本发明专利技术公开了一种可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，在锭模的底部和外侧面安装底部冷却模块和多组外侧冷却模块，锭模通过多组热电偶与流量控制系统连接，底部冷却模块和多组外侧冷却模块分别与循环冷却系统连接。本发明专利技术的顺序凝固方法包括：将底部冷却模块和外侧冷却模块安装到锭模的不同部位，在锭模的不同部位设置多组热电偶；根据不同部位热电偶反馈的温度数据，赋予锭模一定的初始温度；随着锭模内部高温合金液的液面不断升高，不同部位热电偶测量的温度发生变化，流量控制系统实时动态调节冷却参数，形成自上而下的正温度梯度。本发明专利技术以一种更智能、更精确的方式实现了高温合金铸锭的顺序凝固，避免轴心处出现缩孔、缩松情况。缩松情况。缩松情况。
【技术实现步骤摘要】
可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置及其方法
[0001]本专利技术属于铸造设备与铸造工艺
，具体涉及一种可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置及其方法。
技术介绍
[0002]在高温合金铸锭的生产过程中，高温合金液由接触模具的表面向中心进行顺序凝固，因此棒型铸锭的轴心处为最后冷却凝固的部位，该部位称为热节。高温合金液由于冷却而收缩，因此热节处的高温合金液无法进行补缩，从而导致此处出现孔洞，其中大而集中的孔洞为缩孔，容积小而分散的孔洞为缩松，缩孔附近常常分布着缩松。随着军用和民用高温合金产品性能的不断优化，对高温合金铸锭的质量要求也不断提高，采用目前的浇铸设备和浇铸工艺生产高温合金铸锭，在铸锭轴心处极易产生缩孔和缩松等缺陷，而这些缺陷直接影响到高温合金铸锭的质量和生产效率，进而影响工业生产成本。
[0003]改善高温合金铸锭的缩孔和缩松，提升高温合金铸锭的质量，一直是国内外科研工作者探究的热点技术。在真空高温冶金中，热辐射是高温合金铸锭向外界传热的主要方式，而且高温合金铸锭为圆柱形，所以很难形成温度梯度使其顺序凝固，从而产生缩孔和缩松。目前有诸多科研工作者从高温合金凝固的机理出发，提出多种改善二次缩孔和缩松的措施，比如使用耐火材料对模具的不同部位进行包裹以及设置冒口、冷铁等方法，使其产生一个顺序初始温度梯度，进而使高温合金液达到顺序凝固的目的。
[0004]但是在高温合金铸锭的实际生产过程中，由于高温合金的牌号不同，其凝固收缩率就不同，再加上不同市场需求对铸件尺寸的要求不同，所以即便赋予模具初始温度梯度也不能很好的改善高温合金铸锭的缩孔和缩松，生产效率仍较低，原料浪费仍较大。高温合金浇铸和凝固是一个不同参数持续变化的动态过程，对于防止缩孔和缩松的产生，仅仅依靠相对固定的参数设置是不够的，需要对整个动态过程进行实时监控，通过实际参数的反馈，动态调整凝固过程的参数，才能从本质上解决高温合金铸锭存在缩孔和缩松的问题。
[0005]在传统工程中，也有通过在铸锭底部和外侧部设置电磁感应线圈、电阻加热等方法来赋予金属液一定温度梯度，但是此类方法相当于对金属液进行二次加热，所以增加了金属凝固时间，降低了生产效率；若模组为金属材料，则无法使用此类方法。同时采用此类方法，会对高温合金的纯净度产生负面效果，二次加热容易使高温合金液与氧发生反应，形成氧化物夹杂，提高了能耗成本。
[0006]申请公布号为CN102773424A的专利技术专利公开了一种实现钢锭顺序凝固的水、风冷钢锭模及其应用，钢锭模的断面呈矩形或圆形或多边形，从下至上设有独立的通水和通风的冷却槽，每层冷却槽在钢锭模背部设置隔板，隔板两侧分别固定外套管，连接各自的水、风管路换向阀；钢锭模的应用方法：控制水速6
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30m/s，水温1
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80℃，通水时间0.1
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20h；控制风速2
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50m/s，风温10
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1000℃，通风时间0.1
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20h。该技术方案通过强制冷却工艺减轻钢锭疏松状况，但是在凝固过程中，只设置了固定的工艺参数，无法实现实时动态调控工艺参数，所以钢锭中的缩孔、缩松等缺陷仍有待进一步改善。
[0007]申请公布号为CN101797638A的专利技术专利公开了一种实现钢锭顺序凝固的风冷装置，该装置是由平行放置的多组环形风管组成的冷却系统，环绕于钢锭模外侧中下部，风管内侧均匀设有多个喷风孔或喷嘴，每个风管各自单独设有压缩空气进气管和用于调节空气量的阀门，当浇铸完成后，各风管随钢锭凝固进程自下而上对钢锭模表面进行通风冷却。该技术方案没有考虑合金液边浇铸边凝固的动态过程，在合金液浇铸过程中已经产生了缩孔和缩松，再进行外部冷却并不能改善缩孔和缩松状况。
技术实现思路
[0008]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，包括底部冷却模块和至少一组外侧冷却模块，所述底部冷却模块安装在锭模的底部，所述外侧冷却模块安装在锭模的外侧面上，所述锭模通过热电偶与流量控制系统连接，所述底部冷却模块和所述外侧冷却模块分别与循环冷却系统连接。
[0009]优选的是，所述外侧冷却模块为三组；所述锭模自下而上依次安装底部冷却模块、第一组外侧冷却模块、第二组外侧冷却模块和第三组外侧冷却模块。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述底部冷却模块与所述第一组外侧冷却模块之间的距离为3
