使用以倾斜方式排列的感应元件的悬浮熔化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术是有关于一种悬浮熔融方法和用于生产铸件的装置，此装置使用以倾斜方式排列的感应元件。在此方法中，感应单元运用在具有感应线圈的相对的铁氧体磁极不是配置在一个平面内，而是与悬浮平面以预定角度倾斜。因此，可以使用感应单元达成用于熔融批料的感应磁场的效率的提高。通过倾斜配置，有效贡献于熔融金属悬浮场的固持力的感应磁场的部分增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用以倾斜方式排列的感应元件的悬浮熔化装置及方法本专利技术是有关于一种悬浮熔融方法和用于生产铸件的装置。此装置具有倾斜感应单元。在此方法中，感应单元运用在具有感应线圈的相对的铁氧体磁极不是配置在一个平面内，而是与悬浮平面以预定角度倾斜。以此方法，可以使用感应单元达成用于熔融批料的感应磁场的效率的提高。通过倾斜配置，有效贡献于熔融悬浮场的固持力的感应磁场的部分增加。先前技术悬浮熔融方法为现有已知技术。因此，专利案DE422004揭示了一种熔融方法，其中待熔融的传导材料以感应电流方式加热，同时通过电动力作用(electrodynamicaction)以维持自由地悬浮。其中还描述了一种浇铸方法，通过磁体将熔融材料压入铸模中，此为电动力压入浇铸(Electrodynamicpressedcasting)，此方法可以在真空下进行。专利案US2,686,864A也描述了一种方法，其中待熔融的传导材料处于悬浮状态(例如，在真空中在一个或多个线圈的影响下，且没有使用坩埚(crucible))。在一实施例中，两个同轴线圈(coaxialcoils)可用于保持材料的悬浮。在熔融后，将材料滴落或浇铸(casting)到铸模中。这里描述的方法可以保持60公克的铝部分处于悬浮。通过降低磁场强度，将熔融金属移出，使熔融金属向下离开圆锥状线圈。如果磁场强度快速降低，熔融金属以熔融状态从装置中掉落出去。已经认识到，此线圈配置的“弱点”在于线圈的中心，使得可通过这种方式所产生的熔融金属产量受限。专利案US4,578,552A也公开了一种悬浮熔融方法与装置。同样的线圈用于加热和固持熔融物、其改变所施加的控制加热功率的交流电的频率，同时维持电流恒定。悬浮熔融的特别优点在于其避免了在其他方法期间与熔融物接触的坩埚材料或其他材料的熔融物的污染。反应性熔融物(例如，钛合金)与坩埚材料反应也被避免了，否则其将迫使将陶瓷坩埚变更为在冷坩埚方法中操作的铜坩埚。悬浮熔融物仅与周围空气接触，例如，可以是真空或惰性气体。因为不需要害怕与坩埚材料发生化学反应，熔融物也可以加热到非常高的温度。与冷坩埚熔融相比，因为几乎所有引入熔融物的能量都被转移到冷坩埚壁中，毫无疑问地冷坩埚熔融的加温效能非常低，其导致高功率输入时，温度上升仍非常缓慢。在悬浮熔融中，唯一的损失是由于辐射和蒸发，其相较于在冷坩埚中的热传导是非常低的。因此，由于较低的功率输入，可在更短的时间内实现更高的熔融物过度加热(overheating)。另外，特别是与冷坩埚中的熔融物相比，在悬浮熔融期间受污染材料的废料(scrap)减少。然而，悬浮熔融尚未在实践中确立。其原因在于，在悬浮熔融方法中，仅相对少量的熔融材料可以维持于悬浮(参见专利案DE69617103T2，第2页，第1段)。此外，为了施行悬浮熔融方法，线圈场(coilfield)的劳仑兹力(Lorentzforce)须能补偿批料的重力，以维持其悬浮。劳仑兹力将批料向上推出线圈场。为提高磁场的产生效能，通常旨在减少相对铁氧体磁极(opposingferritepoles)之间的间距。此间距减少允许在较低电压下产生固持预定熔融物重量所需的磁场。通过这种方式，可以改善工厂的固持效能，以供悬浮更大的批料。当铁氧体磁极的间距越小，感应磁场越大。然而，因为用于浇铸的场强度必须降低，随着间距的减小，铁氧体磁极和感应线圈受到污染的风险随之提高。这不仅降低了垂直方向上的固持力，而且还降低了水平方向上的固持力。此导致略在线圈场上方的悬浮熔融物的水平膨胀，其使熔融物极度困难不接触铁氧体磁极而通过铁氧体磁极之间的狭窄间隙落入位于下方的铸模中。因此，通过减小铁氧体磁极的间距来提高线圈场的承载能力是通过接触可能性所决定的实际限制。现有技术中已知方法的缺点可归纳如下。全悬浮熔融方法仅能在小量材料产生施行，使得工业化应用尚未发生。此外，浇铸在铸模中是困难的。特别是通过减小铁氧体磁极之间的间距，而提高线圈场产生涡电流的效能的情况中。目的因此，本专利技术目的之一是提供一种能经济地使用的悬浮熔融的方法和装置。特别是，此方法应通过改善线圈场的效率，而允许使用更大的批料。此外，应通过缩短周期时间来实现高产量，同时进一步确保浇铸过程中，熔融物安全地不接触感应线圈或其磁极。
技术实现思路
