一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法
阅读说明：本技术 一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法 (Novel intelligent electromagnetic pulse grain refining system and method ) 是由 卢冯恺 曾一达 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于金属材料加工技术领域,公开了一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法,所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统包括：材料熔炼模块、浇铸模块、温度控制模块、中央控制模块、角度调节模块、升降调节模块、电磁脉冲细化模块、细化评估模块、云存储模块、更新显示模块。本发明提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统使用范围广,在电场、热场、脉冲磁场和超导强磁场的多场耦合中共同作用于金属熔体,并进行实时调控,缩短处理时间,增强了过程可控性,简化浇铸和细化流程,优化处理工艺,成本较低。同时,本发明可将整个电磁脉冲细化晶粒装置浸入到熔渣靠近钢液处工作,磁场渗透深度更大,电磁能渗入对溶质元素分布均匀化作用影响更显著。(The invention belongs to the technical field of metal material processing, and discloses a novel intelligent electromagnetic pulse grain refining system and a method, wherein the novel intelligent electromagnetic pulse grain refining system comprises: the device comprises a material smelting module, a casting module, a temperature control module, a central control module, an angle adjusting module, a lifting adjusting module, an electromagnetic pulse refining module, a refining evaluation module, a cloud storage module and an updating display module. The novel intelligent electromagnetic pulse grain refining system provided by the invention has a wide application range, commonly acts on metal melt in multi-field coupling of an electric field, a thermal field, a pulse magnetic field and a superconducting strong magnetic field, and performs real-time regulation and control, so that the processing time is shortened, the process controllability is enhanced, the casting and refining processes are simplified, the processing process is optimized, and the cost is lower. Meanwhile, the whole electromagnetic pulse grain refining device can be immersed into the molten slag to work near the molten steel, the penetration depth of the magnetic field is larger, and the influence of electromagnetic energy penetration on the distribution homogenization of solute elements is more obvious.)
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法。
背景技术
目前，特种钢冶炼铸锭过程中，心部晶粒粗大成为铸造组织缺陷、成分偏析、性能不稳的主要因素。细化铸坯的凝固组织晶粒度是改善铸坯综合性能的重要途径之一，对铸坯组织细化的传统方法有孕育法、微合金化处理法、变质处理法、物理搅拌法等。但是传统电磁细化晶粒的方法大多适用于低熔点金属铸造使用，对于高温熔体，则存在磁场干扰问题且线圈寿命难以保证。同时，现有电磁细化晶粒装置要求锭模外壁必须是非导磁材料，没有铁芯且线圈与熔体距离较大，磁密度较小。因此，亟需一种新的电磁脉冲细化晶粒系统。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)传统电磁细化晶粒的方法大多适用于低熔点金属铸造使用，对于高温熔体，则存在磁场干扰问题且线圈寿命难以保证。
(2)现有电磁细化晶粒装置要求锭模外壁必须是非导磁材料，没有铁芯且线圈与熔体距离较大，磁密度较小。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法。
本发明是这样实现的，一种新型智能电磁脉冲细化晶粒方法，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒方法包括以下步骤：
步骤一，通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；
步骤二，通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；通过中央控制模块利用中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；
步骤三，通过角度调节模块利用角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；
步骤四，通过升降调节模块利用调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内，得到电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构；
所述电磁脉冲晶粒细化装置设置有脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置、温度传感器、电极显示屏以及电源；所述脉冲磁场线圈以及所述超导磁体侧壁的里层上分别设置有温度传感器；
所述电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构中，所述脉冲磁场线圈设置在锭模的外侧，所述脉冲磁场线圈的高度与锭模内金属熔体的高度相同；所述电极插入金属熔体内；
