CN109989102A - 一种铸型室、铸造炉及单晶、细晶、非晶铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用不同步弯曲过冷技术的铸型室、铸造炉及单晶、细晶、非晶铸造方法，属于精密铸造设备技术领域，解决了铸造炉无法同时具备制造单晶、细晶和非晶三种铸造功能以及非晶态还不能获得常规铸造意义上的产物、单晶在工业上也无法达到无树枝晶的平面凝固水平、细晶铸造也因其凝固速度太快而不能满足某些产品对致密度的要求。该三功能铸造炉包括加热线圈绕组、第一冷屏组件、第一超导线圈、第二冷屏组件和第二超导线圈；第一超导线圈设于第一冷屏组件的内部，第二超导线圈设于第二冷屏组件的内部；第一超导线圈和第二超导线圈产生的磁场方向相反；第一超导线圈和线圈绕组构成正向静磁场加热区，第二超导线圈构成反向静磁场区。

Description

一种铸型室、铸造炉及单晶、细晶、非晶铸造方法

技术领域

本发明涉及一种精密铸造设备，尤其涉及一种采用不同步弯曲过冷技术的铸型室、铸造炉及单晶、细晶、非晶铸造方法。

背景技术

现有技术中，铸造炉的功能均较为单一，无法同时具备制造单晶、细晶和非晶三种铸造功能。

具体来说，单晶炉仅用于生产单晶铸件，单晶铸件的晶粒组织没有晶界，整个铸件是一个晶粒，现有的工业用单晶炉是以树枝晶方式生长的，一旦树枝晶脱落，脱落的树枝晶残块会恶化单晶的生长条件，影响单晶的生长，即使树枝晶不脱落，树枝晶型单晶也远不及目前尚未用于工业生产的平面凝固型单晶，这是因为，树枝晶型单晶存在树枝晶成分偏析、在树枝晶之间容易出现凝固疏松和小角度晶界等。

细晶炉用于生产细晶铸件，细晶铸件的晶粒组织所含晶粒越多越好，晶粒尺寸越细小越好，现有的各种细晶炉，无法形成均匀一致、各向同性、平衡稳定的细等轴晶，而且由于上述细晶炉无法形成深过冷纯液体充入型腔和稳定凝固，因此，其充型能力和晶粒的细化程度较差。

而对于非晶态金属，其具有高强度、高弹性、高导磁率和优良的耐磨、耐腐蚀性能以及各向同性的特点，目前非晶态金属制品的生产是没有铸造炉的。现有的生产非晶态金属的方法主要包括气相沉积、化学沉积、离子注入电沉积、单辊法和双辊法，还没有用于生产非晶态金属的铸造炉。但是，上述方法得到的非晶态金属均为厚度不到1mm的薄带。如果需要制成块状必须将上述薄带叠加起来，显然，这种块状物的性能是各向异性的。此外，现有的具有单晶和细晶双功能铸造炉，线圈需要同时加热和产生静磁场，导致其无法产生较强的磁场，金属或合金液体的过冷程度不足。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种采用不同步弯曲过冷技术的铸型室、铸造炉及单晶、细晶、非晶铸造方法，解决了现有技术中铸造炉无法同时具备制造单晶、细晶和非晶三种铸造功能以及非晶态还不能获得常规铸造意义上的产物、单晶在工业上也无法达到无树枝晶的平面凝固水平、细晶铸造也因其凝固速度太快而不能满足某些产品对致密度的要求。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种铸型室，包括加热线圈绕组、第一冷屏组件、第一超导线圈、第二冷屏组件和第二超导线圈；第一冷屏组件设于加热线圈绕组的外侧，第一超导线圈设于第一冷屏组件的内部，第二超导线圈设于第二冷屏组件的内部；第二冷屏组件设于第一冷屏组件的下方，第一超导线圈和第二超导线圈产生的磁场方向相反；第一超导线圈和加热线圈绕组构成正向静磁场加热区，第二超导线圈构成反向静磁场区。

进一步地，第一冷屏组件包括位于第一超导线圈两侧的第一冷屏以及位于第一超导线圈顶部和底部的第一冷屏盖板，第一冷屏和第一冷屏盖板构成容纳第一超导线圈的空间；第二冷屏组件包括位于第二超导线圈两侧的第二冷屏以及位于第二超导线圈顶部和底部的第二冷屏盖板，第二冷屏和第二冷屏盖板构成容纳第二超导线圈的空间，在第一超导线圈内侧包含加热线圈，在加热线圈绕组内侧设有过冷处理坩埚。

进一步地，第一冷屏组件的上方和下方分别设有碳纤维隔热层盖板和磁受体隔热屏；碳纤维盖板和磁受体隔热屏分别设于加压炉室的顶部和底部。

进一步地，第一冷屏组件与第二冷屏组件之间垫设石墨承载板，石墨承载板设于磁受体隔热屏下方；第一冷屏组件的外侧套设有外壳，外壳用于包围住加热线圈绕组、隔热层、第一冷却管路和第一冷屏组件并形成封闭空间。

另一方面，本发明还公开了一种铸造炉，铸造炉包括加压炉室、真空炉室、升降立柱合并结晶器、铸型模壳、铸型模壳升降托盘以及上述的铸型室；铸型模壳设于铸型模壳升降托盘上，铸型模壳升降托盘设于升降立柱合并结晶器上；加热线圈绕组、第一冷屏组件、第一超导线圈位于加压炉室内；第二冷屏组件和第二超导线圈位于真空炉室内。

进一步地，铸造炉还包括熔化坩埚和铸型室，铸型室包括支撑圆筒、过冷处理坩埚及热电偶测温杆合并柱塞棒；支撑圆筒用于支撑过冷处理坩埚，热电偶测温杆合并柱塞棒在钢液进入过冷处理坩埚之前具有隔离加压炉室和真空炉室的作用，在钢液进入过冷处理坩埚之后具有测温和柱塞过冷金属或合金液体底注口的作用。

进一步地，铸造炉还包括隔热垫，隔热垫设于铸型模壳与铸型模壳升降托盘之间。

另一方面，本发明还公开了一种单晶或定向凝固铸造方法，采用上述铸造炉，单晶或定向凝固铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：开启第一超导线圈、加热线圈绕组和第二超导线圈，使加压炉室内的铸型室内的单晶或定向凝固铸型模壳内形成强静磁场环境，然后将步骤1的在熔化坩埚中熔化好的母合金液体浇注入该铸型模壳内在强静磁场环境下实现深度过冷；