‑
5cm；相邻两组外侧冷却模块之间的距离均为3
‑
5cm。
[0011]在上述任一方案中优选的是，所述底部冷却模块和所述外侧冷却模块的下部分别设置冷却介质流入管、上部分别设置冷却介质流出管。
[0012]在上述任一方案中优选的是，所述冷却介质流入管和所述冷却介质流出管均通过机械泵与所述循环冷却系统连接。
[0013]在上述任一方案中优选的是，所述底部冷却模块、第一组外侧冷却模块、第二组外侧冷却模块和第三组外侧冷却模块的冷却介质流入管上分别设置第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀。
[0014]在上述任一方案中优选的是，所述底部冷却模块与所述第一组外侧冷却模块之间的锭模上设置第一热电偶，所述第一热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第一流量控制阀；所述第一组外侧冷却模块与所述第二组外侧冷却模块之间的锭模上设置第二热电偶，所述第二热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第二流量控制阀；所述第二组外侧冷却模块与所述第三组外侧冷却模块之间的锭模上设置第三热电偶，所述第三热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第三流量控制阀；所述第三组外侧冷却模块上方的锭模上设置第四热电偶，所述第四热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第四流量控制阀。
[0015]在上述任一方案中优选的是，所述底部冷却模块和所述外侧冷却模块的内部均设有螺旋状冷却介质流动通道。
[0016]本专利技术中，机械泵和循环冷却系统可保证冷却介质在循环过程中的温度可控，机械泵通过冷却铜管与底部冷却模块和多组外侧冷却模块连接，使冷却介质在底部冷却模块和外侧冷却模块内部正常流通。根据冷却合金种类的不同，可选择水、空气以及其它冷却介质。多组热电偶与流量控制系统相连，流量控制系统通过热电偶反馈的温度数据，对浇铸工况进行实时动态监控，并对凝固设备的相关参数(比如冷却介质的流量、冷却时间等)进行调整。底部冷却模块和外侧冷却模块均采用可拆卸式零部件组成，以方便不同尺寸锭模的
安装需求。
[0017]由于高温合金浇铸过程在真空环境中进行，铸锭的散热方式主要为热辐射，所以可通过外部冷却装置对高温合金铸锭的不同部位进行冷却，冷却装置内部的冷却介质温度越低、流速越快，可以加快散热速度。本专利技术通过改变底部、外部冷却装置的相关参数，调节高温合金铸锭不同部位的散热速度，最终使高温合金铸锭完成由下至上的顺序凝固，从而提高合金铸锭的质量。
[0018]在高温合金冷却过程中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，包括底部冷却模块和至少一组外侧冷却模块，所述底部冷却模块安装在锭模的底部，所述外侧冷却模块安装在锭模的外侧面上，其特征在于：所述锭模通过热电偶与流量控制系统连接，所述底部冷却模块和所述外侧冷却模块分别与循环冷却系统连接。2.如权利要求1所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述外侧冷却模块为三组；所述锭模自下而上依次安装底部冷却模块、第一组外侧冷却模块、第二组外侧冷却模块和第三组外侧冷却模块。3.如权利要求2所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述底部冷却模块与所述第一组外侧冷却模块之间的距离为3
‑
5cm；相邻两组外侧冷却模块之间的距离均为3
‑
5cm。4.如权利要求3所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述底部冷却模块和所述外侧冷却模块的下部分别设置冷却介质流入管、上部分别设置冷却介质流出管。5.如权利要求4所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述冷却介质流入管和所述冷却介质流出管均通过机械泵与所述循环冷却系统连接。6.如权利要求5所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述底部冷却模块、第一组外侧冷却模块、第二组外侧冷却模块和第三组外侧冷却模块的冷却介质流入管上分别设置第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀。7.如权利要求6所述的可实时动态调控的高温合金铸锭顺序凝固装置，其特征在于：所述底部冷却模块与所述第一组外侧冷却模块之间的锭模上设置第一热电偶，所述第一热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第一流量控制阀；所述第一组外侧冷却模块与所述第二组外侧冷却模块之间的锭模上设置第二热电偶，所述第二热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第二流量控制阀；所述第二组外侧冷却模块与所述第三组外侧冷却模块之间的锭模上设置第三热电偶，所述第三热电偶与所述流量控制系统连接，进而控制所述第三流量控制阀；所述第三组外侧冷却模块上方的锭模上设置第四热电偶，所述第四热电偶与所述流量控制系统连接，进...
【专利技术属性】
技术研发人员：万旭杰，孟宇，张华霞，姜华，刘茜珂，张凤祥，
申请(专利权)人：北京航空材料研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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