【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁冶金装置领域，特别涉及一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置及应用。
技术介绍
1、钛铝合金高温下质量轻、机械性能高，密度低、高温抗蠕变，抗氧化性良好，因此用途广泛，在真空镀膜行业可作为磁控溅射镀膜的原材料，在航空航天领域可用于制作高速低压涡轮等组件，在汽车制造领域可制作汽车发动机零部件。钛铝合金的高韧性、高耐热性使其具有广阔的发展前景。
2、现有钛铝合金熔炼主要采用真空及水冷铜坩埚技术。传统接触式水冷铜坩埚熔炼过程中，一方面坩埚与合金元素易产生化学反应，使合金受到污染；另一方面在高温条件下坩埚本身可能会被熔化。随着科学的发展以及生产的需要，非接触式水冷铜坩埚磁悬浮熔炼技术成为合金冶炼的重要技术，其主要原理是采用感应电流使合金熔化，且利用感应技术使熔化后的金属熔体悬浮，减少与坩埚壁接触。
3、目前磁悬浮熔炼的分瓣式水冷铜坩埚主要原材料为紫铜，主要特点是对坩埚壁进行分瓣处理，坩埚壁上有若干狭缝，每个坩埚瓣内部均设有孔道，进行通水冷却。主要原理是熔炼金属时，采用高频感应加热，坩埚中的金属块料以及坩埚瓣在高频磁场的作用下表面产生涡流，从而发热熔化。
4、现有的磁悬浮熔炼装置通过分瓣处理能够一定程度上提高磁场透过率，减少坩埚污染，但仍有诸多方面可以进行改进。一是磁场利用率低，一方面在进行悬浮熔炼时集肤效应的存在会对透磁效果产生负面影响，另一方面可利用磁场只能通过侧面切缝透入，大部分磁场都被屏蔽；二是由于切缝的存在，导致整体磁场力不均，熔炼效果差；三是水冷系统设置不合理，底部水冷
5、为改善tial合金熔炼效果，降低熔炼成本，本专利技术创造性的提出了一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置及应用，无缝高透磁冷坩埚为一体无缝式且采用一种新型高透磁铜合金作为原料。
6、本专利技术所提出的装置与中国专利cn109207792a中提出的一种高透磁性软接触两段式铜合金结晶器的主要区别在于：1、在应用领域方面本装置主要针对熔炼tial轻合金，该中国专利主要应用于钢液电磁连铸；2、在材料方面，该专利中高透磁结晶器的合金成分锰含量低，本装置中坩埚的合金成分锰含量高，透磁性更强；在结构方面，该专利采用的高透磁结晶器为两段式，上部采用高透磁铜合金，下部分采用铜，而本装置采用的坩埚为一体式，只采用高透磁铜合金；3、该专利在进行电磁连铸时提供的电磁力主要为从结晶器壁面指向内部的推力，钢液与结晶器软接触，本专利技术装置在进行电磁熔炼时提供的电磁力为从坩埚侧壁指向内部的搅拌力与斜向上的推举力，合金熔液为悬浮状态，且本装置可提供的电磁力更强，满足tial轻合金熔炼要求。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术提供了无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置及应用，此装置主要应用于含铝量40％以上的tial合金熔炼，合金装置中的无缝高透磁冷坩埚成分根据合金的相图主要元素在铜中的固溶度以及各元素对无缝式铜坩埚磁导率的影响，改变合金中添加的元素，根据“多量少元”的原则进行确定。为了提高合金磁悬浮熔炼的效率，减少能量损耗，开发出了具有更高透磁性的铜合金，新型高透磁性铜合金的透磁性约为传统纯铜材料的六倍；设计并给出该新型无缝高透磁冷坩埚相配套的磁感应线圈装置以及水冷系统；在开发出无缝高透磁冷坩埚的基础上还给出了该无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置的电源工作参数；在原有设备基础上增加了二次加料分瓣仓装置、可加热石墨铸模装置以及可视化远程控制系统和红外测温装置。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种无缝高透磁冷坩埚的悬浮熔炼tial合金装置，包括电源装置及可视化控制系统，真空机组及氩气保护装置，红外线测温装置，二次加料分瓣仓装置，无缝高透磁冷坩埚，坩埚底座及其支架，石墨铸模外部感应线圈加热装置，可离心浇铸平台，可加热石墨铸模，升降结构，水冷腔，水冷出水腔，水冷入水腔，矩形双层水冷铜管，坩埚外绝缘布，水冷入水管道，水冷出水管道，真空磁悬浮熔炼炉，坩埚外部上组线圈装置和坩埚外部下组线圈装置；