步骤3：通过升降立柱合并结晶器将步骤2铸型模壳下拉至真空炉室中，下拉过程中该铸型模壳由上而下通过磁受体隔热屏以及第二、第一超导线圈互相反向静磁场形成的零磁面，使得铸型模壳内的金属或者合金液体自下而上顺序凝固成单晶或者定向凝固产品。

另一方面，本发明还公开了一种细晶和非晶铸造方法，采用上述铸造炉，细晶铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：将加压炉室充入惰性气体，并且将压力控制在设定压力值；开启第一超导线圈和加热线圈绕组，使加压炉室内的铸型室内的过冷处理坩埚内形成强静磁场环境；然后将在步骤1熔化坩埚中熔化好的母合金浇注至铸型室内的过冷处理坩埚内；

步骤3：将过冷处理坩埚内的金属或者合金液体温度降至其熔点以下一定温度后，向上提拉热电偶测温杆合并柱塞棒，金属或合金液体浇注至铸型模壳内；铸型模壳内的金属或者合金液体凝固成细晶或者非晶。

再一方面，本发明还公开了一种细晶和非晶铸造方法，采用上述铸造炉，细晶铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：将加压炉室充入惰性气体，并且将压力控制在设定压力值；开启第一超导线圈和加热线圈绕组，，使加压炉室内的铸型室内形成强静磁场环境；

步骤3：通过升降立柱合并结晶器将铸型模壳上升至加压炉室中的过冷铸型室内，将步骤1熔化好的母合金液体浇注至入过冷铸型室内的铸型模壳内；该金属或合金液体在步骤2的超导线圈可长时稳定地提供强静磁场，使该液体发生长时稳定的深过冷，此间深过冷液体完成气泡、夹杂的逸出，在关闭该超导线圈后会形成致密细晶；或者因散失热量而失去液态所需的平均平动动能，而形成非晶。

与现有技术相比，本发明的至少可以实现以下有益效果之一：

(1)与现有技术相比，本发明采用了在弱作用力引力场中叠加强作用力引力场，或者是在强作用力引力场中叠加弱作用力引力场的情况下，或称之为在叠加第二个引力场的情况下，而因为两个或两个以上的引力场感受体对这两种相互叠加的引力场的各自感受程度不同，而使得这两个或两个以上的引力场感受体各自的时空区间弯曲程度不同，或称它们的时空弯曲不同步，而由此导致这两个或两个以上的引力场感受体的行为与不叠加这第二个引力场的情况下的行为不同的物理现象。在我们这里较弱的作用力引力场是指万有引力引力场，而静电电磁场就是上述较强的作用力引力场。静电电磁场在物理学的四种基本力中的相对强度是10^－2，而万有引力则是10^－40，其强弱相差很大，如果它们叠加在一起，则处于其中的原子的电子的行为会与中性的原子不同，而随静电场的强度增大而有较大的改变。本发明提供的铸型室采用超导材料制成第一超导线圈和第二超导线圈，其中，第一超导线圈内部形成的较强的磁场，较弱的万有引力场与较强的静磁场相互叠加，能够产生上述的时空区间不同步弯曲，金属或合金液体的原子与原子之间不能成键结晶，使得合金产生高外界干扰容忍度的、高空间转移稳定性的、高时间长度稳定性的液体深过冷能力，因此，使得处在第一超导线圈内金属或合金液体散失热量的过程中，其温度降低到其常态凝固点以下时，也不会凝固，甚至散失热量直至失去维持液态所需的平均平动动能，而凝固成为非晶态。

(2)本发明提供的铸造炉能够用于铸造细晶，金属或合金液体将在深度过冷的、远大于常态凝固的热力学驱动力下，在铸型内各个角落均匀地、爆发性地大量生核结晶，形成超级细晶组织，在达到工业的量级水平和工业条件粗糙度的水平之下，在整个铸造截面上几乎都是均匀一致的细小的等轴晶晶粒，其晶粒的细小程度甚至可以超过锻造级，而且没有锻造、轧制组织的枳构和储存能，是各向同性的和平衡稳定的细等轴晶。尤其是还延长了液体在铸型型腔中深过冷的维持时间，不仅充型能力达到了纯液体的充型能力，而且由于充型完成后此纯液体还可以维持一段时间，这就也给气体和夹杂物以及凝固补缩提供了所需的时间，使其致密度也与锻造、轧制相当。

(3)本发明提供的铸造炉能够用于定向凝固以及铸造单晶，由于第一超导线圈产生的强静磁场，因而获得中性原子和其电子所处时空区间的不同步弯曲，这使得金属或合金液体具有低于常态熔点的过冷熔点，在常规温度梯度的温度宽度的基础上，叠加常态熔点到过冷熔点的温度宽度，相当于提高了单晶铸造过程中的温度梯度，这样可以达到几乎没有树枝晶的平面凝固的水平，而且由于这种过冷是施加手段使得原子的电子不能成键结晶，而发生的过冷，不是靠纯净和安静产生的过冷，因此具有工业的量级水平和工业条件的粗糙度容忍水平，因此只要静磁场强度足够就可使其能够用于拉制定向共晶自生纤维复合材料产品，其使用性能远高于现有单晶产品。此外，由于第二冷屏组件的设置，降低了第二超导线圈内部的温度，此举也能够进一步提高定向凝固以及单晶铸造过程中的温度梯度。

(4)本发明提供的铸造炉能够用于铸造非晶产品，采用不同步弯曲过冷技术凝固得到的非晶态金属或合金制品由于是过冷液体的平均平动动能全部散失之后的平衡凝固，所以与目前用于工业生产的单辊法、双辊法等急冷法制得的非晶态金属或合金制品相比，更趋于热力学平衡态，储存能更小。因此，其非晶态金属或合金制品在使用中发生晶化反应而使得其非晶性能下降的趋势更小。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的细晶、非晶、单晶或者定向凝固三功能铸造炉结构示意图；

