CN109604566A - 电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，包括若干由下到上依次连接的结晶器层模，相邻两所述结晶器层模之间设有层模连接装置；各所述结晶器层模包括层模支座，所述层模支座上设有结晶器层腔，若干所述结晶器层腔上下连通构成异型型腔；所述层模支座上设有层腔冷却装置；本发明将结晶器设置为多层所述结晶器层模构成的结构，每层的高度可由该段所述结晶器层腔的形状合理设计，使用时每电渣熔铸一层再连接上一层，层层熔铸后形成叶片；这样可解决自耗电极不易插入异型型腔的困难，使得电渣熔铸技术可应用于叶片铸造，生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片，本发明分多层设置，在某层结构出现损坏时更易更换和维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种结晶器，尤其涉及一种电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器。
背景技术
目前公知的叶片、螺旋叶片是采用砂模熔铸成型，即先制造工件模型，然后制造砂模，将液体钢(或其它金属合金浇入砂模)，待金属冷却后去除砂模，获得工件。此法铸造的叶片、螺旋叶片在铸造过程中叶片内部组织疏松、容易产生气孔、裂纹等内部缺陷，整体质量不高，使用寿命短。
电渣熔铸是一种使金属精炼和铸造成型一次完成，生产优质合金铸件的电渣冶金工艺，其基本设备包括电渣炉、结晶器、电源变压器，结晶器内设置铸件成型的异型型腔，并配有冷却装置，在铸造时，自耗电极插入型腔内的液渣中，利用电流通过液渣所产生的电阻热，不断地将自耗电极熔化，熔化的金属汇聚成滴，穿过渣层滴入金属熔池，同时在异型型腔内凝固成铸件。该工艺获得的铸件具有金属纯洁、金属组织致密、成分和组织均匀、结晶细化、铸件表面光洁等优点，是理想的叶片铸造技术。
但在实际应用时，因叶片(如发电机叶轮、螺旋叶片等)都是具有较复杂曲面形状的零件，所以异型型腔也成为与其匹配的较复杂形状；另外腔壁多为导电金属材料，自耗电极不但需要做成与异型型腔相类似的结构以便于形成均匀的熔滴，而且自耗电极要保持不能接触腔壁而发生短路，因此自耗电极难以顺利地伸入异型型腔内形成良好的熔化滴入，这使得电渣熔铸技术在叶片铸造行业难以进行应用，目前还没有可解决上述问题的相关技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可将电渣熔铸技术用于叶片铸造，可生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片，且方便维护的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，包括若干由下到上依次连接的结晶器层模，相邻两所述结晶器层模之间设有层模连接装置；各所述结晶器层模包括层模支座，所述层模支座上设有结晶器层腔，若干所述结晶器层腔上下连通构成异型型腔；所述层模支座上设有层腔冷却装置。
作为优选的技术方案，所述结晶器层模包括若干横向依次连接的结晶器分模，同一层的相邻两所述结晶器分模之间设有分模连接装置。
作为优选的技术方案，所述结晶器分模包括分模筒体，同一层若干所述分模筒体共同构成所述层模支座，同一层相邻两所述分模筒体之间设有所述分模连接装置；所述分模筒体的一端固定密封连接有型腔分片，同一层若干所述型腔分片共同构成所述结晶器层腔的腔壁。
作为优选的技术方案，所述分模筒体的横截面呈四边形设置，所述分模筒体包括筒体顶壁、筒体底壁以及位于所述筒体顶壁和所述筒体底壁之间的两个筒体侧壁。
作为优选的技术方案，所述分模连接装置包括设置在所述筒体侧壁上的侧法兰，同一层相邻两所述结晶器分模上的所述侧法兰之间连接有固定螺栓。
