CN108731474A - 高温合金冶炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温合金冶炼装置，涉及合金的冶炼装置技术领域。该装置主要通过离心力将液态熔体置于液体电阻承载器中，通过旋转电极在运动情况下给液体电阻通电，使其发热，然后通过控制液态电阻的形状或者坩埚的运动来控制定向凝固装置。所述装置和方法选择沸点高的液态熔体作为电阻，因而可以大大提高加热温度，同时高沸点液态熔体可以选择金属熔体和非金属熔体，液态电阻的选择范围广泛，在旋转条件下温度场的对称性较高。旋转液态电阻形状可以根据液体电阻承载器的形状任意改变，大大降低了固体电阻的加工难度及加工费用。

Description

高温合金冶炼装置

技术领域

本发明涉及合金的冶炼装置及方法技术领域，尤其涉及一种高温合金冶炼装置。

背景技术

对于高温合金选用电磁场来加热比较理想，加热温度高。但是电磁场感应熔炼对熔体的搅拌作用比较强，很难建立稳态的定向凝固温度场，因此最好选用电阻加热。而对于非金属合金的熔炼，由于其固体通常不导电，必须选择电阻加热来控制原料的熔化、定向凝固及晶体生长。这就需要发热量大，耐热温度高的电阻加热器来给金属或者非金属熔体加热。由于金属电阻都有固定的熔点，因此限制了加热温度，尤其对于高熔点材料的高梯度定向凝固过程，需要将熔体加热到很高的温度。这些都给传统的金属电阻加热方式提出了挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可大大提高加热温度的高温合金冶炼装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高温合金冶炼装置，其特征在于：包括液体电阻承载器，所述电阻承载器包括承载器筒体，在所述承载器筒体的内壁上沿其轴线方向设置有第一间隔板和第二间隔板，且所述第一间隔板的长度与所述承载器的长度相同，第二间隔板的长度短于所述承载器的长度，上侧环固定在所述筒体的上侧面上，下侧环固定在所述筒体的下侧面上，且第一间隔板的上侧面以及第二间隔板的上侧面与所述上侧环固定连接，第一间隔板的下侧面与所述下侧环固定连接，第二间隔板的下侧面与所述下侧环之间保持有一定距离，通过所述第一间隔板和第二间隔板将所述承载器筒体分为左右两个容置部分，在左容置部分内沿所述承载器筒体的内壁设置有若干条第一通道分隔板，所述第一通道分隔板的弧长小于第一间隔板与第二间隔板之间的弧长，从上到下设置的所述第一通道分隔板与所述第一间隔板或第二间隔板连接，使承载器筒体的左容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽；

在右容置部分内沿所述承载器筒体的内壁设置有若干条与第一通道分隔板结构相同的第二通道分隔板，所述第二通道分隔板的弧长小于第一间隔板与第二间隔板之间的弧长，从上到下设置的所述第二通道分隔板与所述第一间隔板或第二间隔板连接，使承载器筒体的右容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽，左容置部分内的液体电阻连接槽与右容置部分内的液体电阻连接槽通过第二间隔板与下侧环之间的间隙进行连通，所述上侧环上设置有第一电极插入孔和第二电极插入孔，所述第一电极插入孔和第二电极插入孔分别与左容置部分内的液体电阻连接槽以及右容置部分内的液体电阻连接槽相连通，第一电极的一端为自由端，另一端插入到第一电极插入孔内，第二电极的一端为自由端，另一端插入到第二电极插入孔内；

所述承载器筒体的下端设置有承载器旋转支撑，所述承载器筒体内设置有坩埚，所述坩埚内装有需要熔炼的原料，电极驱动装置的动力输出端与所述第一电极的自由端以及第二电极的自由端连接，用于驱动所述第一电极和第二电极转动，旋转支撑驱动装置的动力输出端与所述旋转支撑连接，用于驱动所述旋转支撑与所述电极同步转动，所述电极驱动装置以及旋转支撑驱动装置受控于所述驱动控制器，驱动控制器可以保证驱动第一电极和第二电极与承载器筒体同步转动，所述驱动控制器受控于所述计算机。

进一步的而技术方案在于：所述冶炼装置还包括位于第一电极外周以及第二电极外周的电极冷却水管。

进一步的而技术方案在于：所述冶炼装置还包括第一电源连接环和第二电源连接环，所述第一电源连接环和第二电源连接环套接于所述第一电极以及第二电极的外侧，其中所述第一电源连接环与第一电极电连接，第二电源连接环与第二电极电连接，第一电源连接环与第二电极连接环之间设置有绝缘环，第一供电刷与所述第一电源连接环直接接触，第二供电刷与所述第二电源连接环直接接触，通过第一供电刷和第二供电刷为所述电极供电。