图2为实施例1提供的细晶和单晶铸造炉的内部结构示意图；

图3为本发明提供的细晶、非晶、单晶或者定向凝固三功能铸造炉的AA剖面俯视示意图；

图4为实施例2提供的细晶和非晶铸造炉的结构示意图；

图5为实施例3提供的细晶和非晶铸造炉的结构示意图；

图6为实施例3提供的细晶和非晶铸造炉的内部结构示意图；

图7为实施例4提供的铸造单晶或定向凝固铸造炉的结构示意图；

图8为实施例4提供的铸造单晶或定向凝固铸造炉的内部结构示意图。

附图标记：

1-热电偶测温显示仪；2-热电偶测温杆合并柱塞棒；3-窥视孔；4-炉盖；5-熔化坩埚；6-加压炉室；7-惰性气体加压装置；8-放气阀；9-真空炉室；10-铸型模壳；11-铸型模壳升降托盘；12-第二升降机构；13-升降立柱合并结晶器；14-高压密封圈；15-过冷处理装置；16-耐热钢波纹管；17-真空高压密封圈；18-第一升降机构；19-牵引电机；20-循环强制冷却液体输出管道；21-循环强制冷却液体输入管道；22-真空抽气管道；23-真空高压双向阀门；24-真空测试规管；25-真空抽气机组；26-直流电源；27-直流电缆；28-真空密封圈；29-过冷金属或合金液体底注口；30-钢液浇注漏斗；31-钢液底注对接口；32-隔热垫；33-钢液过冷处理坩埚；34-氧化镁耐火填砂；35-加热线圈绕组；36-碳纤维隔热层；37-第一冷却管路；38-第一冷屏；39-第一冷屏盖板；40-碳纤维隔热层盖板；41-第一超导线圈；42-外壳；43-加压炉室壁；44-缓冲胶圈；45-反向静磁场托架；46-支撑圆筒；47-第二冷却管路；48-测温热电偶；49-金属或合金液体；50-吊装倒钩；51-第二冷屏盖板；52-真空炉室壁；53-第二超导线圈；54-铸型模壳浇注口；55-第二冷屏；56-磁受体隔热屏；57-石墨承载板。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例1

本实施例提供了一种铸型室，参见图1至图3所示，该铸型室分为正向静磁场加热区以及位于正向静磁场加热区下方的反向静磁场区，包括加热线圈绕组35(例如，套有高纯氧化铝刚玉套管的钨合金加热线圈绕组35)、第一冷屏组件、第一超导线圈41、第二冷屏组件和第二超导线圈53。第一冷屏组件套设于线圈绕组的外侧，第一超导线圈41设于第一冷屏组件的内部，第一冷屏组件包围第一超导线圈41；第二超导线圈53设于第二冷屏组件的内部，第二冷屏组件包围第二超导线圈53，第二冷屏组件位于第一冷屏组件的下方，第一超导线圈41和第二超导线圈53的磁场方向相反，第一超导线圈41和加热线圈绕组35内构成和，第二超导线圈53内构成。

本实施例提供的铸型室的设计原理如下：

目前，从数学和观测两方面均已证明引力场的物理学本质是时空弯曲。在自然界的四种相互作用力中，万有引力的作用力较弱，静磁场力的作用力较强，而且由于电磁力比万有引力的作用强度要大十的几十次方倍，因此，电磁力场时空弯曲程度要远远大于万有引力场时空弯曲程度。也就是说，由于静磁场的施加，使得原子的电性部分与中性部分的时空区间发生了不同步弯曲。

具体来说，金属或合金都是由原子构成，原子包括电性部分和中性部分，电性部分就是负电子和正电子，正电子和中子构成质子，质子构成原子核，负电子在原子核外运行。无论是磁性物质还是非磁性物质，其原子中的正电子和负电子所处的时空区间在静电电磁场这样的强作用力引力场中都必然发生相应的弯曲。而该原子的中性部分所处的时空区间弯曲程度仍然维持其所处的万有引力这样的弱作用力引力场的时空区间弯曲程度，这也就是上面所说的，原子的电性部分与中性部分的时空区间弯曲程度是不同步的。这样，该物质的原子的电性部分的时空区间缩小。需要说明的是，该物质的原子的中性部分占原子核质量的99.9％，正电子的质量与负电子的质量相同，因此，质量小的在静电电磁场这样的强作用力引力场中也无法明显改变原子核在弱作用力引力场中的时空弯曲程度所决定的时空位置。因此，该物质的原子核互相之间的距离不会改变。它们之间的距离只是其平均平动动能的大小所决定的，也就是温度所决定的。而液体的凝固其实就是相邻原子的负电子电子云相接触发生电子交换成键结晶，因此如果相邻原子核之间的距离没有变，而电子云缩小了，那就无法相互接触成键结晶了，因此，在施加静磁场的电磁力时空弯曲条件下，该物质的液体温度低于凝固点仍然不会凝固或结晶，从而产生液体过冷。

与现有技术相比，本实施例提供的铸型室采用超导材料制成第一超导线圈41和第二超导线圈53，其中，第一超导线圈41内部形成的较大磁场，较弱的万有引力场与较强的静磁场相互叠加，能够产生不同步弯曲，使得处在第一超导线圈41内金属或合金的液体状态在温度下降到其常态凝固点以下时，也不会凝固，金属或合金液体49的原子与原子之间不能成键结晶，使得合金产生高外界干扰容忍度的、高空间转移稳定性的、高时间长度稳定性的液体深过冷能力。

需要说明的是，超导材料的使用温度较低，本实施例通过将第一超导线圈41设于第一冷屏组件中，将第二超导线圈53设于第二冷屏组件中，从而能够更好地隔绝加热线圈绕组35所产生的高温，保证超导材料的正常使用。

上述铸型室用于铸造细晶，金属或合金液体49将在深度过冷的、远大于常态凝固的热力学驱动力下，在铸型内各个角落均匀地、爆发性地大量生核结晶，形成超级细晶组织，在达到工业的量级水平和工业条件粗糙度的水平之下，在整个铸造截面上几乎都是均匀一致的细小的等轴晶晶粒，其晶粒的细小程度甚至可以超过锻造级，而且没有锻造、轧制组织的枳构和储存能，是各向同性的和平衡稳定的细等轴晶。尤其是还延长了液体在铸型型腔中深过冷的维持时间，不仅充型能力达到了纯液体的充型能力，而且由于充型完成后此纯液体还可以维持一段时间，这就也给气体和夹杂物以及凝固补缩提供了所需的时间，使其致密度也与锻造、轧制相当。

上述铸型室用于铸造单晶，由于第一超导线圈41产生的强静磁场，使得金属或合金液体49具有低于常态熔点的过冷熔点，在常规温度梯度的温度宽度的基础上，叠加常态熔点到过冷熔点的温度宽度，相当于提高了单晶铸造过程中的温度梯度，可以达到几乎没有树枝晶的平面凝固的水平，而且是工业的量级水平和工业条件的粗糙度容忍水平，使其能够用于拉制定向共晶自生纤维复合材料产品，其使用性能远高于现有单晶产品。此外，由于第二冷屏组件的设置，降低了第二超导线圈53内部的温度，从而能够进一步提高单晶铸造过程中的温度梯度。

