本发明属于金属材料热加工技术领域，具体涉及一种高效无污染的铸造熔体均细处理装置及方法。
背景技术：
在冶金、铸造等工业领域的某些场合下，需要对铸造的金属熔体添加一些“添加剂”(如合金元素、细化剂、复合材料等)，或对铸造的金属熔体施加各种“搅拌”(目的是获得“均质熔体”或“半固态浆料”用于流变铸造)。
一般，铸造熔体中添加剂的加入是预先在熔炼保温炉内一次完成的。由于合金熔液量大且等候铸造时间长，极易出现成分偏析、添加物效果衰退等问题。而作为“实时”添加方法典型代表的“喂丝”技术，也一直延用几乎是“静态”的喂给，存在着熔解慢、熔解不均匀等问题。如果对即将铸造的金属熔体“实时”加入添加剂，并且“实时”进行搅动，就能解决以上难题。
近年来，为了制造出细晶、致密的高品质铸件，对铸造熔体施加各种外场搅拌的研究与应用日益增多。其中，作为技术核心的搅拌器构件，也出现了使用寿命低、污染金属、难清理等诸多问题。
以自熔解、零污染、无需清理的添加剂丝材充当熔体搅拌器，将实时加入添加剂和搅拌两个熔体处理过程巧妙合二为一，一并解决了两个过程中目前存在的普遍问题，是本发明的主要创新。
技术实现要素：
本发明针对现有熔体搅拌器寿命短、污染金属的不足，提供了一种高效无污染的铸造熔体均细处理装置及方法，其特征在于，该装置由送丝/退丝机构1、添加剂丝材或棒材2、扰动驱动机构3、加热器4、丝材或棒材端头5、熔体容腔6组成，其中，所述添加剂丝材或棒材2位于熔体容腔6的中线8上；所述扰动驱动机构3位于送丝/退丝机构1与丝材或棒材端头5之间；加热器4位于扰动驱动机构3与熔体液面7之间；所述丝材或棒材端头5定量浸入铸造熔体液面7以下。
所述添加剂丝材或棒材2为1根或多根，由添加剂或其中间合金制成，其中，添加剂为熔体所需的同类合金、合金元素、细化剂、变质剂、精炼剂、复合材料中的一种或多种。
所述添加剂丝材或棒材2的横截面形状为圆形、椭圆形、矩形、菱形、三角形中的一种。
所述扰动驱动机构3能控制丝材或棒材端头5在铸造熔体中进行旋转、圆周搅动、线性摇动、振动动作中的一种或多种。
所述加热器4的加热方式为电阻加热、感应加热、火焰加热中的一种；加热器将液面上方的丝材或棒材预热到低于丝材固相线的温度。
所述丝材或棒材端头5为直的|形、弯曲的L形、倒T形、C形、S形、O形中的一种。
所述熔体容腔6配置有液面扰动隔离装置。
一种高效无污染的铸造熔体均细处理的方法，包括如下步骤：
(1)将添加剂或其中间合金材料预制成丝材或棒材；
(2)根据丝材或棒材端头在熔体中的动作，对丝材或棒材进行二次加工；
(3)预热丝材或棒材到设定温度，将丝材或棒材端头定量地侵入铸造熔体中，在扰动驱动机构的控制下，丝材或棒材端头在熔体中进行定时或连续的旋转、圆周搅动、线性摇动、振动的扰动动作，使添加剂丝材或棒材均匀溶解，同时丝材或棒材端头还兼当搅拌器对金属熔体进行了温度、成份的均匀化处理，使熔体内所有溶质弥散均匀化；
(4)熔体进行间歇式或连续式流变铸造，获得均匀细小、优良致密的铸件凝固组织。
步骤(2)中，当驱动机构带动丝材或棒材端头在熔体中进行旋转动作时，将丝材切取成定量的小段，并将小段的一端弯曲成L形、倒T形、C形、S形、O形中的一种，另一端与驱动机构连接，随着丝材或棒材端头搅动时的熔解消耗，需适时更换另一段丝材或棒材；当驱动机构带动丝材端头在熔体中进行如搅动、摇动、振动的简单动作时，无需剪切或对丝材或棒材端头进行弯曲，整卷丝材或棒材可在送丝/退丝机构牵引下，依次穿过扰动驱动机构和加热器，定量、连续地送入熔体中，使丝材或棒材端头在熔体中保持定量长度。
本发明的优点是：以同类合金或是熔体所需的添加剂元素制成丝材作为搅拌器，完全解决了搅拌器与熔体的交互污染问题；本发明将加入添加物和搅动均匀化处理的工艺过程有机结合起来，还极大增加了添加剂的添加速度。
附图说明
图1为一种高效无污染的铸造熔体均细处理装置示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种高效无污染的铸造熔体均细处理装置及方法，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1为一种高效无污染的铸造熔体均细处理装置示意图，该装置由由送丝/退丝机构1、添加剂丝材或棒材2、扰动驱动机构3、加热器4、丝材或棒材端头5、熔体容腔6组成，其中，所述添加剂丝材或棒材2为1根或多根，位于熔体容腔6的中线8上；所述扰动驱动机构3位于送丝/退丝机构1与丝材或棒材端头5之间；加热器4位于扰动驱动机构3与熔体液面7之间；所述丝材或棒材端头5定量浸入铸造熔体液面7以下。
