，可以將外場導(dǎo)入裝置9置于金屬熔體的上方，對金屬熔體凝固過程進行外場處理。
[0028]本實施例實現(xiàn)了有溫度梯度條件下的凝固組織熱模擬，根據(jù)大鑄錠凝固過程溫度場的數(shù)值計算結(jié)果，通過調(diào)整石墨發(fā)熱體2的輸出功率，控制坩禍7各表面的降溫速率，在坩禍7內(nèi)的金屬熔體中形成溫度梯度，便于研宄溫度梯度對凝固組織生長的影響；本實施例針對大型鑄錠凝固過程中鑄錠各個區(qū)域之間冷卻速率差異大的特點，控制石墨加熱體2以不同速率降溫，實現(xiàn)不同冷卻速率下的凝固組織熱模擬；本實施例利用爐體的整體水平旋轉(zhuǎn)研宄強制對流對凝固組織的影響，通過爐體整體水平旋轉(zhuǎn)在鋼液內(nèi)產(chǎn)生強制對流，模擬鋼液對流對凝固組織的影響；本實施例利用外場導(dǎo)入裝置9在金屬熔體凝固過程導(dǎo)入外場，研宄外場對大鑄錠凝固過程生長的影響。
[0029]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法和熔鑄實驗裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法，其特征在于，在爐體內(nèi)的坩禍中放置金屬原料，并將坩禍置于溫度可控的爐體極限真空度1Pa的爐體真空環(huán)境中，在坩禍的外圍設(shè)置4個可分別控制輸出功率的加熱體，來分別對坩禍的4個側(cè)面進行加熱和溫度控制，具體熔鑄過程如下: a.在金屬熔煉階段，首先將金屬原料放置在坩禍中，然后通過控制各加熱體同時對坩禍進行加熱，使金屬原料被加熱后形成金屬熔體； b.在金屬凝固階段，為金屬凝固組織生長過程提供溫度梯度狀態(tài)、冷卻速率、強制流場狀態(tài)和施加外場狀態(tài)中的任意一種輔助干預(yù)機制或任意幾種輔助干預(yù)組合機制，具體為: ①分別控制各加熱體對坩禍的不同側(cè)面進行保溫，在坩禍內(nèi)部形成設(shè)定的所需溫度梯度，實現(xiàn)定制溫度梯度條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗； ②在金屬凝固階段，控制坩禍各表面的降溫速率，使坩禍的4個側(cè)面溫度根據(jù)大鑄錠內(nèi)部凝固過程中不同位置的冷卻曲線的溫度狀態(tài)進行維持，對坩禍內(nèi)不同位置的金屬熔體的冷卻速率分別進行控制，實現(xiàn)可控冷卻速率下的金屬凝固組織熱模擬實驗； ③在金屬凝固階段，還利用爐體的整體水平旋轉(zhuǎn)往復(fù)運動，使金屬熔體內(nèi)部產(chǎn)生強制對流，實現(xiàn)設(shè)定流場條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗； ④在金屬熔體凝固過程中，還對金屬熔體施加外場進行處理，使金屬熔體內(nèi)部產(chǎn)生震蕩作用，實現(xiàn)設(shè)定外場條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法，其特征在于:在金屬熔煉階段和在金屬凝固階段中，使金屬原料和金屬熔體均處于爐體極限真空度IPa的保溫環(huán)境中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法，其特征在于:加熱極限溫度1800°C ;坩禍內(nèi)的溫度梯度在0~10°C /cm范圍內(nèi)可調(diào)；加熱體控溫精度保持在±0.5°C以內(nèi)；在1600~1200°C之間，坩禍表面的冷卻速率在0~10°C /min范圍內(nèi)可控；爐體旋轉(zhuǎn)速率為0~30轉(zhuǎn)/分鐘可調(diào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法，其特征在于:按照不低于1Hz頻率對坩禍的4個側(cè)面的溫度數(shù)據(jù)進行采集。5.