上述铸型室用于非晶铸造，采用不同步弯曲过冷技术凝固得到的非晶态金属或合金制品由于是过冷液体的平衡凝固，所以与目前用于工业生产的单辊法、双辊法等急冷法制得的非晶态金属或合金制品相比，更趋于热力学平衡态，储存能更小。因此，其非晶态金属或合金制品在使用中发生晶化反应性能下降的趋势更小，而与各种沉积法相比显然更为致密。

当然，对于普通铸造的需求来说，该铸造炉的细晶铸造模式，如果不对线圈输入大功率的直流电流，使其在凝固区域产生强静磁场，也可以作为普通铸造炉使用。

考虑到超导材料对温度较为敏感，为了进一步降低加热功能为主的钨合金加热线圈绕组35对第一超导线圈41的影响，钨合金加热线圈绕组35与第一冷屏组件之间还可以设置依次套设与钨合金加热线圈绕组35外侧的隔热层(例如，碳纤维隔热层36)和第一冷却管路37(例如，循环强制冷却液体的方形铜管)，该方形铜管设有循环强制冷却液体输出管道20和循环强制冷却液体输入管道21。其中，隔热层能够较好的吸收钨合金加热线圈绕组35所产生的热量，使得钨合金加热线圈绕组35所产生的热量基本不会散发至第一冷屏组件；第一冷却管路37能够进一步降低第一冷屏组件所处的环境温度，从而能够基本上避免钨合金加热线圈绕组35对第一超导线圈41的影响，保证第一超导线圈41的超导温度要求，使其能够产生强度足够的静磁场，使得金属或合金液体49处于深过冷状态。

为了减少形成反向静磁场的第二超导线圈53的温度，在第二冷屏组件的内侧设有第二冷却管路47，第二冷却管路47同样为循环强制冷却液体的方形铜管，通过第二冷却管路47能够确保第二超导线圈53所需的低温环境，进而确保反向静磁场与正向静磁场之间，在磁受体隔热屏56处形成零磁面，截断向下的静磁场造成的不同步时空弯曲的过冷作用，形成较高的温度梯度。另外，第二冷屏组件的冷却作用也有助于形成较高的温度梯度。

对于第一冷屏组件和第二冷屏组件的结构，具体来说，第一冷屏组件包括位于第一超导线圈41两侧的第一冷屏38以及位于第一超导线圈41顶部和底部的第一冷屏盖板39，第一冷屏38和第一冷屏盖板39构成容纳第一超导线圈41的空间；同样地，第二冷屏组件包括位于第二超导线圈53两侧的第二冷屏55以及位于第二超导线圈53顶部和底部的第二冷屏盖板51，第二冷屏55和第二冷屏盖板51构成容纳第二超导线圈53的空间。

为了进一步减少加热和正向静磁场施加区的热量和磁力线穿出，提高温度梯度，第一冷屏组件的上方和下方可以分别设置碳纤维隔热层盖板40和磁受体隔热屏56；碳纤维隔热层盖板40能够减少铸型室内热量的散失，而在第一冷屏组件的底部设置磁受体隔热屏56能够更好地将第一冷屏组件与外界环境隔离，使得第一冷屏组件产生的冷量不会散发至外界环境中，从而能够进一步减少第一冷屏组件的冷量流失，保证第一超导线圈41能够在足够低的温度下工作，从而产生足够强的静磁场。此外，位于第一冷屏组件下方的磁受体隔热屏56还能够减少加热和正向静磁场施加区内的热辐射和吸收磁力线。需要说明的是，上述磁受体隔热屏56需要至少延伸至钨合金加热线圈绕组35，这样，磁受体隔热屏56不仅能够起到隔绝第一冷屏组件冷量、钨合金加热线圈绕组35热量的作用，还能够起到支撑加热线圈绕组35、隔热层、第一冷却管路37和第一冷屏组件作用。

为了减少第一超导线圈41产生的磁力线与第二超导线圈53产生的磁力线之间的影响，第一冷屏组件与第二冷屏组件之间可以垫设石墨承载板57，该石墨承载板57不仅能够耐高温，保证上述铸型室整体结构的稳定性，还能够吸收第一超导线圈41和第二超导线圈53产生的磁力线，从而能够减少第一超导线圈41产生的磁力线与第二超导线圈53产生的磁力线之间的影响。

为了提高上述铸型室整体结构的稳定性，上述第一冷屏组件的外侧可以套设外壳42，外壳42包围加热线圈绕组35、隔热层、第一冷却管路37和第一冷屏组件，使得上述组件能够构成一个整体，提高铸型室整体结构的稳定性，此外，上述壳体还能够保护第一冷屏组件遭受碰撞，从而保证第一冷屏组件的正常使用。

可以理解的是，为了方便上述铸型室的装配和维修，其还可以包括设于壳体外侧的吊装倒钩50，通过吊装倒钩50可以更加方便地对铸型室进行装配、更换和维修。

实施例2

本实施例提供了一种细晶和非晶铸造炉，如图1至图4，包括加压炉室6、真空炉室9、实施例一提供的铸型室、位于反向静磁场施加区内的升降立柱合并结晶器13、铸型模壳10及铸型模壳升降托盘11；铸型模壳10设于铸型模壳升降托盘11上，铸型模壳升降托盘11设于升降立柱合并结晶器13上；加热线圈绕组35、第一冷屏组件、第一超导线圈41位于加压炉室6内；第二冷屏组件和第二超导线圈53位于真空炉室9内。

具体地，本实施例的加热线圈绕组35内侧设有支撑圆筒51(例如，氧化铝耐火材料支撑圆筒51)，支撑筒内设有过冷处理坩埚33，例如，氧化镁耐火材料过冷处理坩埚33，氧化镁耐火材料过冷处理坩埚33内填充有氧化镁耐火填砂34，过冷处理坩埚33上方设有设有钢液浇注漏斗30，热电偶测温杆合并柱塞棒2贯穿于钢液浇注漏斗30和过冷处理坩埚33，其底部贯穿过支撑圆筒51延伸至过冷金属或合金液体底注口29，热电偶测温杆合并柱塞棒2内部设有测温热电偶48，该测温热电偶48顶部设有热电偶测温显示仪1，用于显示加压炉室6内的温度；在过冷金属或合金液体底注口29底部对应的钢液底注对接口31，该对接口用于对接铸型模壳浇注口54，铸型模壳浇注口54设于铸型模壳10顶面，铸型模壳10设于隔热垫32上，隔热垫32设于铸型模壳升降托盘11上，铸型模壳升降托盘11底部与升降立柱合并结晶器13连接，而升降立柱合并结晶器13与第二升降机构12(即铸型模壳10升降机)连接。

