一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，包括承载机架、熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流管、注流调节机构、负压泵、增压泵及驱动电路，熔炼炉、结晶炉均为嵌于承载机架内，熔炼炉与结晶炉通过注流管连通，结晶冷凝机构与结晶炉下端面连接，注流调节机构下半部嵌于熔炼炉内，负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉连通，驱动电路嵌于承载机架外侧面。其铸锭方法包括设备装配，环境预制，转炉作业及结晶作业等四个步骤。本发明专利技术一方面降低了金属熔融及冷凝结晶作业时金属氧化物产含量；另一方面可实现对金属冷凝结晶时凝固速度、结晶方向进行精确调控，有效地改善金属铸锭的显微组织。锭的显微组织。锭的显微组织。

【技术实现步骤摘要】
一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法，属冶金


技术介绍

[0002]当前在金属材料熔炼及浇铸的过程中，总会偶有一些气体进入金属熔体中与金属发生反应，并严重影响浇铸所得工件或铸锭的性能。为避免空气中气体与金属熔体发生反应影响材料性能，通常采用两种方式保护金属熔体：1.真空熔炼法，2.气氛保护熔炼法。真空熔炼法是采用真空熔炼炉，开始熔炼前将炉腔抽真空，在真空环境下熔炼金属材料。真空熔炼所得的金属材料杂质含量少，材料的性能优异。然而，真空熔炼设备昂贵，生产成本高，适用于对纯度要求极高的金属材料的熔炼。气氛保护熔炼法是向炉腔中充入保护性气氛，在气氛保护下完成对金属材料的熔炼。与真空熔炼法相比，气氛保护熔炼法对设备的要求相对较低，工艺过程简单，生产成本低，但当前所使用的气氛保护熔炼法的系统结构复杂，惰性气体保护氛围控制及调节精度也相对较差，从而导致金属材料熔炼中金属材料中的氧化物等杂质含量控制稳定性差，从而导致金属熔炼及铸造成型加工时的产品品质稳定性也相对较差；与此同时，当前在金属熔炼铸造过程中，熔炼连铸设备结构相对复杂，且铸造作业与铸造作业的连续性差，同时对熔融态金属液在冷凝时，往往无法精确控制冷凝作业的速率，从而导致金属凝固后晶粒取向自由分布，导使铸造材料的力学性能和导电性能较差，尤其时在电流从金属材料内部通过时，极易因多晶界干扰而导致电子在晶界处的散射严重，从而导致金属材料的导电率、延伸率和屈服强度均相对较差，难以有效满足使用需要。
[0003]因此针对此问题，亟需研发一种金属熔炼铸造设备及相应的定向凝固铸造方法，以满足实际使用的需求。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术上的不足，本专利技术提供一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法。
[0005]一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，包括承载机架、熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流管、注流调节机构、负压泵、增压泵及驱动电路，其中熔炼炉、结晶炉均为嵌于承载机架内，并于承载机架内侧面连接，熔炼炉位于结晶炉上方，与结晶炉通过注流管连通，注流管与熔炼炉、结晶炉同轴分布，并分别与熔炼炉下端面及结晶炉上端面连通，结晶冷凝机构与结晶炉下端面连接并与结晶炉同轴分布，注流调节机构与熔炼炉同轴分布，其下半部嵌于熔炼炉内，上半部位于熔炼炉外并通过升降驱动机构与承载机架连接，且注流调节机构下端面与熔炼炉下端面相抵并嵌于注流管上端面内，负压泵、增压泵均至少一个，且负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉连通，其中负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉间通过控制阀连通，增压泵另与外部惰性气体气源连通，驱动电路嵌于承载机架外侧
面，并分别与熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流调节机构、负压泵、增压泵、升降驱动机构及控制阀电气连接。
