的方法,其中诱导出所述和应流动包括诱导出足以混合所述熔融金属并且将过渡金属区的厚度减小到近似小于1毫米的和应流动。


13.如权利要求9所述的方法,其中诱导出所述熔液流动包括:
诱导出朝向所述模具腔体的模具中心线的第一熔液流动;以及
诱导出朝向所述模具中心线并且在与所述第一熔液流动相反的方向上的第二熔液流动。


14.如权利要求9所述的方法,其中诱导出所述熔液流动包括诱导出大体环形方向上的所述熔液流动。


15.如权利要求9所述的方法,其中诱导出所述熔液流动包括诱导出通过所述模具腔体的拐角的所述熔液流动。


16.一种使用权利要求9所述的方法铸造的金属制品。


17.一种系统,其包括:
模具,其用于接收熔融金属;
非接触式流动诱导器,其定位在所述熔融金属的表面的正上方;以及
磁源,其包括在所述非接触式流动诱导器中,用于产生足以在所述熔融金属的所述表面之下诱导出熔液流动的变化的磁场。


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【专利技术属性】
技术研发人员:SR沃斯塔夫WJ芬顿RB沃斯塔夫M费尔伯鲍姆TF比肖夫TJ科斯米基
申请(专利权)人:诺维尔里斯公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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