为了使金属或合金液体49注入到铸型模壳10内，在加压炉室6顶部设有用于升降热电偶测温杆合并柱塞棒2的第一升降机构18，该第一升降机构18与牵引电机19连接，通过牵引电机19带动第一升降机构18移动，从而带动升降热电偶测温杆合并柱塞棒2向上移动。需要说明的是，在升降热电偶测温杆合并柱塞棒2与加压炉室6壁接触的地方分别设有真空高压密封圈17和耐热钢波纹管16，其中，真空高压密封圈17用于保证加压炉室6的密封性。

为了提高加压炉室6和真空炉室9的密封性，加压炉室6和真空炉室9的接触界面处设有高压密封圈14，避免加压炉室6内和真空炉室9内的气体与外界气体产生对流，保证加压炉室6的加压环境和真空炉室9的真空状态。

为了观察加压炉室6内的铸造情况，在铸造炉顶部设有窥视孔3，窥视孔3的边上设有铸造炉的炉盖4；另外，在加压炉室6的底部设有放气阀8，当需要将加压炉室6内卸压时，可以打开放气阀8。

为了方便过冷处理坩埚33的更换，上述铸型室还可以包括用于固定过冷处理坩埚33的耐火填砂层(例如，氧化煤耐火填砂)，耐火填砂层通过支撑筒(例如，氧化铝耐火材料支撑圆筒51)架设在加热线圈绕组35的内壁。在实际应用过程中，过冷处理坩埚33属于消耗品，当需要更换过冷处理坩埚33时，可以将已经损坏的过冷处理坩埚33从耐火填砂中取出，然后将新的过冷处理坩埚33安置于耐火填砂中即可。此外，由于上述耐火填砂层的颗粒之间存在缝隙，一旦过冷处理坩埚33出现裂缝使得金属或合金液体49流出，流出的液体可以渗透至耐火填砂层颗粒之间的缝隙中，而不会进一步损坏支撑筒或加热线圈绕组35。

为了使上述细晶和非晶铸造炉的加压炉室6和真空炉室9处于真空状态，本发明的铸造炉还包括抽真空装置；其中，抽真空装置包括真空抽气管道22、真空高压双向阀门23、真空测试规管24和真空抽气机组25；真空抽气管道22与铸造炉的加压炉室壁43和真空炉室壁52连通，当需要向加压炉室6和真空炉室9进行真空处理时，开启真空抽气机组25，通过真空抽气管道22进行抽真空，加压炉室6和真空炉室9均处于真空状态后，关闭真空高压双向阀门23，利用真空测试规管24使真空炉室9内保持一定的真空度。

为了更好的固定真空炉室9，在真空炉室9底部设有反向静磁场托架45，且在反向静磁场托架45底部设有缓冲胶圈44，缓冲胶圈44用于保证过冷金属或合金液体底注口29与铸型模壳浇注口54直接弹性接触。

为了使加压炉室6处于加压状态，本发明的铸造炉还包括惰性气体加压装置7，惰性气体加压装置7通过管道与加压炉室6内部连通。超导线圈所用的直流电源26通过直流电缆27与静磁场过冷处理装置15连接，过冷处理装置15内设有过冷处理坩埚33(例如，氧化镁耐火过冷处理坩埚33)。

与现有技术相比，本实施例提供的铸造炉将炉室分为加压炉室6和真空炉室9，两者存在压差，当金属或合金液体49通过过冷处理坩埚33底部的出钢口和铸型模壳10顶部的浇注口进入铸型模壳10中时，金属或合金液体49能够在压差的作用下快速注入到铸型模壳10中，从而实现快速铸造。

需要说明的是，将上述铸造炉的炉室分为加压炉室6和真空炉室9是为了适应铸型室的改进，具体来说，由于金属或合金液体49处于过冷处理坩埚33中，在第一超导线圈41产生的强磁场的作用下，会发生深度过冷，其过冷程度要远远大于非超导材料制成的普通线圈，在浇注过程中，一旦金属或合金液体49脱离第一超导线圈41产生的强磁场的作用，会发生快速凝固，如果金属或合金液体49的流动速度过慢，容易在出钢口、出钢口与铸型模壳10顶部的浇注口之间或浇注口处就发生凝固而无法得到期望的产品，因此，将上述铸造炉的炉室分为加压炉室6和真空炉室9，金属或合金液体49通过过冷处理坩埚33底部的出钢口以及铸型模壳10顶部的浇注口进入到铸型模壳10中时，金属或合金液体49能够在压差的作用下快速注入到铸型模壳10中，从而避免在浇注过程中，金属或合金液体49凝固在出钢口、出钢口与浇注口之间或浇注口处。

附图1和附图2为该细晶和单晶的铸造炉的基本模式，该模式可以适用于一般情况的金属细晶和非晶铸造。

实施例3

本实施例提供了一种细晶和非晶铸造炉，如图5和图6所示，该细晶和非晶铸造炉与实施例二的铸造炉的基本结构和运行方式相同，只是将实施例二提供的细晶和非晶铸造炉中的测温热电偶48、热电偶测温杆合并柱塞棒2、过冷处理坩埚33及其内的金属或合金液体49、氧化镁填砂、支撑圆筒51、过冷金属或合金液体底注口29、铸型模壳浇注口54、缓冲胶圈44以及反向静磁场托架45卸掉，调整为如附图5和附图6的结构，即在升降立柱合并结晶器13上设置铸型模壳升降托盘11，铸型模壳升降托盘11上放置隔热垫32，在隔热垫32上设置铸型模壳10，利用升降立柱合并结晶器13将铸型模壳10上升到加压炉室6内，通过钢液浇注漏斗30向铸型模壳10内浇注金属或合金液体49。

实施例4

本实施例提供了一种单晶或定向凝固铸造炉，该单晶或定向凝固铸造炉的基本结构和运行方式与实施例3相同，其不同之处在于，升降立柱结晶器顶部直接与铸型模壳10接触，必须撤掉两者之间的隔热垫32，以利于结晶器发挥定向导热作用，调整之后的单晶或定向凝固炉的结构如附图7和附图8所示，即在升降立柱合并结晶器13上设置铸型模壳升降托盘11，利用升降立柱合并结晶器13将铸型模壳10上升到加压炉室6内，通过钢液浇注漏斗30向铸型模壳10内浇注金属或合金液体49，将浇注完合金液体的铸型模壳10再次利用升降立柱合并结晶器13下拉至真空室内。