[0006]进一步的，所述的熔炼炉包括保温承载腔体、密封盖、熔炼坩埚、压力传感器、温度传感器、气体成分传感器、感应加热线圈，其中所述保温承载腔体和熔炼坩埚均为轴向截面呈“凵”字形腔体结构，保温承载腔体上端面与密封盖连接并构成密闭腔体结构，所述熔炼坩埚嵌于保温承载腔体内，与保温承载腔体同轴分布，且熔炼坩埚下端面与温承载腔体底部接触面间设至少两个压力传感器，所述压力传感器环绕熔炼坩埚轴线均布，所述熔炼坩埚下端面及保温承载腔体下端面均设与保温承载腔体同轴分布的注流口，所述熔炼坩埚通过注流口与注流管上端面连通，且注流管嵌于保温承载腔体的注流口内，并与保温承载腔体的注流口侧壁连接，所述熔炼坩埚外径为保温承载腔体内径的50%—90%，高度为保温承载腔体高度的60%—95%，所述保温承载腔体侧壁设一个排气口和一个补气口，所述排气口和补气口轴线与保温承载腔体轴线垂直分布，所述排气口轴线位于熔炼坩埚上端面至少5毫米处，所述补气口轴线比保温承载腔体底部高至少5毫米，且排气口与负压泵连通，补气口与增压泵连通，所述温度传感器、气体成分传感器均至少一个，环绕保温承载腔体轴线与密封盖下端面连接，所述密封盖上设一个保温承载腔体同轴分布的调节口，和至少一个环绕保温承载腔体轴线均布的透明观察窗，其中所述注流调节机构嵌于调节口内，与调接口侧壁滑动连接并与调接口同轴分布，且所述注流调节机构下端面与熔炼坩埚底部间距为0时，注流调节机构下端面嵌于注流管上端面内并对注流管上端面密封，所述感应加热线圈至少一个，为与熔炼坩埚同轴分布的闭合环状结构并包覆在熔炼坩埚外，所述感应加热线圈高度不小于熔炼坩埚高度的50%，所述压力传感器、温度传感器、气体成分传感器、感应加热线圈均与驱动电路电气连接。
[0007]进一步的，所述的结晶炉包括承载腔、换热板、顶板、成型模、结晶调温机构、温度传感器、气体成分传感器，所述承载腔和成型模均为轴向截面呈“凵”字形腔体结构，所述承载腔上端面与顶板连接并构成密闭腔体结构，所述承载腔侧壁设至少一个排气口和至少一个补气口，所述排气口和补气口轴线与承载腔轴线垂直分布，所述排气口轴线位于成型模上端面至少5毫米处，所述补气口轴线比换热板上端面高至少5毫米，且排气口与负压泵连通，补气口与增压泵连通，所述顶板上设与顶板同轴分布的透孔，且注流管下端面通过透孔嵌于承载腔内，位于成型模正上方面并与成型模连通，所述成型模嵌于承载腔内，与承载腔同轴分布并与承载腔底部通过换热板连接，所述换热板与成型模同轴分布，其上端面面积为成型模下端面面积的0.5—1.5倍，所述成型模外径为承载腔内径的50%—90%，高度为承载腔高度的60%—95%，所述结晶调温机构包覆在成型模外并与成型模同轴分布，且结晶调温机构与成型模外表面间距为0—20毫米，且结晶调温机构高度为成型模的0.9—1.1倍，所述温度传感器、气体成分传感器均至少一个，嵌于顶板下端面并环绕顶板轴线均布，所述结晶调温机构、温度传感器、气体成分传感器均与驱动电路电气连接。
[0008]进一步的，所述的结晶调温机构包括中频感应线圈、高频感应线圈、硬质耐高温基座、硬质耐高温隔板、非接触式温度传感器、导向滑槽、导电线排、触点电极及升降驱动机构，其中所述导向滑槽至少两条，环绕成型模轴线均布并与承载腔底部垂直连接，所述硬质耐高温基座至少两个，各硬质耐高温基座沿成型模轴线方向从上向下分布，所述硬质耐高温基座和硬质耐高温隔板均为与成型模同轴分布的闭合环状结构，所述硬质耐高温基座外
表面通过滑块与导向滑槽滑动连接，所述滑块后半部分嵌于导向滑槽内，且滑块后端面通过升降驱动机构与导向滑槽底部滑动连接，所述硬质耐高温基座内表面与三个硬质耐高温隔板连接，且三个硬质耐高温隔板沿硬质耐高温基座轴线从上向下均布，所述硬质耐高温基座、硬质耐高温隔板间构成两条横断面呈“凵”字形的定位槽，所述定位槽中，其中一个定位槽内设一个中频感应线圈，另一个定位槽内设一个高频感应线圈，且各中频感应线圈、高频感应线圈相互并联，所述中频感应线圈、高频感应线圈另分别与一个触点电极电气连接，且所述触点电极与滑块后端面连接，与导电线排相抵，与导电线排滑动连接并通过导电线排与驱动电路电气连接，所述导电线排本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，其特征在于：所述的制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置包括承载机架、熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流管、注流调节机构、负压泵、增压泵及驱动电路，其中所述熔炼炉、结晶炉均为嵌于承载机架内，并于承载机架内侧面连接，所述熔炼炉位于结晶炉上方，与结晶炉通过注流管连通，所述注流管与熔炼炉、结晶炉同轴分布，并分别与熔炼炉下端面及结晶炉上端面连通，所述结晶冷凝机构与结晶炉下端面连接并与结晶炉同轴分布，所述注流调节机构与熔炼炉同轴分布，其下半部嵌于熔炼炉内，上半部位于熔炼炉外并通过升降驱动机构与承载机架连接，且所述注流调节机构下端面与熔炼炉下端面相抵并嵌于注流管上端面内，负压泵、增压泵均至少一个，且负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉连通，其中所述负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉间通过控制阀连通，增压泵另与外部惰性气体气源连通，所述驱动电路嵌于承载机架外侧面，并分别与熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流调节机构、负压泵、增压泵、升降驱动机构及控制阀电气连接。2.