此目的通过根据本专利技术的方法以及根据本专利技术的装置而解决。根据本专利技术，是一种通过悬浮熔融方法从导电材料产生铸件的方法，其中运用交变电磁场而造成批料的悬浮状态，通过具有铁磁材料的芯材的至少一配对的相对感应线圈(opposinginductioncoils)而产生交变电磁场，包括以下步骤：-将一起始材料的一批料引入至少一交变电磁场的影响范围(sphereofinfluence)，使批料维持在悬浮状态；-熔融此批料；-将一铸模定位于悬浮的批料下方的一充填区域；-将批料全部浇铸于铸模中；以及-从铸模中移出固化的铸件；其中，至少有一配对的感应线圈(3)的纵轴及其芯材(4)未配置在水平面内。熔融批料的体积较佳为将铸模充填到足以生产铸件(“充填体积”)的高度。在充填铸模后，允许冷却或使用冷却剂而冷却，使得材料固化于铸模中。然后可以从铸模中移出铸件。根据本专利技术的“导电材料”理解为具有合适导电性的材料，以便对材料感应地加热材料并使其维持悬浮。根据本专利技术的“悬浮状态”被理解为完全悬浮状态(stateofcompletelevitation)，使得被处理的批料无任何接触于坩埚、或平台等。用语“铁氧体磁极”(Ferritepole)与用语“铁磁材料芯材”为同义地使用的。同样地，用语“线圈”和“感应线圈”也为可互相运用的同义词。根据本专利技术，至少一配对的具有其芯材的感应线圈的纵轴不配置在水平面内。在此情况下，感应线圈配置成从悬浮平面向下倾斜。优选地，至少一配对的具有其芯材的感应线圈的纵轴与一水平面间的角度β为0°<β≤60°，特别地优选为10°≤β≤45°。通常将感应线圈的轴对齐一个共同的水平面中，在平面上方及下方的没有批料的磁通量是相同的。然而，平面下方的磁通量几乎无贡献于批料悬浮期间的磁场的固持力。由于根据本专利技术的线圈轴的Λ形配置，通过增加平面上方的磁通量，达到增加场固持力。在优选的设计变形中，感应线圈和/或其铁磁材料的芯材至少部分具有截头圆锥形状或圆锥形状。虽然其中材料仍未到达饱和，铁氧体芯材的特殊圆锥形状的设计使得磁场的密度在相对感应线圈配对之间的空间中最大化。铁磁元件(铁氧体环)配置围绕在铁磁材料的芯材的周围，分离磁通量，而减少空间中的磁场，其将于下面详细描述。感应线圈成配对配置，其以相同频率操作，并产生相同方向的磁场。与磁极类似，它们的锥形经过最佳化，以最大地减少焦耳热损失(Jouleheatlosses)，以提高效率。另一方面，它们被设计用于熔融体下方的磁场的最佳分布，其确保悬浮，以及熔融体上方和侧面的磁场，其抵销悬浮但确保熔融体的形状稳定性。此外，感应线圈也可以彼此更靠近地定位，使得相反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生铸件的方法，通过一悬浮熔融方法从一导电材料而生产铸件，其中运用多个交变电磁场以造成一批料(1)的一悬浮状态，具有铁磁材料(4)为芯材的至少一配对的相对感应线圈(3)产生该些交变电磁场，该方法包含：/n-将一起始材料的一批料(1)引入至少一该交变电磁场的作用范围，使得该批料(1)维持在一悬浮状态；/n-熔融该批料(1)；/n-将一铸模(2)设置于位于悬浮的该批料(1)的下方的一充填区域；/n-将该批料(1)全部浇铸于该铸模(2)中；/n-从该铸模中移出固化的该铸件；/n其中，至少一配对的该些感应线圈(3)及其芯材(4)的纵轴未配置在一水平面内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180717 DE 102018117304.01.一种产生铸件的方法，通过一悬浮熔融方法从一导电材料而生产铸件，其中运用多个交变电磁场以造成一批料(1)的一悬浮状态，具有铁磁材料(4)为芯材的至少一配对的相对感应线圈(3)产生该些交变电磁场，该方法包含：
-将一起始材料的一批料(1)引入至少一该交变电磁场的作用范围，使得该批料(1)维持在一悬浮状态；
-熔融该批料(1)；
-将一铸模(2)设置于位于悬浮的该批料(1)的下方的一充填区域；
-将该批料(1)全部浇铸于该铸模(2)中；
-从该铸模中移出固化的该铸件；
其中，至少一配对的该些感应线圈(3)及其芯材(4)的纵轴未配置在一水平面内。


2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一配对的该些感应线圈(3)及其芯材的该些纵轴与该水平面间具有一角度(β)，该角度(β)为0度<角度(β)≤60度，优选地为10度≤角度(β)≤45度。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该些感应线圈(3)和/或该铁磁材料(4)的芯材的至少一部分具有截头圆锥形状或圆锥形状。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该些感应线圈(3)及其芯材的每个配对相对于彼此可移动地配置，且在具有小间距的一熔融位置与大间距的一浇铸位置间移动，该方法包含一附加第一步骤，将该些配对的感应线圈移动到具有小间距的该熔融位置，并通过将至少一配对该些感应线圈(3)从小间距的该熔融位置移动到大间距的该浇铸位置，而发生将全部批料(1)浇铸到该铸模(2)。


5.根据权利要求4所述的方法，其中在该批料(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：索吉斯·斯比坦斯，亨利克·法兰兹，比约恩·谢林，马克斯·霍兹，安德里亚斯·克瑞格，
申请(专利权)人：ALD真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE