CN106756073B - 一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备 - Google Patents

一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备 Download PDF

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Abstract

一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，涉及一种熔铸设备。本发明是为了解决现有的真空熔铸设备部件数量多，结构复杂，设备制造成本高的技术问题。本发明由真空室、感应线圈、坩埚、等离子发射装置、升降装置、翻转装置、模壳、石墨加热体、拉伸装置、悬浮线圈和物料进给装置组成；等离子发射装置和升降装置固定在一起且穿过真空室上壁的孔进入真空室内，坩埚与设置在真空室内壁的翻转装置固定在一起，坩埚外壁设置有感应线圈；在真空室内物料进给装置的下方设置石墨加热体，石墨加热体内设置模壳，石墨加热体上方设置悬浮线圈，在模壳的下端设置拉伸装置；本发明简化了设备的结构，从而大幅度的降低了设备的制造成本和故障率。

Description

一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备
技术领域
本发明涉及一种熔铸设备。
背景技术
现有的真空熔铸设备中，等离子熔炼、真空感应熔炼炉、真空浇注炉和定向凝固炉往往采用单独设计，每种炉体均有各自独立的真空系统和熔炼室，大大的增加了设备部件数量，增加了结构的复杂程度，从而大幅度提高了设备制造成本，降低了生产效率，而且操作不方便，同时增大了设备的故障率。
发明内容
本发明是为了解决现有的真空熔铸设备中每种炉体均有各自独立的真空系统和熔炼室，增加了设备部件数量，增加了结构的复杂程度，从而大幅度提高了设备制造成本的技术问题，而提供一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备。
本发明的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备是由真空室、感应线圈、坩埚、罗茨泵、机械泵、等离子发射装置、升降装置、气氛控制系统、翻转装置、浇液漏斗、模壳、石墨加热体、测控温装置、水冷铜盘、拉伸装置、悬浮线圈、物料进给装置、底部支架、水冷轴和保温层组成；
升降装置设置在真空室上壁的外侧，等离子发射装置和升降装置固定在一起，等离子发射装置穿过真空室上壁的孔进入真空室内，坩埚与设置在真空室内壁的翻转装置固定在一起，坩埚外壁设置有感应线圈，并且坩埚设置在等离子发射装置的正下方；所述的升降装置是能将等离子发射装置上下移动的机械装置；所述的翻转装置是能在竖直面内旋转的机械装置；
物料进给装置设置在真空室上壁外侧靠近升降装置处；在真空室内物料进给装置的正下方设置两端敞口的圆柱形石墨加热体，石墨加热体内壁设置保温层，保温层内设置模壳，所述的石墨加热体的顶部设置一个浇液漏斗，浇液漏斗下端出口伸入到模壳内，浇液漏斗上方设置悬浮线圈，模壳的侧壁与真空室外的测控温装置连通，在模壳的下端面设置水冷铜盘，水冷铜盘下端面连通水冷轴，水冷轴的底部设置拉伸装置；所述的物料进给装置是可以上下移动的机械装置；所述的拉伸装置是可以带动水冷轴上下移动的设备；
真空室的下方设置底部支架，罗茨泵和机械泵连通，机械泵和真空室连通，气氛控制系统与真空室连通。
本发明设备由真空获得及测量系统、感应熔炼浇铸系统、离子束熔炼系统、无坩埚感应熔炼滴注系统、模壳加热控温系统、HRS定向凝固系统、气氛控制系统、电控系统和工作台架及水冷附件组成。
本发明只采用一套真空获得及测量系统和一个熔炼室就能实现等离子熔炼、真空感应加热熔炼、等离子-感应复合熔炼、真空浇注、无坩埚感应熔炼滴注和HRS定向凝固等多种用途，极大的减少了设备部件的数量，并简化了设备的结构，从而大幅度的降低了设备的制造成本和故障率。
附图说明
图1为具体实施方式一的应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，见图1，具体是由真空室1、感应线圈2、坩埚3、物料进给装置4、罗茨泵5、机械泵6、悬浮线圈7、等离子发射装置8、升降装置9、气氛控制系统10、底部支架11、保温层12、翻转装置13、浇液漏斗14、模壳15、石墨加热体16、测控温装置17、水冷铜盘18、拉伸装置19和水冷轴20组成；
升降装置9设置在真空室1上壁的外侧，等离子发射装置8和升降装置9固定在一起，等离子发射装置8穿过真空室1上壁的孔进入真空室1内，坩埚3与设置在真空室1内壁的翻转装置13固定在一起，坩埚3外壁设置有感应线圈2，并且坩埚3设置在等离子发射装置8的正下方；所述的升降装置9是能将等离子发射装置8上下移动的机械装置；所述的翻转装置13是能在竖直面内带动坩埚3同步旋转的机械装置；
物料进给装置4设置在真空室1上壁外侧靠近升降装置9处；在真空室1内物料进给装置4的正下方设置两端敞口的圆柱形石墨加热体16，石墨加热体16内壁设置保温层12，保温层12内设置模壳15，所述的石墨加热体16的顶部设置一个浇液漏斗14，浇液漏斗14下端出口伸入到模壳15内，浇液漏斗14上方设置悬浮线圈7，模壳15的侧壁与真空室1外的测控温装置17连通，在模壳15的下端面设置水冷铜盘18，水冷铜盘18下端面连通水冷轴20，水冷轴20的底部设置拉伸装置19；所述的物料进给装置4是可以带着物料棒材21上下移动的机械装置；所述的拉伸装置19是可以带动水冷轴20上下移动的设备；
真空室1的下方设置底部支架11，罗茨泵5和机械泵6连通，机械泵6和真空室1连通，气氛控制系统10与真空室1连通。
本实施方式的应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备的使用方法：
一、等离子-感应复合熔炼：
1)准备Nb-22Ti-16Si(at.％)400g的铌基合金原料；
2)将原料放入坩埚3中，关闭设备盖，启动机械泵抽真空，当真空度达到5Pa时，启动罗茨泵5，将真空度抽至5×10-2Pa，通过气氛控制系统10返充氩气至300Pa；
3)启动感应线圈2进行感应熔炼；
4)待原料开始熔化，启动等离子发射装置8，调节升降装置9使得等离子发射装置8对原料表面进行等离子熔炼；
5关闭等离子发射装置8，调节升降装置9升起等离子发射装置8；
6)关闭感应线圈2，静置，冷却后取出坩埚3中的合金锭。
二、真空浇注：
通过石墨加热体16对模壳15进行预热，当等离子-感应复合熔炼结束时，迅速使用翻转装置13将金属液通过浇液漏斗14倒入模壳15中。
三、无坩埚感应熔炼滴注-定向凝固：
1)准备Nb-22Ti-16Si-2Cr-2Al-2Hf(at.％)制备的Nb-Si合金棒材21；
2)将Nb-Si合金棒材21安装在物料进给装置4的下端，启动物料进给装置4，调整棒材21下端位置至悬浮线圈7的中间；
3)关闭设备盖，启动机械泵6抽真空，当真空度达到5Pa时，启动罗茨泵5，将真空度抽至5×10-2Pa，通过气氛控制系统10返充氩气至300Pa；
4)通过石墨加热体16对模壳15进行预热，通过测控温装置17控制温度在1500℃；
5)在水冷铜盘18和水冷轴20中通入循环冷却水进行冷却；
6)启动悬浮线圈7进行感应熔炼；
7)随着Nb-Si合金棒材21融化滴落至模壳15中，调整物料进给装置4的给料速度，使原料补充和滴落损失相互平衡；
8)启动拉伸装置19，以0.5mm/min的速度拉伸铸锭，抽拉距离100mm，待抽拉完成后，关闭电源，待铸锭冷却后取出。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的保温层12是石棉或石墨毡。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的坩埚3是水冷铜坩埚。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的坩埚3是石墨坩埚。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的模壳15的材质为氧化钇或氧化锆。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的等离子发射装置8与真空室1之间设置有绝缘密封圈。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的物料进给装置4与真空室1之间设置有绝缘密封圈.其他与具体实施方式一相同。