实施例5

本实施例提供了一种细晶和非晶在不同步弯曲强磁场区的浇注方法，采用实施例2的细晶铸造炉，该细晶浇注方法包括如下步骤：

步骤1：将母合金原材料放入熔化坩埚5内。

步骤2：关闭炉盖4和下炉门，开启第一冷屏组件、第一冷却管路37(例如，循环强制冷却液体的方形铜管)、第二冷屏组件和第二冷却管路47，开启真空抽气机组25和真空抽气管道22，将加压炉室6和真空炉室9抽成真空状态，并保持一定的真空度。

步骤3：关闭真空高压双向阀门23，开启惰性气体加压装置7，使上炉室内的压力达到设定的压力值；将真空炉室9内抽至设定真空度。

步骤4：开启直流电源26，向套有高纯氧化铝刚玉管的钨合金加热线圈绕组35输入直流电，钨合金加热线圈绕组35产生热量并加热熔化坩埚5及其内的母合金原料；同时向第一超导线圈41输入直流电，通电后第一超导线圈41产生静磁场，进而使过冷处理装置15及过冷处理坩埚33处于静磁场中。

步骤5：将熔化坩埚5内的母合金原材料熔化成熔融状态，并经钢液浇注漏斗30注入过冷处理装置15内的过冷处理坩埚33中。

步骤6：调整直流电强度和冷却管道内的循环强制冷却液体介质的流速，使加压炉室6内的静磁场强度进一步提高，同时使加压炉室6内的温度保持持续下降，直至氧化镁耐火材料的过冷处理坩埚33内的金属或者合金液体温度降至其熔点以下15℃左右，向上提拉图2中的热电偶测温杆合并柱塞棒2，此时，在加压炉室6和真空炉室9之间设有过冷金属或合金液体底注口29(过冷金属或合金液体底注口29由氧化铝耐火材料制备而成)，上述被冷却到常温熔点以下15℃的金属或合金液体49在惰性气体的压力下，经氧化铝耐火材料底注口向下高速注入到真空炉室9内的铸型模壳10中。

需要说明的是，在步骤6中，将金属或合金液体49温度降至熔点以下15℃左右的原因是，由于金属或合金液体49在强静磁场环境下的原子核中性部分与核外电子的所处时空区间发生不同步弯曲，因此，金属或合金液体49的成键电子不能在无强静磁场的常态熔点成键结晶，进而该金属或合金液体49在常态熔点以下15℃左右时仍然保持着液态，即该金属或合金液体49被过冷被过冷；由于注入铸型模壳10的是常态熔点以下深度过冷的金属或合金液体49，因此，当该金属或合金液体49脱离强静磁场区域之后，该金属或者液体合金的原子核中性部分与其核外电子所处时空区间的不同步弯曲(即二者弯曲程度不同)将回归同步弯曲(即金属或者液体合金的中性部分和电性部分的弯曲程度相同)，此时，该金属或合金液体49将在深度过冷的、远大于常态凝固的热力学驱动力下，在铸型模壳10内各个角落均匀地、爆发性地及大量的生核结晶，形成超级细晶组织，因此，铸型模壳10中凝固的铸件是均匀的细等轴晶晶粒组织。

需要强调的是，在细晶浇注方法中，由于深度过冷的金属液体凝固速度非常快，本发明向加压炉室6内持续通入惰性气体，使熔化坩埚5所处于惰性气体加压环境中；而铸型模壳10处于被保持在一定真空度的真空炉室9中，如此，当熔化坩埚5内的金属或者合金液体通过过冷金属或合金液体底注口29时，金属或者合金液体不仅受到自身重力的作用，并且受到加压炉室6的压力作用和真空炉室9内的真空产生的负压吸附作用，进而使深度过冷的金属液体被高速注入铸型模壳10中，避免了深度过冷金属液体在转移过程中由于爆发形核结晶而导致的无法完成浇注过程。

实施例6

本实施例提供了一种细晶和非晶在不同步弯曲强磁场区直接凝固的浇注方法，采用实施例3的细晶铸造炉，该细晶浇注方法包括如下步骤：

步骤1：将母合金原材料放入熔化坩埚5内；

步骤2：关闭炉盖4和下炉门，开启第一冷屏组件、第一冷却管路37(例如，循环强制冷却液体的方形铜管)、第二冷屏组件和第二冷却管路47，开启真空抽气机组25和真空抽气管道22，将加压炉室6和真空炉室9抽成真空状态，并保持一定的真空度；

步骤3：关闭真空高压双向阀门23，开启惰性气体加压装置7，使上炉室内的压力达到设定压力值；将真空炉室9内抽至设定真空度；

步骤4：开启直流电源26，向套有高纯氧化铝刚玉管的钨合金加热线圈绕组35输入直流电，钨合金加热线圈绕组35产生热量并加热熔化坩埚5及其内的母合金原料；同时向第一超导线圈41输入直流电，通电后第一超导线圈41产生静磁场，进而使过冷处理装置15及过冷处理坩埚33处于静磁场中。

步骤5：将熔化坩埚5内的母合金原材料熔化成熔融状态；利用第二升降机构12将铸型模壳升降托盘11中的铸型模料向上提升至加压炉室6内，将熔融状态的金属或合金液体49注入到铸型模壳10当中，该金属或者合金液体在不同步弯曲强磁场区域内直接凝固，通过调节加热线圈(例如，套有高纯氧化铝刚玉套管的钨合金加热线圈绕组35)的直流电强度和第一冷却管路37(即方向铜管)内循环强制冷却液体介质的流速，可以延长了金属或合金液体49在铸型模壳10型腔中深过冷的维持时间，这样不仅使金属或合金的充型能力达到了纯液体的充型能力，而且由于充型完成后可以维持一段时间，进而促使金属或合金液体49中的气体和夹杂物逸出，并以铸造浇注系统的冒口压头压力起作用的凝固速度完成凝固补缩过程，然后再关闭产生不同步弯曲强磁场的直流电，在关闭该超导线圈后会形成致密细晶；或者因散失热量而失去液态所需的平均平动动能，而形成非晶。即金属或合金液体49在深过冷的热力学驱动力之下完成铸件产品的最终凝固。通过该方式铸造的细晶或非晶铸件产品的致密度良好，在整个铸造截面上的各向同性等轴晶的晶粒非常细小，甚至比锻造和轧制织构晶粒更细小。需要说明的是，本实施例制备的铸件产品要比实施例5铸造的铸件产品的尺寸要相对小。