作为优选的技术方案，所述层模连接装置包括设置在所述筒体顶壁上的顶法兰和设置在所述筒体底壁上的底法兰，所述顶法兰与上一相邻所述结晶器分模上的底法兰之间连接有固定螺栓，所述底法兰与下一相邻所述结晶器分模上的顶法兰之间连接有固定螺栓。
作为优选的技术方案，所述层腔冷却装置包括设置在各所述分模筒体内且与对应的所述型腔分片相连的分片冷却室，所述分片冷却室串联或者并联设置。
由于采用了上述技术方案，电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，包括若干由下到上依次连接的结晶器层模，相邻两所述结晶器层模之间设有层模连接装置；各所述结晶器层模包括层模支座，所述层模支座上设有结晶器层腔，若干所述结晶器层腔上下连通构成异型型腔；所述层模支座上设有层腔冷却装置；本发明将结晶器设置为多层所述结晶器层模构成的结构，每层的高度可由该段所述结晶器层腔的形状合理设计，使用时每电渣熔铸一层再连接上一层，层层熔铸后形成叶片；这样可解决自耗电极不易插入异型型腔的困难，使得电渣熔铸技术可应用于叶片铸造，生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片，本发明分多层设置，在某层结构出现损坏时更易更换和维护。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的整体立体结构示意图；
图2是本发明实施例若干型腔分片组合成异型型腔的立体结构示意图，图中隐去单侧的若干结晶器分模及支撑分模以方便示意；
图3是本发明实施例位于异型型腔中部一结晶器分模的立体剖视结构示意图；
图4是本发明实施例位于异型型腔边部一结晶器分模的立体剖视结构示意图；
图5是本发明实施例最底层结晶器层模组装后的立体结构示意图；
图6是本发明实施例第二层结晶器层模与最底层结晶器层模组装后的立体结构示意图；
图7是本发明实施例所针对的叶片立体结构示意图；
图8是图7另一视角的立体结构示意图。
图中：1-叶片；2-结晶器层模；21-层模支座；22-结晶器层腔；3-结晶器分模；31-分模筒体；32-型腔分片；33-顶法兰；34-底法兰；35-侧法兰；36-对接法兰；4-分片冷却室；41-筒体补壁；42-冷却流体进管；43-冷却流体回管；44-冷却密封板；5-支撑分模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1至图8共同所示，电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，包括若干由下到上依次连接的结晶器层模2，若干所述结晶器层模2构成本实施例的结晶器。相邻两所述结晶器层模2之间设有层模连接装置。各所述结晶器层模2包括层模支座21，所述层模支座21上设有结晶器层腔22，当然所述结晶器层腔22为上下贯通的。若干所述结晶器层腔22上下连通构成异型型腔，所述异型型腔即为本实施例熔滴冷却凝固结晶成叶片1的腔体。所述层模支座21上设有层腔冷却装置。本实施例将结晶器设置成为多层所述结晶器层模2构成的结构，每层的高度可由该段所述结晶器层腔22的形状合理设计，即当叶片1在某一高度段的曲面起伏变化较大时，该段对应的所述结晶器层模2的高度设计较小，这样在该层所述结晶器层模2固定连接后进行电渣熔铸时，自耗电极可方便插入；反之，当叶片1在某一高度段的曲面起伏变化较小时，该段对应的所述结晶器层模2的高度设计可相对加大，这样可尽量减少层数，在保证顺利铸造的前提下，减少铸造次数，提高铸造效率。
所述结晶器层模2包括若干横向依次连接的结晶器分模3，即每层的所述结晶器层模2又分成若干个所述结晶器分模3，同一层的相邻两所述结晶器分模3之间设有分模连接装置。