Claims (7)

1.一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备由真空室(1)、感应线圈(2)、坩埚(3)、物料进给装置(4)、罗茨泵(5)、机械泵(6)、悬浮线圈(7)、等离子发射装置(8)、升降装置(9)、气氛控制系统(10)、底部支架(11)、保温层(12)、翻转装置(13)、浇液漏斗(14)、模壳(15)、石墨加热体(16)、测控温装置(17)、水冷铜盘(18)、拉伸装置(19)和水冷轴(20)组成；
升降装置(9)设置在真空室(1)上壁的外侧，等离子发射装置(8)和升降装置(9)固定在一起，等离子发射装置(8)穿过真空室(1)上壁的孔进入真空室(1)内，坩埚(3)与设置在真空室(1)内壁的翻转装置(13)固定在一起，坩埚(3)外壁设置有感应线圈(2)，并且坩埚(3)设置在等离子发射装置(8)的正下方；所述的升降装置(9)是能将等离子发射装置(8)上下移动的机械装置；所述的翻转装置(13)是能在竖直面内带动坩埚(3)同步旋转的机械装置；
物料进给装置(4)设置在真空室(1)上壁外侧靠近升降装置(9)处；在真空室(1)内物料进给装置(4)的正下方设置两端敞口的圆柱形石墨加热体(16)，石墨加热体(16)内壁设置保温层(12)，保温层(12)内设置模壳(15)，所述的石墨加热体(16)的顶部设置一个浇液漏斗(14)，浇液漏斗(14)下端出口伸入到模壳(15)内，浇液漏斗(14)上方设置悬浮线圈(7)，模壳(15)的侧壁与真空室(1)外的测控温装置(17)连通，在模壳(15)的下端面设置水冷铜盘(18)，水冷铜盘(18)下端面连通水冷轴(20)，水冷轴(20)的底部设置拉伸装置(19)；所述的物料进给装置(4)是可以上下移动的机械装置；所述的拉伸装置(19)是可以带动水冷轴(20)上下移动的设备；
真空室(1)的下方设置底部支架(11)，罗茨泵(5)和机械泵(6)连通，机械泵(6)和真空室(1)连通，气氛控制系统(10)与真空室(1)连通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的保温层(12)是石棉或石墨毡。
3.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的坩埚(3)是水冷铜坩埚。
4.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的坩埚(3)是石墨坩埚。
5.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的模壳(15)的材质为氧化钇或氧化锆。
6.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的等离子发射装置(8)与真空室(1)之间设置有绝缘密封圈。
7.根据权利要求1所述的一种应用于高熔点高活性金属材料的多功能熔铸设备，其特征在于所述的物料进给装置(4)与真空室(1)之间设置有绝缘密封圈。
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