一种卧式半连续真空吸铸炉制造技术

本发明专利技术涉及真空熔铸设备的制造技术，具体地说是一种卧式半连续真空吸铸炉。真空吸铸炉主体结构由感应熔炼室、吸铸室、合金加料斗、红外及插入式测温系统、真空蓄势罐、可调频ＩＧＢＴ电源、真空抽气、控制系统、ＰＬＣ人机界面操作的手动或自动控制系统组成。感应线圈置于熔炼室内，熔炼室由固定炉体和可动炉体两部分组成，两者通过气动锁紧卡环进行互锁，在炉内不泄露进空气的条件下，实现炉内与吸铸模压差最高达３ａｔｍ的反重力铸造。本发明专利技术的真空吸铸炉可在真空、正压下熔炼合金，并在吸铸过程中使得熔炼室和吸铸模间造成指定的压差，将合金液反重力吸入铸模中，成型铸件，通过在较大压差的吸铸，有利于薄壁件等成型和补缩。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及真空熔铸炉设备的制造技术，具体的说是一种卧式半连续真空吸铸炉。
技术介绍
目前，常规重力铸造的真空感应熔铸炉在国内外都具备成熟的制造技术，但由于重力铸造工艺的局限，用该类型炉子铸造特殊形状或薄壁长铸件，给其成型及补缩带来通常难以克服的困难。故人们致力于反重力铸造设备和工艺的开发。目前，常压下的反重力铸造技术和设备在上世纪就得到了较大的发展，且已经在铝合金薄壁件的铸造上成功应用。但有些活性较强的金属材料，如高温合金、钛合金等，不适合在常压下进行熔炼和反重力铸造，必须通过真空或惰性气氛下熔炼材料，并在惰性气氛下吸铸，才能制备出高性能的铸造部件，因此，针对活性材料的真空吸铸设备在我国急需发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卧式半连续真空吸铸炉，采用本专利技术可在真空下或最大为2atm的惰性保护气氛下半连续感应熔炼金属材料，并可在十几秒内完成铸件的整个吸铸充型，半连续吸铸出特殊形状和薄壁的金属铸件。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是一种卧式半连续真空吸铸炉，包括感应熔炼室、吸铸室、合金加料斗、非接触式红外测温装置及插入接触式测温装置、真空蓄势罐、IGBT可调频电源、真空系统、PLC人机界面操作的手动或自动控制系统，其中感应线圈置于熔炼室内，熔炼室由固定炉体和可动炉体对接而成，两者通过气动锁紧卡环实现互锁，在炉内不泄露进空气的条件下，实现炉内与吸铸模压差最高达到3atm的反重力铸造；感应线圈通过固定炉体上的进电轴与IGBT可调频电源电连接，熔炼频率在1500～3000Hz灵活可调；合金加料斗在固定炉体上方通过气动球阀与炉体连接，可达到半连续加合金料；吸铸室在可动炉体上通过气动插板阀与炉体相连接，通过吸铸室即可实现半连续吸铸操作，还可间歇半连续加主合金料；测温系统包括非接触式红外测温装置及插入接触式测温装置，均通过法兰连接于可动炉体上方；真空蓄势罐与固定在吸铸室上的吸铸管连接，吸铸管可在吸铸室和熔炼室坩埚之间最大上下移动1.5m距离，完成固定在其上吸铸模具的反重力铸造。所述气动锁紧卡环纵截面呈形的环状结构，可动炉体法兰与固定炉体连接法兰之间密封通过位于固定炉体上的气动形锁紧卡环卡接锁紧，可动炉体法兰背面镶有楔形块，气动锁紧卡环镶有与可动炉体楔形块相对应的楔形块，可动炉体与气动锁紧卡环通过楔形块锁紧。水冷感应熔炼室、吸铸室的内层不锈钢和外层碳钢板较常规的真空熔铸炉加厚，保证能够承受2atm的压力，同时在测真空的离子管和硅管与炉体间，分别装有隔离阀，测真空时阀门打开，充大于1atm惰性气氛时阀门关闭，确保测真空的离子管、硅管在整个熔炼吸铸过程中不损坏。