本实施例所述结晶器分模3包括分模筒体31，同一层若干所述分模筒体31共同构成所述层模支座21，同一层相邻两所述分模筒体31之间设有所述分模连接装置。所述分模筒体31的横截面呈四边形设置，该四边形可以为梯形、矩形等，本实施例示意为矩形，方便制作。所述分模筒体31包括筒体顶壁、筒体底壁以及位于所述筒体顶壁和所述筒体底壁之间的两个筒体侧壁，所述筒体顶壁、所述筒体底壁和两筒体侧壁均为钢板材质且为焊接成一体后形成所述分模筒体31的。所述分模连接装置包括设置在所述筒体侧壁上的侧法兰35，同一层相邻两所述结晶器分模3上的所述侧法兰35之间连接有固定螺栓，本实施例在所述筒体侧壁上直接开设连接孔，这样所述筒体侧壁上自带所述侧法兰35，不用另外焊接，简化了结构。基于上述结构，本实施例所述层模连接装置包括设置在所述筒体顶壁上的顶法兰33和设置在所述筒体底壁上的底法兰34，所述顶法兰33与上一相邻所述结晶器分模3上的底法兰34之间连接有固定螺栓，所述底法兰34与下一相邻所述结晶器分模3上的顶法兰33之间连接有固定螺栓，即上下层所述结晶器层模2的连接是通过相邻的顶法兰33和底法兰34之间连接孔之间安装所述固定螺栓来实现的，这样每层所述结晶器分模3在高度方向也有对应关系，方便加工生产和组装。所述顶法兰33和所述底法兰34也为分别在所述筒体顶壁和所述筒体底壁上开连接孔而形成。当然本实施例所述结晶器层模2上也有可能包括不参与构成异型型腔的支撑分模5，所述支撑分模5主要用来使各层所述结晶器层模2形成相同的层面，便于加工和组装，所述支撑分模5可直接为筒体底壁、筒体顶壁和两筒体侧壁焊接而成，可不设置层腔冷却装置。
所述分模筒体31的一端固定密封连接有型腔分片32，同一层若干所述型腔分片32共同构成所述结晶器层腔22的腔壁。所述型腔分片32可以为铜材质，是通过焊接固定密封在所述分模筒体31的一端的，进一步的所述分模筒体31的周面与所述型腔分片32的边沿对应，这样所述分模筒体31相互固定连接后，所述型腔分片32自然构成所述结晶器层腔22，直至最后成为所述异型型腔。根据构成所述异型型腔的所述型腔分片32的位置的不同，所述型腔分片32有位于异型型腔的中部与叶片1的侧曲面的中部对应的，也有位于异型型腔的边部与叶片1的侧曲面边缘对应的，这样其对应的所述结晶器分模3的结构也略有所差别，即边部的所述型腔分片32在所述分模筒体31横截面上的投影面积小于该分模筒体31的横截面积，而未投影到的部分另外焊接筒体补壁41，用以后续能形成分片冷却室4，该结构可参考图3和图4得出。本实施例所述结晶器层模2是按对应段叶片1的横截面分隔成为两个半模组的，各半模组均有若干所述结晶器分模3排列固定连接形成，端部的所述结晶器分模3形成对接，当然端部的所述分模筒体31上设置对接法兰36，通过对接法兰36将两个半模组对接成为一层所述结晶器层模2。
所述层腔冷却装置包括设置在各所述分模筒体31内且与对应的所述型腔分片32相连的分片冷却室4，所述分片冷却室4串联或者并联设置。本实施例在所述分模筒体31内靠近所述型腔分片32的位置固定焊接一冷却密封板44，所述冷却密封板44与所述分模筒体31的筒壁及所述型腔分片32构成所述分片冷却室4，当然根据上文所述，对于边部的所述结晶器分模3来说，分片冷却室4是由所述冷却密封板44、所述分模筒体31的筒壁、所述型腔分片32和所述筒体补壁41构成的。所述冷却密封板44上固定连接一冷却流体进管42和一冷却流体回管43，所述冷却流体进管42和所述冷却流体回管43的端部均伸至所述分模筒体31的另一筒口处，方便连接管路。所述串联、并联的连接设置为公知技术，在此不再赘述且在图中未示出。由所述冷却密封板44在所述分模筒体31内直接间隔出所述分片冷却室4，冷却流体可直接带走所述型腔分片32上的热量，从而可快速对自耗电极的熔滴形成冷却，可达到快速凝固成型的效果，提高了铸造效率。所述冷却流体优选用水，当然也可用空气或者其他混合液体等。