步骤五，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同；通过电磁脉冲细化模块利用电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；
所述超导强磁场由超导磁体产生；所述超导磁体采用螺管线圈的结构，通过螺管线圈套在脉冲磁场线圈的外部；接通电源后，所述超导磁体产生超导强磁场，对所述金属熔体施加超导强磁场；所述螺管线圈与脉冲磁场线圈之间设置水冷装置，所述水冷装置对螺管线圈与脉冲磁场线圈进行冷却；
步骤六，待金属锭凝固后，关闭脉冲磁场和超导强磁场，得到晶粒尺寸细小和晶体取向一致的金属材料；通过细化评估模块利用评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；
步骤七，通过云存储模块利用云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；
步骤八，通过更新显示模块利用更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。
进一步，步骤一中，所述通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理的方法，包括：
(I)将待细化金属材料切割成规定尺寸的棒状；将棒状金属锭放置于电弧炉体炉腔中，升温至熔点以上，随后保温至金属锭完全熔化；
(II)当温度达到800～1200℃时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中；
(III)浇铸结束后，通过温度控制模块控制加热炉体温度，使金属锭熔体开始降温，准备电磁脉冲处理。
进一步，所述通过温度控制模块控制加热炉体温度，包括：
1)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为600～700℃，停止降温，进行10～30min保温；
2)控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为300～600℃，停止降温，进行10～30min保温；
3)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为100～200℃，停止降温，进行10～30min保温；
4)控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降至室温。
进一步，所述电磁脉冲处理的工艺参数为：脉冲频率f1的范围为0.1～10Hz，磁感应强度为0.3～3.0T；所述超导强磁场脉冲频率f2的范围为5～20Hz，磁感应强度为7～10T。
进一步，步骤二中，所述通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度的方法，包括：
(1)通过温度控制模块判断温度控制器是高档位还是低档位；根据判断结果，当温度控制器为高档位时，对高档位的工作时间进行计时累加；
(2)判断高档位累计时间是否到达门限；根据判断结果，当高档位累计时间到达门限时，降低至低档位；
(3)对总工作时间进行计时累加；判断总工作时间是否到达预设值；根据判断结果，当总工作时间到达预设值时，温度控制器停止工作。
进一步，步骤四中，所述电极显示屏进行脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置的各项参数的显示。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述新型智能电磁脉冲细化晶粒方法的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统，所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统包括：
材料熔炼模块、浇铸模块、温度控制模块、中央控制模块、角度调节模块、升降调节模块、电磁脉冲细化模块、细化评估模块、云存储模块、更新显示模块；
材料熔炼模块，与中央控制模块连接，用于通过电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；
浇铸模块，与中央控制模块连接，用于熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度后，通过浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；
温度控制模块，与中央控制模块连接，用于通过温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；
中央控制模块，与材料熔炼模块、浇铸模块、温度控制模块、角度调节模块、升降调节模块、电磁脉冲细化模块、细化评估模块、云存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；
角度调节模块，与中央控制模块连接，用于通过角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；
升降调节模块，与中央控制模块连接，用于通过调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内；
电磁脉冲细化模块，与中央控制模块连接，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同，通过电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；
细化评估模块，与中央控制模块连接，用于通过评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；
云存储模块，与中央控制模块连接，用于通过云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；
更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。
进一步，所述升降装置为液压升降机构。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统，使用范围广，在电场、热场、脉冲磁场和超导强磁场的多场耦合中共同作用于金属熔体，并进行实时调控，缩短了处理时间，增强了过程可控性，简化了浇铸和细化流程，优化了处理工艺，成本较低。同时，本发明提供的电磁脉冲细化晶粒装置包括封闭壳体及设置于封闭壳体内腔的铁芯，铁芯上绕有铜线圈，封闭壳体的侧壁包括里、外两层，里、外两层之间形成冷却水腔，因此可将整个电磁脉冲细化晶粒装置浸入到熔渣靠近钢液处工作，磁场渗透深度更大，电磁能渗入对溶质元素分布均匀化作用影响更显著。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法流程图。
图2是本发明实施例提供的通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理的方法流程图。
图3是本发明实施例提供的通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统结构框图。
图中：1、材料熔炼模块；2、浇铸模块；3、温度控制模块；4、中央控制模块；5、角度调节模块；6、升降调节模块；7、电磁脉冲细化模块；8、细化评估模块；9、云存储模块；10、更新显示模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型智能电磁脉冲细化晶粒系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒方法包括以下步骤：