根据权利要求1所述的一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，其特征在于：所述的熔炼炉包括保温承载腔体、密封盖、熔炼坩埚、压力传感器、温度传感器、气体成分传感器、感应加热线圈，其中所述保温承载腔体和熔炼坩埚均为轴向截面呈“凵”字形腔体结构，保温承载腔体上端面与密封盖连接并构成密闭腔体结构，所述熔炼坩埚嵌于保温承载腔体内，与保温承载腔体同轴分布，且熔炼坩埚下端面与温承载腔体底部接触面间设至少两个压力传感器，所述压力传感器环绕熔炼坩埚轴线均布，所述熔炼坩埚下端面及保温承载腔体下端面均设与保温承载腔体同轴分布的注流口，所述熔炼坩埚通过注流口与注流管上端面连通，且注流管嵌于保温承载腔体的注流口内，并与保温承载腔体的注流口侧壁连接，所述熔炼坩埚外径为保温承载腔体内径的50%—90%，高度为保温承载腔体高度的60%—95%，所述保温承载腔体侧壁设一个排气口和一个补气口，所述排气口和补气口轴线与保温承载腔体轴线垂直分布，所述排气口轴线位于熔炼坩埚上端面至少5毫米处，所述补气口轴线比保温承载腔体底部高至少5毫米，且排气口与负压泵连通，补气口与增压泵连通，所述温度传感器、气体成分传感器均至少一个，环绕保温承载腔体轴线与密封盖下端面连接，所述密封盖上设一个保温承载腔体同轴分布的调节口，和至少一个环绕保温承载腔体轴线均布的透明观察窗，其中所述注流调节机构嵌于调节口内，与调接口侧壁滑动连接并与调接口同轴分布，且所述注流调节机构下端面与熔炼坩埚底部间距为0时，注流调节机构下端面嵌于注流管上端面内并对注流管上端面密封，所述感应加热线圈至少一个，为与熔炼坩埚同轴分布的闭合环状结构并包覆在熔炼坩埚外，所述感应加热线圈高度不小于熔炼坩埚高度的50%，所述压力传感器、温度传感器、气体成分传感器、感应加热线圈均与驱动电路电气连接。3.根据权利要求1所述的一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，其特征在于：所述的结晶炉包括承载腔、换热板、顶板、成型模、结晶调温机构、温度传感器、气体成分传感器，所述承载腔和成型模均为轴向截面呈“凵”字形腔体结构，所述承载腔上端面与顶板连接并构成密闭腔体结构，所述承载腔侧壁设至少一个排气口和至少一个补气口，所述排气口和补气口轴线与承载腔轴线垂直分布，所述排气口轴线位于成型模上端面至少5毫米处，所述补气口轴线比换热板上端面高至少5毫米，且排气口与负压泵连通，补气口与增压泵连通，所述顶板上设与顶板同轴分布的透孔，且注流管下端面通过透孔嵌于承载腔内，位
于成型模正上方面并与成型模连通，所述成型模嵌于承载腔内，与承载腔同轴分布并与承载腔底部通过换热板连接，所述换热板与成型模同轴分布，其上端面面积为成型模下端面面积的0.5—1.5倍，所述成型模外径为承载腔内径的50%—90%，高度为承载腔高度的60%—95%，所述结晶调温机构包覆在成型模外并与成型模同轴分布，且结晶调温机构与成型模外表面间距为0—20毫米，且结晶调温机构高度为成型模的0.9—1.1倍，所述温度传感器、气体成分传感器均至少一个，嵌于顶板下端面并环绕顶板轴线均布，所述结晶调温机构、温度传感器、气体成分传感器均与驱动电路电气连接。4.根据权利要求3所述的一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，其特征在于：所述的结晶调温机构包括中频感应线圈、高频感应线圈、硬质耐高温基座、硬质耐高温隔板、非接触式温度传感器、导向滑槽、导电线排、触点电极及升降驱动机构，其中所述导向滑槽至少两条，环绕成型模轴线均布并与承载腔底部垂直连接，所述硬质耐高温基座至少两个，各硬质耐高温基座沿成型模轴线方向从上向下分布，所述硬质耐高温基座和硬质耐高温隔板均为与成型模同轴分布的闭合环状结构，所述硬质耐高温基座外表面通过滑块与导向滑槽滑动连接，所述滑块后半部分嵌于导向滑槽内，且滑块后端面通过升降驱动机构与导向滑槽底部滑动连接，所述硬质耐高温基座内表面与三个硬质耐高温隔板连接，且三个硬质耐高温隔板沿硬质耐高温基座轴线从上向下均布，所述硬质耐高温基座、硬质耐高温隔板间构成两条横断面呈“凵”字形的定位槽，所述定位槽中，其中一个定位槽内设一个中频感应线圈，另一个定位槽内设一个高频感应线圈，且各中频感应线圈、高频感应线圈相互并联，所述中频感应线圈、高频感应线圈另分别与一个触点电极电气连接，且所述触点电极与滑块后端面连接，与导电线排相抵，与导电线排滑动连接并通过导电线排与驱动电路电气连接，所述导电线排共两条，嵌于导向滑槽侧壁内表面，且其中一条导电线排与中频感应线圈电气连接，另一条导电线排与高频感应线圈电气连接，且与中频感应线圈、高频感应线圈电气连接的两条导电线排间相互并联，所述非接触式温度传感器数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：封存利，介明山，位高锋，杨文朋，
申请(专利权)人：河南森格材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：