此外，熔炼室的固定炉盖和可动炉体之间有气动锁紧卡环锁紧，保证在最高为2atm压力下的熔炼和吸铸过程中，保护炉内气氛不向炉外泄漏，同时炉外的空气也不向炉内渗入；合金加料斗通过气动球阀与熔炼室相连，保证在不破坏熔炼室真空的条件下，向熔炼坩埚中半连续加料；熔炼的测温包含红外测温及插入接触式测温装置，准确的控制熔炼及吸铸时钢液的温度。真空吸铸室通过插板阀与可动炉体相连，实现半连续加主合金料。同时固定在真空吸铸室上的升降吸铸管内与吸铸模具连接，外通过阀门与真空蓄势罐连接，实现半连续吸铸的功能。IGBT可调频电源的最大送电功率为100kw，它的调频功能是通过调解电路的电感量和电容量的匹配来实现的。针对一个感应线圈和熔化的材料，在电感量较为固定后，本电源熔炼过程的调频主要依靠调节回路的电容值实现调频功能。通过快捷地增减控制平台上电源柜的电容，其调频范围达可达到1500～3000Hz。针对熔炼材料密度的不同要求，采用不同频率进行熔炼，在保证熔炼材料具有良好的均匀性同时，由不对熔炼的坩埚产生过分的侵蚀。另外，本专利技术通过炉体外的真空蓄势罐及吸铸管路上的安装一吸铸控制阀，用于控制气体流量，可在吸铸过程中按可调速度，使吸铸模具腔内与炉体主熔炼室之间形成最大为3atm的压差，完成坩埚内熔融金属液体反重力吸铸，使液体充满吸铸模具型腔。同时在吸铸室与熔炼室之间设置插板阀，保证吸铸过程可半连续进行。本专利技术一套真空系统可对熔炼室、吸铸室、真空蓄势罐、合金加料斗分别或同时抽真空，为真空吸铸炉的不同部位，搭建起获取真空的平台。所述钢液测温系统包括电驱动的非接触式红外测温装置及插入接触式测温装置，可分别测定炉内坩埚熔化钢液温度。插入接触式测温装置不采用传统的手摇式，改为电机驱动测温杆测温。在炉体上方同时安放非接触式红外测温装置，实现非接触式红外测温，为监测熔化的强活性材料的温度提供保证。非接触式红外测温装置安装于电驱动的升降管内，电驱动的升降管带水冷，不会因测温使升降管有温度影响与炉体间的密封，产生空气泄漏。带水冷的升降管配有吹气装置，测温时向该升降管吹入少量隋性气体，保持红外探头测试的光路清洁，无挥发气体干扰，确保测定钢液真实温度。该真空吸铸炉的控制系统(如控制、记录、存取等功能)采用PLC人机界面操作的手动或自动控制系统，各种操作过程全部集中于计算机模拟显示的操作平台(PLC人机界面)上进行熔炼、吸铸工艺的实施。通过该平台可动态对熔炼过程、吸铸过程、加料过程实施监控。同时还读取并存储真空度、熔炼温度、炉内压力随时间的变化曲线。对每一炉实验过程、工艺参数、结果进行详细记录、储存，实验后可随时查看。在计算机模操作平台上可手动、自动控制熔炼、吸铸过程。另外，在已编制的自动控制程序执行过程中，可间歇插入临时特设的手动操作，为较复杂的工艺过程的控制提供方便。另外，还可通过网络远程监测或控制实验过程。本专利技术的真空吸铸炉可在真空、正压下熔炼合金，同时可在低真空、正压下吸铸合金，并在吸铸过程中使得熔炼室和吸铸模间造成指定的压差，将合金液反重力吸入铸模中，成型铸件，通过在较大压差的吸铸，有利于薄壁件等成型和补缩。具体优点如下1.真空或正压保护气氛下可调频熔炼金属材料真空感应熔炼金属材料的原理同常规的真空感应炉，而正压惰性气氛下的半连续熔炼和吸铸工艺的实现，通过可动炉体和固定炉体之间特殊设计的一道可双向气压转动的气动锁紧卡环完成。此外，为本设备感应线圈配备的电源，是自行开发的可调频电源，频率的调解范围为1500～3000Hz。针对熔炼材料的密度，配给线圈不同的频率，既可达到熔炼的有效的均匀化，又不至于强电磁搅拌对坩埚造成过分侵蚀。这对熔炼高纯净活性金属材料尤为重要。