添加剂丝材或棒材2是由添加剂或其中间合金通过铸造、包覆、粘结、充填、压实等方式经挤压、拉拔制成，可具有特殊的横截面，不同横截面的丝材或棒材具有不同的搅动效果，菱形或三角形横截面的丝材对熔体搅动的“剪切”作用较强；矩形横截面则是“击打”作用较强；圆滑横截面的击打作用相对缓和、阻力较小。
送丝/退丝机构1是将添加剂丝材或棒材2侵入或抽出熔体液面7，在连续铸造的情况下，随着丝材或棒材端头5在熔体中持续扰动的熔解消耗，它能将整卷丝材源源不断地连续送入熔体中。
扰动驱动机构3位于送丝/退丝机构1与丝材或棒材端头5之间，夹持着添加剂丝材或棒材2，提供动力并控制丝材或棒材端头5对熔体搅动的动作方式与运动轨迹，丝材或棒材端头5的动作方式为以中线8为轴的旋转、围绕中线8的圆周搅动、偏离中线8的线性摇动、在中线8附近的振动。
加热器4位于驱动机构3与熔体液面7之间，它将液面7上方的丝材或棒材预热到未熔化的温度，避免供丝时熔体局部降温，也促进了丝材或棒材熔解效率，加热器4对丝材或棒材2的加热方式可以是电阻加热、感应加热、火焰加热。
丝材或棒材端头5一般是直的|形(如图1)、定量地浸入到铸造熔体中，在间歇式铸造场合，丝材或棒材端头弯曲成L形、倒T形、C形、S形、O形状，以增加搅动效果。
熔体容腔6配合液面扰动隔离装置可有效防止液面的氧化和卷气。
实施例1
采用本方法进行铝合金均质细晶连续铸造：首先将含有铝合金晶粒细化剂或合金元素的铸造中间合金制成圆形截面丝棒材；采用两卷丝材2，分别在独立的送丝/退丝机构1牵引下，穿过如图装置的扰动驱动机构3和加热器4；当流槽内的铸造熔体温度和丝材预热温度达到设定温度时，将丝材端头5定量连续地地侵入流槽或导流管处的铸造熔体中，同时，在扰动驱动机构3的控制下，使丝材端头5在熔体中进行连续的扰动动作，造成丝材的均匀溶解。特别是，丝材端头还能兼当搅拌器对金属熔体进行温度(熔体液相线温度±50℃)、成份(Al-Ti-B:0.2wt％-2wt％；稀土元素：0.2wt％-10wt％)的均匀化处理，使熔体内的合金元素、细化剂等所有溶质弥散均匀化，最终获得均匀细小、优良致密的铸件凝固组织。连续铸造过程中，随着丝材端头5的持续熔解消耗，送丝/退丝机构连续供丝进行补充，使浸没在熔体中的丝材端头5始终保持定量长度；同时，扰动驱动机构3带动丝材端头5持续搅动，加热器4也持续工作以预热正在浸入液面的丝材，直至连铸结束时，停止搅动并退出丝材。
实施例2
采用本方法进行铝基复合材料连续制备：首先将含有复合材料颗粒(SiC:1wt％-20wt％；Al2O3：1wt％-20wt％)或合金元素(稀土元素：0.2wt％-10wt％)的铸造铝基中间合金(或将复合材料颗粒用铝箔包覆、在铝管内进行充填压实等方式制成的预复合材料)制成圆形截面的丝棒材；采用四卷丝材2，分别在独立的送丝/退丝机构1牵引下，穿过如图装置的扰动驱动机构3和加热器4；当流槽内的铸造熔体温度和丝材预热温度达到设定温度时，将丝材端头5定量连续地地侵入流槽或导流管处的铸造熔体中，同时，在扰动驱动机构3的控制下，使丝材端头5在熔体中进行连续的扰动动作，造成复合材料丝材在熔体中均匀释放。特别是，丝材端头5还能兼当搅拌器对金属熔体进行温度(熔体液相线温度±50℃)、成份(SiC:1wt％-20wt％；Al2O3：1wt％-20wt％；稀土元素：0.2wt％-10wt％)的均匀化处理，使熔体内的复合材料(SiC、Al2O3、稀土元素)弥散均匀化，连铸获得均匀致密的复合材料组织；连续铸造过程中，随着丝材端头5的持续释放消耗，送丝/退丝机构1连续供丝进行补充，使浸没在熔体中的丝材端头5始终保持定量长度；同时，扰动驱动机构3带动丝材端头5持续搅动，加热器也持续工作以预热正在浸入液面的复合材料丝材，直至连铸结束时，停止搅动并退出丝材。
实施例3
采用本方法进行铝合金均质细晶流变压铸：首先将含有细化剂、合金元素、复合材料添加物的材料预制成圆形截面的丝棒材；采用一卷丝材2，在送丝/退丝机构1牵引下，穿过如图装置的扰动驱动机构3和加热器4；当取汤勺内的熔体温度和丝材预热温度达到设定温度时，将丝材端头5定量地侵入熔体中，同时，在扰动驱动机构3的控制下，使丝材端头5在熔体中进行连续的扰动动作，造成添加物丝材的均匀溶解。特别是，丝材端头还能兼当搅拌器对汤勺内的铸造熔体进行温度、成份的均匀化处理，使熔体内的合金元素、细化剂、复合材料所有溶质弥散均匀化；搅动一定的时间或到达熔体设定温度后，通过送丝/退丝机构1抽出丝材，迅速浇注汤勺中的熔体进行流变压铸，最终获得均匀细小、优良致密的铸件凝固组织，实施过程中，虽然每次铸造后丝材端头5都有熔解消耗，但下一次都是定量地浸入铸造熔体中。