本实施例的使用方法为：每层所述结晶器分模3可预先组装完毕，先将最底层的所述结晶器分模3放到指定位置，接好冷却管路，自耗电极伸入该层的所述结晶器层腔22内，进行电渣熔铸，该层所述结晶器层腔22内熔铸完毕后，向上抬起自耗电极，然后快速将第二层的所述结晶器分模3组装到最底层的所述结晶器分模3上，第二层的所述结晶器层腔22自然与最底层所述结晶器层腔22连通，接好冷却管路，然后自耗电极插入，继续电渣熔铸，直至第二层所述结晶器层腔22内熔铸完毕，以此类推，直到最上层的所述结晶器层腔22内熔铸完毕，在此过程中所述分片冷却室4共同构成对所述异型型腔的持续冷却，熔滴可由下至上快速凝固成型，待达到指定要求后，先拆除冷却管路，然后将所有层的所述结晶器层模2按所述结晶器分模3一个个拆除，最后将熔铸成型的叶片1取出即可。
本实施例将结晶器在高度方向进行分层，并通过分级电渣熔铸，自耗电极可在每次电渣熔铸时顺利伸入异型型腔，实现了将电渣熔铸技术用于叶片1铸造，从而生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片1。本实施例更将每层所述结晶器层模2分体，形成若干所述结晶器分模3的组合式结构，可方便熔铸完毕后模具的拆除，使本实施例成为一个电渣熔铸叶片1的整体；同时，分层分体使得单个所述结晶器分模3结构较小，当某个出现损坏时，更易维护或更换。本实施例是将电渣熔铸应用于叶片1铸造的突破性技术，对提高发电机叶轮等叶片1的质量具有广泛的意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：包括若干由下到上依次连接的结晶器层模，相邻两所述结晶器层模之间设有层模连接装置；各所述结晶器层模包括层模支座，所述层模支座上设有结晶器层腔，若干所述结晶器层腔上下连通构成异型型腔；所述层模支座上设有层腔冷却装置。
2.如权利要求1所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述结晶器层模包括若干横向依次连接的结晶器分模，同一层的相邻两所述结晶器分模之间设有分模连接装置。
3.如权利要求2所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述结晶器分模包括分模筒体，同一层若干所述分模筒体共同构成所述层模支座，同一层相邻两所述分模筒体之间设有所述分模连接装置；所述分模筒体的一端固定密封连接有型腔分片，同一层若干所述型腔分片共同构成所述结晶器层腔的腔壁。
4.如权利要求3所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述分模筒体的横截面呈四边形设置，所述分模筒体包括筒体顶壁、筒体底壁以及位于所述筒体顶壁和所述筒体底壁之间的两个筒体侧壁。
5.如权利要求4所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述分模连接装置包括设置在所述筒体侧壁上的侧法兰，同一层相邻两所述结晶器分模上的所述侧法兰之间连接有固定螺栓。
6.如权利要求4所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述层模连接装置包括设置在所述筒体顶壁上的顶法兰和设置在所述筒体底壁上的底法兰，所述顶法兰与上一相邻所述结晶器分模上的底法兰之间连接有固定螺栓，所述底法兰与下一相邻所述结晶器分模上的顶法兰之间连接有固定螺栓。
7.如权利要求3至6任一权利要求所述的电渣熔铸叶片用多层分段组合式分体异型结晶器，其特征在于：所述层腔冷却装置包括设置在各所述分模筒体内且与对应的所述型腔分片相连的分片冷却室，所述分片冷却室串联或者并联设置。
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