S101，通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；
S102，通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；通过中央控制模块利用中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；
S103，通过角度调节模块利用角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；
S104，通过升降调节模块利用调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内，得到电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构；
S105，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同；通过电磁脉冲细化模块利用电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；
S106，待金属锭凝固后，关闭脉冲磁场和超导强磁场，得到晶粒尺寸细小和晶体取向一致的金属材料；通过细化评估模块利用评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；
S107，通过云存储模块利用云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；
S108，通过更新显示模块利用更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。
如图2所示，步骤S101中，本发明实施例提供的通过材料熔炼模块利用电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理的方法，包括：
S201，将待细化金属材料切割成规定尺寸的棒状；将棒状金属锭放置于电弧炉体炉腔中，升温至熔点以上，随后保温至金属锭完全熔化；
S202，当温度达到800～1200℃时，通过浇铸模块利用浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中；
S203，浇铸结束后，通过温度控制模块控制加热炉体温度，使金属锭熔体开始降温，准备电磁脉冲处理。
本发明实施例提供的通过温度控制模块控制加热炉体温度，包括：
控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为600～700℃，停止降温，进行10～30min保温；
控制降温速率为5～15℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为300～600℃，停止降温，进行10～30min保温；
控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降温至加热炉体温度为100～200℃，停止降温，进行10～30min保温；
控制降温速率为5～10℃/min，对加热炉体进行降温，降至室温。
本发明实施例提供的电磁脉冲处理的工艺参数为：脉冲频率f1的范围为0.1～10Hz，磁感应强度为0.3～3.0T；所述超导强磁场脉冲频率f2的范围为5～20Hz，磁感应强度为7～10T。
如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的通过温度控制模块利用温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度的方法，包括：
S301，通过温度控制模块判断温度控制器是高档位还是低档位；根据判断结果，当温度控制器为高档位时，对高档位的工作时间进行计时累加；
S302，判断高档位累计时间是否到达门限；根据判断结果，当高档位累计时间到达门限时，降低至低档位；
S303，对总工作时间进行计时累加；判断总工作时间是否到达预设值；根据判断结果，当总工作时间到达预设值时，温度控制器停止工作。
本发明实施例提供的电磁脉冲晶粒细化装置设置有脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置、温度传感器、电极显示屏以及电源；脉冲磁场线圈以及超导磁体侧壁的里层上分别设置有温度传感器；
本发明实施例提供的电磁脉冲晶粒细化装置与锭模结合的组合结构中，脉冲磁场线圈设置在锭模的外侧，脉冲磁场线圈的高度与锭模内金属熔体的高度相同；电极插入金属熔体内。
步骤S104中，本发明实施例提供的电极显示屏进行脉冲磁场线圈、超导磁体、水冷装置的各项参数的显示。
本发明实施例提供的超导强磁场由超导磁体产生；超导磁体采用螺管线圈的结构，通过螺管线圈套在脉冲磁场线圈的外部；接通电源后，超导磁体产生超导强磁场，对金属熔体施加超导强磁场；螺管线圈与脉冲磁场线圈之间设置水冷装置，水冷装置对螺管线圈与脉冲磁场线圈进行冷却。
如图4所示，本发明实施例提供的新型智能电磁脉冲细化晶粒系统包括：
材料熔炼模块1、浇铸模块2、温度控制模块3、中央控制模块4、角度调节模块5、升降调节模块6、电磁脉冲细化模块7、细化评估模块8、云存储模块9、更新显示模块10；
材料熔炼模块1，与中央控制模块4连接，用于通过电弧炉对待细化金属材料进行熔炼处理；
浇铸模块2，与中央控制模块4连接，用于熔炼结束后，在待细化金属材料达到浇铸温度后，通过浇铸设备将熔炼好的待细化金属材料熔体浇注到锭模中，并在浇筑物的表面进行保护渣的覆盖；
温度控制模块3，与中央控制模块4连接，用于通过温度控制程序控制所述待细化金属材料的熔炼温度，在监测到的熔炼温度高于阈值时进行温度控制；
中央控制模块4，与材料熔炼模块1、浇铸模块2、温度控制模块3、角度调节模块5、升降调节模块6、电磁脉冲细化模块7、细化评估模块8、云存储模块9、更新显示模块10连接，用于通过中央处理器控制所述新型智能电磁脉冲细化晶粒系统各个模块的正常运行；
角度调节模块5，与中央控制模块4连接，用于通过角度调节装置对电磁脉冲晶粒细化装置的角度进行调节，使电磁脉冲晶粒细化装置置于锭模的正上方；
升降调节模块6，与中央控制模块4连接，用于通过调节升降装置控制所述电磁脉冲晶粒细化装置中设置的电极插入金属熔体的深度，并确保所述电磁脉冲晶粒细化装置本体在金属熔体上方20mm以内；
电磁脉冲细化模块7，与中央控制模块4连接，接通电源，同时通入脉冲磁场和脉冲电流，脉冲磁场的作用频率及脉冲宽度与脉冲电流相同，通过电磁脉冲细化晶粒装置在金属熔体凝固全过程中持续对所述金属熔体施加同轴同向的脉冲磁场和超导强磁场，控制晶粒尺寸和晶体取向；
细化评估模块8，与中央控制模块4连接，用于通过评估程序对经电磁脉冲细化处理得到的晶粒进行评估操作，并生成评估报告；
云存储模块9，与中央控制模块4连接，用于通过云数据库服务器存储待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告；
更新显示模块10，与中央控制模块4连接，用于通过更新程序对待细化金属材料的熔炼温度、晶粒尺寸和晶体取向以及评估报告的实时数据进行更新，并通过LED高清电极显示屏对数据进行实时显示。
本发明实施例提供的升降装置为液压升降机构。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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