进一步的而技术方案在于：所述坩埚的底部设置有坩埚支撑，所述坩埚支撑用于支撑所述坩埚。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述装置主要通过离心力将熔化后的液体电阻（固态电阻得电后熔化而得）体置于液体电阻承载器的液体电阻连接槽中，通过旋转的第一电极和第二电极在运动情况下给液体电阻通电，使其发热，对坩埚内的材料进行加热熔炼，然后通过控制液态电阻的形状或者坩埚的运动来控制坩埚内熔化后的材料进行定向凝固。所述装置和方法选择沸点高的液态熔体作为电阻，因而可以大大提高加热温度，同时高沸点液态熔体可以选择金属熔体和非金属熔体，液态电阻的选择范围广泛，在旋转条件下温度场的对称性较高。旋转的液态电阻形状可以根据液体电阻承载器内液体电阻连接槽的形状任意改变，使其使用范围更广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述冶炼装置的剖视结构示意图；

图2是本发明实施例所述冶炼装置的俯视结构示意图；

图3是图1的部分放大结构示意图；

图4是图2中A-A向承载器筒体的剖视结构示意图；

图5是图2中B-B向承载器筒体的剖视结构示意图；

其中：1、承载器筒体2、第一间隔板3、第二间隔板4、上侧环5、下侧环6、第一通道分隔板7、第二通道分隔板8、第一电极插入孔9、第二电极插入孔10、第一电极11、第二电极12、承载器旋转支撑13、坩埚14、电极驱动装置15、旋转支撑驱动装置16、驱动控制器17、计算机18、第一电源连接环19、第二电源连接环20、第一供电刷21、第二供电刷22、绝缘环23、坩埚支撑24、液体电阻连接槽25、电极冷却水管26、液体电阻27、合金熔体28、定向凝固组织。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图5所示，本发明实施例公开了一种高温合金冶炼装置，包括液体电阻承载器，所述电阻承载器包括承载器筒体1。在所述承载器筒体的内壁上沿其轴线方向设置有第一间隔板2和第二间隔板3，且所述第一间隔板2的长度与所述承载器的长度相同，第二间隔板3的长度短于所述承载器的长度，如图3和图4所示。上侧环4固定在所述筒体的上侧面上，下侧环5固定在所述筒体的下侧面上，且第一间隔板2的上侧面以及第二间隔板3的上侧面与所述上侧环4固定连接，第一间隔板2的下侧面与所述下侧环5固定连接。如图3和图4所示，第二间隔板3的下侧面与所述下侧环5之间保持有一定距离，通过所述第一间隔板2和第二间隔板3将所述承载器筒体分为左右两个容置部分。在左容置部分内沿所述承载器筒体1的内壁设置有若干条第一通道分隔板6，所述第一通道分隔板6的弧长小于第一间隔板2与第二间隔板3之间的弧长，从上到下设置的所述第一通道分隔板6与所述第一间隔板2或第二间隔板3连接（且第一通道分隔板6的外侧面与所述承载器筒体1的内侧壁固定连接），使承载器筒体1的左容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽24。

在右容置部分内沿所述承载器筒体1的内壁设置有若干条与第一通道分隔板6结构相同的第二通道分隔板7，所述第二通道分隔板7的弧长小于第一间隔板2与第二间隔板3之间的弧长，从上到下设置的所述第二通道分隔板7与所述第一间隔板2或第二间隔板3连接（且第二通道分隔板7的外侧面与所述承载器筒体1的内侧壁固定连接），使承载器筒体1的右容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽，左容置部分内的液体电阻连接槽与右容置部分内的液体电阻连接槽通过第二间隔板3与下侧环5之间的间隙进行连通。所述上侧环4上设置有第一电极插入孔8和第二电极插入孔9，所述第一电极插入孔8和第二电极插入孔9分别与左容置部分内的液体电阻连接槽以及右容置部分内的液体电阻连接槽相连通，第一电极10的一端为自由端，另一端插入到第一电极插入孔8内，第二电极11的一端为自由端，另一端插入到第二电极插入孔9内；

所述承载器筒体1的下端设置有承载器旋转支撑12，所述承载器筒体1内设置有坩埚13，所述坩埚13内装有需要熔炼的原料，电极驱动装置14的动力输出端与所述第一电极10的自由端以及第二电极11的自由端连接，用于驱动所述第一电极10和第二电极11转动，旋转支撑驱动装置15的动力输出端与所述旋转支撑12连接，用于驱动所述旋转支撑12与所述电极同步转动，所述电极驱动装置14以及旋转支撑驱动装置15受控于所述驱动控制器16，驱动控制器16可以保证驱动第一电极10和第二电极11与承载器筒体1同步转动，所述驱动控制器16受控于所述计算机17。进一步的，所述第一电极10与第二电极11之间通过绝缘件29进行分隔，防止第一电极10与第二电极11之间放电。

进一步的，如图1所示，所述冶炼装置还包括位于第一电极10外周以及第二电极11外周的电极冷却水管25，通过所述电极冷却水管25可以为所述第一电极10和第二电极11降温。

进一步的，如图1和图3所示，所述冶炼装置还包括第一电源连接环18和第二电源连接环19，所述第一电源连接环18和第二电源连接环19套接于所述第一电极10以及第二电极11的外侧。其中所述第一电源连接环18与第一电极10电连接，第二电源连接环19与第二电极11电连接，第一电源连接环18与第二电极连接环19之间设置有绝缘环22，第一供电刷20与所述第一电源连接环18直接接触，第二供电刷21与所述第二电源连接环19直接接触，通过第一供电刷20和第二供电刷21为所述电极供电。所述绝缘环22上设置有向上延伸以及向下延伸的弧形部，通过所述弧形部使得第一电极只与第一电源连接环18电连接，第二电极只与第二电源连接环19电连接。电源分别通过第一供电刷和第二供电刷为所述第一电源连接环18和第二电源连接环19供电，第一电源连接环18再为第一电极供电，第二电源连接环19再为第二电极供电。

如图1所示，为了保证所述坩埚能够稳定的支撑，在所述坩埚13的底部设置有坩埚支撑23。

进一步的，本发明实施例还公开了一种高温合金冶炼方法，所述方法使用所述冶炼装置，包括如下步骤：

将与液体电阻承载器内部的液体电阻连接槽结构相同的固体电阻放置在液体电阻连接槽24内，将固体电阻的一端与液体电阻承载器的上侧环4上的第一电极连接孔8内的第一电极10的一端连接，将固体电阻的另一端与液体电阻承载器的上侧环4上的第二电极连接孔9内的第二电极11的一端连接，所述第一电极10和第二电极11上设置有电极驱动装置14，用于驱动所述第一电极10和第二电极11转动，所述液体电阻承载器的下侧设置有承载器旋转支撑12，所述承载器旋转支撑12上设置有旋转支撑驱动装置15，所述旋转支撑驱动装置15用于驱动所述电阻承载器旋转；

向承载器筒体1内的坩埚13内放置冶炼原材料，通过计算机17控制驱动控制器16，并通过驱动控制器分别控制所述电极驱动装置14以及旋转支撑驱动装置15工作，使得所述电极与所述液体电阻承载器同步旋转，并通过供电装置分别为所述第一电极10以及第二电极11供电，使得第一电极10、固体电阻以及第二电极11通电导通，随着固体电阻的供电功率上升，使得固体电阻缓慢熔化，控制所述旋转电极与液体电阻承载器的旋转速度以保证当所述固定电阻熔化后的熔体能够在离心力的作用下在液体电阻承载器4内部的液体电阻连接槽内做圆周离心运动，

持续通过第一电极10和第二电极11为液体电阻连接槽24内的电阻进行供电，然后控制通过所述电极的电流，保证坩埚13内的原材料被加热到所需要的温度后熔化；

当坩埚13内的熔体温度稳定后，通过降低流经所述液体电阻连接槽24内液体电阻的电流或者移动坩埚13进行晶体或者合金的定向凝固。

承载器筒体1的左右容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽24的距离可变化，用于改变坩埚13内部的温度分布。

需要说明的是，所述固体电阻的具体形式可以为金属电阻；所述固体电阻的具体形式还可以为通过将非金属粉末与金属粉末混合成均匀后压制成固体电阻，然后再填充在液体电阻连接槽内，通过电极给非金属粉末与金属粉末混合制成的固体电阻通过高压使得金属粉末在高压下放电，直至金属粉末与非金属粉末熔合形成液体电阻，然后再通入低压直流电或者交流电，通过液体电阻为坩埚加热。

所述装置和方法主要通过离心力将熔化后的液体电阻（固态电阻得电后熔化而得）体置于液体电阻承载器的液体电阻连接槽中，通过旋转的第一电极和第二电极在运动情况下给液体电阻通电，使其发热，对坩埚内的材料进行加热熔炼，然后通过控制液态电阻的形状或者坩埚的运动来控制坩埚内熔化后的材料进行定向凝固。所述装置和方法选择沸点高的液态熔体作为电阻，因而可以大大提高加热温度，同时高沸点液态熔体可以选择金属熔体和非金属熔体，液态电阻的选择范围广泛，在旋转条件下温度场的对称性较高。旋转的液态电阻形状可以根据液体电阻承载器内液体电阻连接槽的形状任意改变，使其使用范围更广。

Claims (4)

1.一种高温合金冶炼装置，其特征在于：包括液体电阻承载器，所述电阻承载器包括承载器筒体（1），在所述承载器筒体的内壁上沿其轴线方向设置有第一间隔板（2）和第二间隔板（3），且所述第一间隔板（2）的长度与所述承载器的长度相同，第二间隔板（3）的长度短于所述承载器的长度，上侧环（4）固定在所述筒体的上侧面上，下侧环（5）固定在所述筒体的下侧面上，且第一间隔板（2）的上侧面以及第二间隔板（3）的上侧面与所述上侧环（4）固定连接，第一间隔板（2）的下侧面与所述下侧环（5）固定连接，第二间隔板（3）的下侧面与所述下侧环（5）之间保持有一定距离，通过所述第一间隔板（2）和第二间隔板（3）将所述承载器筒体分为左右两个容置部分，在左容置部分内沿所述承载器筒体（1）的内壁设置有若干条第一通道分隔板（6），所述第一通道分隔板（6）的弧长小于第一间隔板（2）与第二间隔板（3）之间的弧长，从上到下设置的所述第一通道分隔板（6）与所述第一间隔板（2）或第二间隔板（3）连接，使承载器筒体（1）的左容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽（24）；

在右容置部分内沿所述承载器筒体（1）的内壁设置有若干条与第一通道分隔板（6）结构相同的第二通道分隔板（7），所述第二通道分隔板（7）的弧长小于第一间隔板（2）与第二间隔板（3）之间的弧长，从上到下设置的所述第二通道分隔板（7）与所述第一间隔板（2）或第二间隔板（3）连接，使承载器筒体（1）的右容置部分的内壁上形成连通的液体电阻连接槽，左容置部分内的液体电阻连接槽与右容置部分内的液体电阻连接槽通过第二间隔板（3）与下侧环（5）之间的间隙进行连通，所述上侧环（4）上设置有第一电极插入孔（8）和第二电极插入孔（9），所述第一电极插入孔（8）和第二电极插入孔（9）分别与左容置部分内的液体电阻连接槽以及右容置部分内的液体电阻连接槽相连通，第一电极（10）的一端为自由端，另一端插入到第一电极插入孔（8）内，第二电极（11）的一端为自由端，另一端插入到第二电极插入孔（9）内；

所述承载器筒体（1）的下端设置有承载器旋转支撑（12），所述承载器筒体（1）内设置有坩埚（13），所述坩埚（13）内装有需要熔炼的原料，电极驱动装置（14）的动力输出端与所述第一电极（10）的自由端以及第二电极（11）的自由端连接，用于驱动所述第一电极（10）和第二电极（11）转动，旋转支撑驱动装置（15）的动力输出端与所述旋转支撑（12）连接，用于驱动所述旋转支撑（12）与所述电极同步转动，所述电极驱动装置（14）以及旋转支撑驱动装置（15）受控于所述驱动控制器（16），驱动控制器（16）可以保证驱动第一电极（10）和第二电极（11）与承载器筒体（1）同步转动，所述驱动控制器（16）受控于所述计算机（17）。

2.如权利要求1所述的高温合金冶炼装置，其特征在于：所述冶炼装置还包括位于第一电极（10）外周以及第二电极（11）外周的电极冷却水管（25）。

3.如权利要求1所述的高温合金冶炼装置，其特征在于：所述冶炼装置还包括第一电源连接环（18）和第二电源连接环（19），所述第一电源连接环（18）和第二电源连接环（19）套接于所述第一电极（10）以及第二电极（11）的外侧，其中所述第一电源连接环（18）与第一电极（10）电连接，第二电源连接环（19）与第二电极（11）电连接，第一电源连接环（18）与第二电极连接环（19）之间设置有绝缘环（22），第一供电刷（20）与所述第一电源连接环（18）直接接触，第二供电刷（21）与所述第二电源连接环（19）直接接触，通过第一供电刷（20）和第二供电刷（21）为所述电极供电。

4.如权利要求1所述的高温合金冶炼装置，其特征在于：所述坩埚（13）的底部设置有坩埚支撑（23），所述坩埚支撑（23）用于支撑所述坩埚（13）。