4、所述真空磁悬浮熔炼炉外接电源装置及可视化控制系统和真空机组及氩气保护装置；所述真空磁悬浮熔炼炉顶部中心设有二次加料分瓣仓装置；二次加料分瓣仓装置下方设有无缝高透磁冷坩埚；无缝高透磁冷坩埚外围设有矩形双层水冷铜管，矩形双层水冷铜管外部水平设置坩埚外部上组线圈装置和坩埚外部下组线圈装置，通过支架与真空磁悬浮熔炼炉壁面连接；矩形双层水冷铜管与磁感应线圈之间设置坩埚外绝缘布，矩形双层水冷铜管底端与高透冷磁坩埚下部的水冷腔相连通，水冷腔位于坩埚底座及其支架上，水冷腔底部设置水冷入水管道与水冷出水管道，坩埚底座及其支架与真空磁悬浮熔炼炉壁面连接，真空磁悬浮熔炼炉底部中心设置升降结构，上端固定可离心浇铸平台，可离心浇铸平台上方放置可加热石墨铸模，可加热石墨铸模外部设置石墨铸模外部感应线圈加热装置，并与真空熔炼炉壁面连接；真空磁悬浮熔炼炉外部左上方设置红外线测温装置；
5、所述无缝高透磁冷坩埚的材料为高透磁性铜合金，所述高透磁性铜合金包括的成分及质量百分比为：mn 51％-52％，si 0.3％-0.5％，ti 0.8-1.2％，al0.8-1.2％，余量为无氧纯铜；
6、所述无缝高透磁冷坩埚为一体式无缝坩埚；
7、所述无缝高透磁冷坩埚的制备方法为，将原料mn、ti按比例混合后装入石墨坩埚中，再置于真空感应炉中，抽真空后，进行一次熔炼，然后按比例加入原料si、al、cu进行二次熔炼，加热至高透磁性铜合金的原料全部熔化后，保温20-40min后进行三次熔炼，最终得到无气体、高密度成分夹杂合金熔液；将合金熔液取出，采用一体式浇铸法，机械加工成平底圆柱形坩埚，得到无缝高透磁冷坩埚；
8、所述的高透磁性铜合金的组分质量纯度均大于99.9％；
9、所述的平底圆柱型坩埚的内径为125～135mm，外径为140～150mm，高为195～205mm，壁厚为6～10mm；
10、所述无缝高透磁冷坩埚的外部设置磁感应线圈，具体为：将六匝环状磁感应线圈上下平行排列，分为上下两组，环绕在坩埚圆周外表面，形成坩埚外部上组线圈装置和坩埚外部下组线圈装置；
11、所述磁感应线圈坩埚外部上组线圈装置和坩埚外部下组线圈装置分别接入电源，在合金熔炼过程中，根据熔炼需要分别设置电源参数；
12、所述磁感应线圈内径为155～165mm，外径为165～175mm，线圈宽度为25～28mm，线圈之间间距为5mm，两组线圈之间间距为8～12mm，顶层线圈距坩埚顶部距离8～10mm，底层线圈距坩埚底部距离8～10mm；
13、所述磁感应线圈电源频率为3000hz～4500hz，电流强度为1000～3000a，电源本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，包括电源装置及可视化控制系统(1)，真空机组及氩气保护装置(2)，红外线测温装置(3)，二次加料分瓣仓装置(4)，无缝高透磁冷坩埚(5)，坩埚底座及其支架(6)，石墨铸模外部感应线圈加热装置(7)，可离心浇铸平台(8)，可加热石墨铸模(9)，升降结构(10)，水冷腔(11)，矩形双层水冷铜管(12)，坩埚外绝缘布(13)，水冷入水管道(14)，水冷出水管道(15)，真空磁悬浮熔炼炉(16)，坩埚外部上组线圈装置(Ⅰ)，坩埚外部下组线圈装置(Ⅱ)；
2.根据权利要求1所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其中所述无缝高透磁冷坩埚(5)由高透磁性铜合金制备；
3.根据权利要求2所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，所述无缝高透磁冷坩埚(5)的制备方法为，将原料Mn、Ti按比例混合后装入石墨坩埚中，再置于真空感应炉中，抽真空后，进行一次熔炼，然后按比例加入原料Si、Al、Cu进行二次熔炼，加热至高透磁性铜合金的原料全部熔化后，保温20-40min后进行三次熔炼，