综上，在本实施例提供的细晶和非晶铸造方法中，将熔化钢液浇注入隔热垫32上面安置的铸型模壳10中，铸型模壳10中的金属或合金液体49在强静磁场环境下，控制第一超导线圈41和加热线圈的电流，保持金属或合金液体49缓慢持续降温，待达到金属或合金液体49深度过冷条件之后，停留短时间，待金属或合金液体49充分完成气泡上浮、充型和补缩过程，然后才关闭第一超导线圈41和加热线圈的电流，结束强静磁场环境，即可得到均匀致密的细等轴晶晶粒组织，并可以达到锻造的致密水平，本实施例提供的细晶和非晶铸造方法不仅能够铸造出锻造所不能制造的复杂产品形状，并且能够铸造出不含有锻造枳构组织的均匀的细等轴晶晶粒组织。

实施例7

本实施例提供了一种单晶或定向凝固在不同步弯曲强磁场区的浇注方法，采用实施例4的单晶或定向凝固铸造炉，该单晶或定向凝固浇注方法包括如下步骤：

步骤1：将母合金原材料放入熔化坩埚5内；

步骤2：关闭炉盖4和下炉门，开启第一冷屏组件、第一冷却管路37(例如，循环强制冷却液体的方形铜管)、第二冷屏组件和第二冷却管路47，开启真空抽气机组25和真空抽气管道22，将加压炉室6和真空炉室9抽成真空状态，并保持一定的真空度；

步骤3：将真空炉室9内抽至设定真空度；

步骤4：开启直流电源26，向套有高纯氧化铝刚玉管的钨合金加热线圈绕组35输入直流电，钨合金加热线圈绕组35产生热量并加热熔化坩埚5及其内的母合金原料；同时向第一超导线圈41输入直流电，通电后第一超导线圈41产生静磁场，进而使过冷处理坩埚33处于静磁场中。

步骤5：将熔化坩埚5内的母合金原材料熔化成熔融状态；利用升降立柱合并结晶器13将铸型模壳10向上提升至加压炉室6内，将熔融状态的金属或合金液体49注入到铸型模壳10当中，按照常规Bridgman方式(单晶或定向凝固炉的拉晶方式)将已经浇注入了单晶或定向凝固金属或合金液体49的铸型模壳10下拉至第二磁受体隔热屏56(例如，碳纤维磁受体隔热屏56)的下面，此时该铸型模壳10内部的金属或合金液体49自下而上顺序凝固成为单晶或定向凝固产品。

需要说明的是，对于单晶炉或定向凝固炉，尤其是Bridgman方式的单晶炉或定向凝固炉的结晶性能的高低主要取决于其晶体生长的固、液界面的温度梯度的高低。本实施例由于采用不同步弯曲过冷原理可以用强静磁场得到一个常态熔点以下一定温度的过冷熔点，依次获得由常态熔点到过冷熔点的温度宽度。在常规温度梯度的温度宽度上，再叠加上这个常态熔点到过冷熔点的温度宽度，从而使得此温度梯度大于常规温度梯度。

需要说明的是，在附图8中，由于加热线圈和第一超导线圈41会产生强静磁场的漏磁场，该漏磁场会减小第二磁受体隔热屏56上、下界面处的温度梯度，进而减小该温度梯度叠加上常态熔点到过冷熔点的温度宽度的温度梯度总和，由于第二磁受体隔热屏56具有吸收磁力线的作用，因此，第二磁受体隔热屏56的厚度越厚越好；该温度梯度是指：温度/界面厚度，因此，磁受体隔热屏56的厚度越薄越好，但是越薄隔热隔磁效果越差，对温度梯度的提高就越不利。

为此，本发明提供的单晶和定向凝固铸造炉采在第二磁受体隔热屏56的下方配置反向静磁场冷却消磁散热的第二超导线圈53，第二超导线圈53被通入直流电后产生与第二磁受体隔热屏56上方的相反方向的静磁场，用以抵消透过第二磁受体隔热屏56下来的漏磁场。同时，第二超导线圈53和冷屏配备有第二冷却管路47，可以冷却第二超导线圈53通入直流电所产生的电阻发热和吸收透过第二磁受体隔热屏56辐射下来的热量，如此，第二磁受体隔热屏56上方的单晶或定向凝固铸型模壳10被加磁加热，而第二磁受体隔热屏56下方的反向静磁场以及第二冷却管路47进行消磁散热，因此会在第二磁受体隔热屏56的上下界面处产生更高的温度梯度。本铸造炉在满足单晶或定向凝固炉功能的其他构造和运行方式与常规Bridgman方式的单晶或定向凝固炉的相同，因此在这里就不一一介绍了。

本发明采用不同步弯曲原理实现了金属或合金液体在深度过冷条件下进行铸造，现有技术中的液体过冷都是使液体的凝固环境尽可能平静和干净，并且只能使液体温度低到凝固点几度，现有的过冷手段的本质就是减少对液体凝固的干涉，使得液体无法越过均匀形核这个热力学的势能壁垒，而实现凝固；而本发明的过冷手段的本质不是减少对液体凝固的干涉，而是施加措施抑制液体原子成键结晶。这就为工业应用提供了可能，也为更大过冷度需求的科学研究提供了可能。

本发明的应用领域为精密铸造设备领域，在这个领域内有两种重要设备，那就是单晶炉和细晶炉，从铸造技术领域来说，单晶炉和细晶炉分别属于两个技术领域，而本发明跨越了这两个技术领域，使得同一个铸造炉既具有单晶炉的功能也具有细晶炉的功能，而且在这两个技术领域内都使其功能超过目前工业规模水平。作为单晶炉，由于叠加了采用不同步弯曲过冷技术所带来的附加温度梯度，因此可以达到定向凝固的平面凝固的水平，以及工业的量级水平和工业条件的粗糙度容忍水平；作为细晶炉，由于采用不同步弯曲过冷技术所带来的稳定的深过冷，因此可以达到工业的量级水平和工业条件粗糙度水平下的，在整个铸造截面上全部都是均匀一致的极端细小的等轴晶晶粒，其细小程度达到甚至超过了锻造级，而且没有锻造、轧制组织的枳构和储存能，是各向同性的和平衡稳定的细等轴晶。尤其是还延长了液体在铸型型腔中深过冷的维持时间，不仅充型能力达到了纯液体的充型能力，而且由于充型完成后此纯液体还可以维持一段时间，这就也给气体和夹杂物以及凝固补缩提供了所需的时间，使其致密度也与锻造、轧制相当。