一種實施權(quán)利要求1所述模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法的熔鑄實驗裝置，主要由加熱及氣氛保護系統(tǒng)、控溫及溫度采集系統(tǒng)和中央控制器組成，所述加熱及氣氛保護系統(tǒng)主要包括設(shè)置于密封的真空爐殼(I)內(nèi)的坩禍(7)和石墨保護套(3)，所述石墨保護套(3)套在所述坩禍(7)的外部，在所述石墨保護套(3)和所述坩禍(7)之間填實剛玉細砂(8)，金屬原料放置在所述坩禍(7)里，所述控溫及溫度采集系統(tǒng)由一系列測溫熱電偶(6)和溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)和溫控器組成，所述溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4)和所述溫控器皆與所述中央控制器信號連接，其特征在于:在所述真空爐殼(I)內(nèi)，所述石墨保護套(3)的4個側(cè)面分別面對一組石墨加熱體(2 )，各所述石墨加熱體(2 )的工作電流均由所述溫控器進行獨立控制，各所述測溫熱電偶(6 )分別布置在各所述石墨加熱體(2 )與所述坩禍(7 )之間，在所述真空爐殼(I)和所述石墨保護套(3)之間的間隙空間中，相鄰的每組所述石墨加熱體(2)之間均用隔熱板(12)隔開，分別形成一系列獨立的加熱室(11)，每個所述加熱室(11)內(nèi)的溫度分別由對應(yīng)的獨立的一組所述石墨加熱體(2 )控制，各所述加熱室(11)之間的底面和頂面均由隔熱氈(5)封閉，通過所述中央控制器根據(jù)大鑄錠凝固過程中不同位置的冷卻曲線來控溫，在不同方向上設(shè)置所述坩禍(7)內(nèi)對應(yīng)溫度梯度，實現(xiàn)定制溫度梯度條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗，所述中央控制器通過溫控器分別調(diào)整各所述石墨發(fā)熱體(2)的輸出功率，控制所述坩禍(7)各表面的降溫速率，實現(xiàn)設(shè)定外場條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗，金屬原料與所述坩禍(7)均處于真空度1Pa的保溫環(huán)境中，設(shè)有爐體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述爐體旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由設(shè)置于真空爐殼(I)外部爐體下方的旋轉(zhuǎn)底盤(10)和動力裝置組成，通過所述中央控制器控制所述動力裝置來驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)底盤(10)帶動整個爐體往復(fù)旋轉(zhuǎn)運動，使所述坩禍(7)內(nèi)的金屬熔體內(nèi)部形成強制對流，實現(xiàn)設(shè)定流場條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗，設(shè)有外場導(dǎo)入裝置(9)，利用所述外場導(dǎo)入裝置(9)向所述坩禍(7)內(nèi)的金屬熔體導(dǎo)入外場，通過所述中央控制器控制所述外場導(dǎo)入裝置(9)，使金屬熔體凝固過程處于定制的外場作用下進行，實現(xiàn)設(shè)定外場條件下的金屬凝固組織熱模擬實驗。6.一種實施權(quán)利要求5所述熔鑄實驗裝置，其特征在于:所述外場導(dǎo)入裝置(9)的導(dǎo)入線圈設(shè)置于所述真空爐殼(I)內(nèi)部，所述導(dǎo)入線圈在爐體內(nèi)部可控升降，為所述導(dǎo)入線圈配置冷卻系統(tǒng)。7.—種實施權(quán)利要求6所述熔鑄實驗裝置，其特征在于:所述導(dǎo)入線圈的冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，使所述導(dǎo)入線圈內(nèi)通水冷卻，冷卻水流量根據(jù)水管外壁溫度的高低加以調(diào)節(jié)。8.一種實施權(quán)利要求5~7中任意一項所述熔鑄實驗裝置，其特征在于:所述隔熱氈(5)為碳氈。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的方法和熔鑄實驗裝置，針對大鑄錠的凝固過程，模擬研究了不同溫度梯度、不同冷卻速度和不同鋼液流速等條件對凝固組織生長的影響，同時在金屬熔體凝固過程中導(dǎo)入外場，研究外場對凝固組織生長的影響。本發(fā)明模擬大鑄錠緩冷條件下凝固組織生長的過程，模擬的結(jié)果與大鑄錠凝固過程直接關(guān)聯(lián)，對確定大鑄錠的鑄造工藝、調(diào)整相關(guān)設(shè)備參數(shù)和改善凝固組織缺陷具有重要意義。
【IPC分類】B22D27/04
【公開號】CN104959577
【申請?zhí)枴緾N201510164008
【發(fā)明人】仲紅剛, 陳崢, 趙靜, 俞基浩, 李仁興, 翟啟杰
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年4月9日