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，所述的无缝高透磁冷坩埚(5)的外部设置磁感应线圈，具体为：将六匝环状磁感应线圈上下平行排列，分为上下两组，环绕在坩埚圆周外表面，形成坩埚外部上组线圈装置(Ⅰ)和坩埚外部下组线圈装置(Ⅱ)；
5.根据权利要求1所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，所述水冷腔(11)，与水冷出水腔(11-1)、水冷入水腔(11-2)、矩形双层水冷铜管(12)、坩埚外绝缘布(13)、水冷入水管道(14)和水冷出水管道(15)构成水冷系统；
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，所述矩形双层水冷铜管13-1中的水冷铜管长为10～12mm，宽为8～10mm；所述的细铜管外径为6～8mm；水冷铜管数量为25～30个，均匀排列于无缝高透磁冷坩埚(5)外围；水冷铜管顶端距无缝高透磁冷坩埚(5)顶部为8～10mm，无缝高透磁冷坩埚(5)底部距水冷腔(11)顶部20～30mm；水冷腔(11)整体为底面直径152mm、高为100mm圆柱体，横向中分为上下两个腔室，底部设置的水冷入水管道(14)与水冷出水管道(15)，内径为25mm。
7.根据权利要求1所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金装置，其特征在于，所述可加热石墨铸模(9)位于真空磁悬浮熔炼炉(16)腔体的下部腔室，固定放置于可离心浇铸平台(8)上，下接升降结构(10)，周围环绕串联线圈，外接电压65～75V直流电阻式加热电源；可加热石墨铸模(9)在单独空间中提前预热后，通过升降结构(10)上升至真空磁悬浮熔炼炉(16)腔室进行浇铸，并通过控温实现缓慢冷却定型；
8.一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼TiAl合金的方法，采用权利要求1-7任一项所述装置实现，包含以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置，其特征在于，包括电源装置及可视化控制系统(1)，真空机组及氩气保护装置(2)，红外线测温装置(3)，二次加料分瓣仓装置(4)，无缝高透磁冷坩埚(5)，坩埚底座及其支架(6)，石墨铸模外部感应线圈加热装置(7)，可离心浇铸平台(8)，可加热石墨铸模(9)，升降结构(10)，水冷腔(11)，矩形双层水冷铜管(12)，坩埚外绝缘布(13)，水冷入水管道(14)，水冷出水管道(15)，真空磁悬浮熔炼炉(16)，坩埚外部上组线圈装置(ⅰ)，坩埚外部下组线圈装置(ⅱ)；
2.根据权利要求1所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置，其中所述无缝高透磁冷坩埚(5)由高透磁性铜合金制备；
3.根据权利要求2所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置，其特征在于，所述无缝高透磁冷坩埚(5)的制备方法为，将原料mn、ti按比例混合后装入石墨坩埚中，再置于真空感应炉中，抽真空后，进行一次熔炼，然后按比例加入原料si、al、cu进行二次熔炼，加热至高透磁性铜合金的原料全部熔化后，保温20-40min后进行三次熔炼，最终得到无气体、高密度成分夹杂的合金熔液；将合金熔液取出，采用一体式浇铸法，得到无缝高透磁冷坩埚(5)；
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种无缝高透磁冷坩埚悬浮熔炼tial合金装置，其特征在于，所述的无缝高透磁冷坩埚(5)的外部设置磁感应线圈，具体为：将六匝环状磁感应线圈上下平行排列，分为上下两组，环绕在坩埚圆周外表面，形成坩埚外部上组线圈装置(ⅰ)和坩埚外部下...
【专利技术属性】
技术研发人员：张智，杨光，李国林，
申请(专利权)人：辽宁东智国光钛业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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