而本发明不仅跨越了单晶炉和细晶炉这两个技术领域，而且，由于有了采用了不同步弯曲过冷技术所带来的大深度的过冷，而使得铸造块状的或者具有一定形状的非晶态金属或合金制品的生产成为可能；本发明采用不同步弯曲过冷原理，通过特有结构设计的非晶态金属或合金铸造炉，能够获得块状非晶态金属或合金制品，也可以获得非晶态金属或合金的产品形状的铸件。另外，从深过冷原理上说，采用不同步弯曲过冷技术凝固得到的非晶态金属或合金制品，由于是过冷液体的平衡凝固，所以与目前用于工业生产的单辊法、双辊法等急冷法制得的非晶态金属或合金制品相比，更趋于热力学平衡态，储存能更小。因此其非晶态金属或合金制品在使用中发生晶化反应性能下降的趋势更小，而与各种沉积法相比显然更为致密。

本发明在综合了在满足单晶、细晶、非晶的凝固要求和工业生产上的可行性的基础上设计出了能够生产单晶、细晶、非晶产品的三功能铸造炉，不仅实现了三功能合一，还使这三种功能都达到甚至超过了目前工业水平，尤其是非晶态金属的铸造水平。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铸型室，其特征在于，包括加热线圈绕组、第一冷屏组件、第一超导线圈、第二冷屏组件和第二超导线圈；

所述第一冷屏组件设于加热线圈绕组的外侧，所述第一超导线圈设于第一冷屏组件的内部，所述第二超导线圈设于第二冷屏组件的内部；所述第二冷屏组件设于第一冷屏组件的下方，所述第一超导线圈和第二超导线圈产生的磁场方向相反；所述第一超导线圈和加热线圈绕组构成正向静磁场加热区，所述第二超导线圈构成反向静磁场区。

2.根据权利要求1所述的铸型室，其特征在于，所述第一冷屏组件包括位于第一超导线圈两侧的第一冷屏以及位于第一超导线圈顶部和底部的第一冷屏盖板，所述第一冷屏和第一冷屏盖板构成容纳第一超导线圈的空间；

所述第二冷屏组件包括位于第二超导线圈两侧的第二冷屏以及位于第二超导线圈顶部和底部的第二冷屏盖板，所述第二冷屏和第二冷屏盖板构成容纳第二超导线圈的空间，在第一超导线圈内侧包含加热线圈，在加热线圈绕组内侧设有过冷处理坩埚。

3.根据权利要求2所述的铸型室，其特征在于，所述第一冷屏组件的上方和下方分别设有碳纤维隔热层盖板和磁受体隔热屏；所述碳纤维盖板和磁受体隔热屏分别设于加压炉室的顶部和底部。

4.根据权利要求3所述的铸型室，其特征在于，所述第一冷屏组件与第二冷屏组件之间垫设石墨承载板，所述石墨承载板设于所述磁受体隔热屏下方；所述第一冷屏组件的外侧套设有外壳，所述外壳用于包围住所述加热线圈绕组、隔热层、第一冷却管路和第一冷屏组件并形成封闭空间。

5.一种铸造炉，其特征在于，所述铸造炉包括加压炉室、真空炉室、升降立柱合并结晶器、铸型模壳、铸型模壳升降托盘以及权利要求1-4所述的铸型室；

所述铸型模壳设于铸型模壳升降托盘上，所述铸型模壳升降托盘设于升降立柱合并结晶器上；

所述加热线圈绕组、第一冷屏组件、第一超导线圈位于加压炉室内；所述第二冷屏组件和第二超导线圈位于真空炉室内。

6.根据权利要求5所述的铸造炉，其特征在于，所述铸造炉还包括熔化坩埚和铸型室，铸型室包括支撑圆筒、过冷处理坩埚及热电偶测温杆合并柱塞棒；所述支撑圆筒用于支撑过冷处理坩埚，所述热电偶测温杆合并柱塞棒在钢液进入过冷处理坩埚之前具有隔离加压炉室和真空炉室的作用，在钢液进入过冷处理坩埚之后具有测温和柱塞过冷金属或合金液体底注口的作用。

7.根据权利要求5所述的铸造炉，其特征在于，所述铸造炉还包括隔热垫，所述隔热垫设于铸型模壳与铸型模壳升降托盘之间。

8.一种单晶或定向凝固铸造方法，其特征在于，采用权利要求5所述的铸造炉，所述单晶或定向凝固铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：开启第一超导线圈、加热线圈绕组和第二超导线圈，使加压炉室内的铸型室内的单晶或定向凝固铸型模壳内形成强静磁场环境，然后将步骤1的在熔化坩埚中熔化好的母合金液体浇注入该铸型模壳内在强静磁场环境下实现深度过冷；

步骤3：通过升降立柱合并结晶器将步骤2所述铸型模壳下拉至真空炉室中，下拉过程中该铸型模壳由上而下通过磁受体隔热屏以及第二、第一超导线圈互相反向静磁场形成的零磁面，使得所述铸型模壳内的金属或者合金液体自下而上顺序凝固成单晶或者定向凝固产品。

9.一种细晶和非晶铸造方法，其特征在于，采用权利要求6所述的铸造炉，所述细晶铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：将加压炉室充入惰性气体，并且将压力控制在设定压力值；开启第一超导线圈和加热线圈绕组，使加压炉室内的铸型室内的过冷处理坩埚内形成强静磁场环境；然后将在步骤1所述熔化坩埚中熔化好的母合金浇注至铸型室内的过冷处理坩埚内；

步骤3：将过冷处理坩埚内的金属或者合金液体温度降至其熔点以下一定温度后，向上提拉热电偶测温杆合并柱塞棒，金属或合金液体浇注至铸型模壳内；铸型模壳内的金属或者合金液体凝固成细晶或者非晶。

10.一种细晶和非晶铸造方法，其特征在于，采用权利要求7所述的铸造炉，所述细晶铸造方法包括以下步骤：

步骤1：开启第一冷屏组件、第一冷却管路和第二冷屏组件，将加压炉室和真空炉室抽成真空状态，并保持一定的真空度；然后在熔化坩埚中熔化母合金原材料；

步骤2：将加压炉室充入惰性气体，并且将压力控制在设定压力值；开启第一超导线圈和加热线圈绕组，，使加压炉室内的铸型室内形成强静磁场环境；

步骤3：通过升降立柱合并结晶器将铸型模壳上升至加压炉室中的过冷铸型室内，将步骤1所述熔化好的母合金液体浇注至入过冷铸型室内的铸型模壳内；该金属或合金液体在步骤2所述的超导线圈可长时稳定地提供强静磁场，使该液体发生长时稳定的深过冷，此间深过冷液体完成气泡、夹杂的逸出，在关闭该超导线圈后会形成致密细晶；或者因散失热量而失去液态所需的平均平动动能，而形成非晶。