可动炉体上装配有自动非接触式红外测温装置和插入式接触测温装置两套测温系统，可灵活准确地监测熔炼合金液的温度。2.反压吸铸半连续吸铸工艺过程，是通过可动炉体上方的插板阀、插板阀上方的吸铸室、吸铸室上方的吸铸模具升降装置及抽气管路上与真空蓄势罐连接的阀门连续动作来完成。吸铸过程中，当装于吸铸室的吸铸模具通过打开的插板阀进入具有一定气氛压力的熔炼室，并插入到装有合金液体的坩埚后，打开真空蓄势管前边的阀门，使得吸铸模具内的气体被抽走，这样在坩埚的合金液上表面与吸铸模具之间迅速造成一定的压差，达到合金液快速充满模具腔，凝固后得到需要尺寸的铸件。整体组合示意图如图1。3.半连续加料半连续主料的加入通过吸铸室来完成。在吸铸室和熔炼室之间有一插板阀，且吸铸室和熔炼室分别通过阀门与抽真空系统连接，并可分别通入惰性保护气氛，因此，可以通过吸铸室和熔炼室之间插本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卧式半连续真空吸铸炉，其特征在于：包括感应熔炼室（１）、吸铸室（１１）、合金加料斗（１６）、真空蓄势罐（１９）、真空系统（２６）、钢液测温系统等，其中感应线圈（３３）置于感应熔炼室（１）内，感应熔炼室（１）由固定炉体（３０）和可动炉体（４）对接而成，两者通过气动锁紧卡环（３２）实现互锁；合金加料斗（１６）在固定炉体（３０）上方通过气动球阀（２３）与固定炉体连接，吸铸室（１１）在可动炉体（４）上通过气动插板阀（８）与可动炉体相连接；真空蓄势罐（１９）通过吸铸管路（１３）与固定在吸铸室（１１）上的吸铸管（１２）连接；所述气动锁紧卡环（３２）纵截面呈＊形的环状结构，可动炉体（４）法兰与固定炉体（３０）连接法兰之间密封通过位于固定炉体上的气动＊形锁紧卡环卡接锁紧，可动炉体（４）法兰背面镶有楔形块（３６），气动锁紧卡环（３２）镶有与可动炉体楔形块相对应的楔形块（３５），可动炉体（４）与气动锁紧卡环（３２）通过楔形块锁紧。

【技术特征摘要】
1.一种卧式半连续真空吸铸炉，其特征在于包括感应熔炼室(1)、吸铸室(11)、合金加料斗(16)、真空蓄势罐(19)、真空系统(26)、钢液测温系统等，其中感应线圈(33)置于感应熔炼室(1)内，感应熔炼室(1)由固定炉体(30)和可动炉体(4)对接而成，两者通过气动锁紧卡环(32)实现互锁；合金加料斗(16)在固定炉体(30)上方通过气动球阀(23)与固定炉体连接，吸铸室(11)在可动炉体(4)上通过气动插板阀(8)与可动炉体相连接；真空蓄势罐(19)通过吸铸管路(13)与固定在吸铸室(11)上的吸铸管(12)连接；所述气动锁紧卡环(32)纵截面呈形的环状结构，可动炉体(4)法兰与固定炉体(30)连接法兰之间密封通过位于固定炉体上的气动形锁紧卡环卡接锁紧，可动炉体(4)法兰背面镶有楔形块(36)，气动锁紧卡环(32)镶有与可动炉体楔形块相对应的楔形块(35)，可动炉体(4)与气动锁紧卡环(32)通过楔形块锁紧。2.按照权利要求1所述卧式半连续真空吸铸炉，其特征在于所述吸铸管路(13)上的安装一吸铸控制阀(14)。3.按照权利要求1所述的卧式半连续真空吸铸炉，其特征在于所述真空系统(26)分别与熔炼室(1)、吸铸室(11)、真空蓄势罐(19)、合金加料斗(16)相连，分别或同时抽真空。4.按照权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奎，王冬，马颖澈，高明，李兴华，赵秀娟，张顺南，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]