CN111412760A

CN111412760A - 在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法

Info

Publication number: CN111412760A
Application number: CN202010248693.1A
Authority: CN
Inventors: 李碚; 姜爱民
Original assignee: Shenzhen City Saimaite Suspended Metallurgy Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen City Saimaite Suspended Metallurgy Technology Co ltd
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-07-14

Abstract

本发明公开了在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，具体方法步骤包括吹氩管的设计、氩气处理、吹氩过程设计、泄压要求设计和坩埚缝隙处理，悬浮熔炼采用分瓣的水冷铜坩埚，在真空或充氩的炉体中，利用超音频电源的电磁场把坩埚中的金属加热到熔点以上的温度，电磁场对熔池产生悬浮力，使熔池表面脱离坩埚内壁，排除了坩埚材料对金属液的污染，为了使电磁场能够进入铜坩埚的内部，坩埚壁具有分瓣的结构瓣片的方向与坩埚的轴线平行，每一个瓣片中都设置有冷却水路。本发明利用氩气气泡在熔池中的搅动作用，在合金的熔炼过程中对合金液产生搅拌提高合金成分均匀性，从底部吹氩，在熔池底部产生气体压力对熔池的悬浮具有辅助作用。

Description

在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法

技术领域

本发明涉及合金熔炼技术领域，具体来说，涉及在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法。

背景技术

现有的对金属合金进行熔炼的方法采用悬浮熔炼技术，现有悬浮熔炼技术的一个重要缺点是熔炼的合金的均匀性较差。

均匀性差的原因：为了增高悬浮力需要提高电磁场频率，但是随着频率提高电磁场的搅拌力减小；悬浮熔炼使用水冷铜坩埚，熔池接近坩埚壁和坩埚底区域的温度偏低，在操作不当的情况下存在有局部未熔化的合金料。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，具体方法步骤包括吹氩管的设计、氩气处理、吹氩过程设计、泄压要求设计和坩埚缝隙处理，悬浮熔炼采用分瓣的水冷铜坩埚，在真空或充氩的炉体中，利用超音频电源的电磁场把坩埚中的金属加热到熔点以上的温度，电磁场对熔池产生悬浮力，使熔池表面脱离水冷铜坩埚内壁，排除了坩埚材料对金属液的污染，为了使电磁场能够进入铜坩埚的内部，水冷铜坩埚壁具有分瓣的结构瓣片的方向与水冷铜坩埚的轴线平行，为了使坩埚能承受高温，每一个瓣片中都设置有冷却水路。

进一步的，所述吹氩管的设计具体步骤如下：

在设计吹氩管吹氩管的管口装设在水冷铜坩埚的底部，其中吹氩管可以是1支管，在这种情况下，它一般位于坩埚底的中心，吹氩管也可以是多支管，在这种情况下，各支管一般围绕坩埚底的中心对称分布，同时，在坩埚底的中心仍然可以装有吹氩管，吹氩管的方向可以是与水冷铜坩埚的轴线同轴，在这种情况下，氩气流是向上射出的，吹氩管的方向也可以是以围绕坩埚的轴线向内聚拢，在这种情况下，氩气流向水冷铜坩埚的中心集中射出，这样可以对熔池产生比较大的冲击力，吹氩管的方向还可以是以围绕水冷铜坩埚的轴线按照螺旋的方向延伸，在这种情况下，氩气流在坩埚中形成漩涡，一些水冷铜坩埚在坩埚底设置有可以移动的坩埚塞，这是在悬浮熔炼技术中采用的重要结构，它对于水冷铜坩埚的冷却水路的设计有重要作用，也可用于为熔炼过程提供底铸条件，在这种情况下，吹氩管可以装在坩埚塞的中心区域且装在坩埚塞中的吹氩管，可以是一支，可以是多支，它们的方向可以是与坩埚的轴线平行，可以是围绕坩埚的轴线向内聚拢，也可以是围绕坩埚的轴线按照螺旋的方向延伸。

进一步的，所述氩气处理的具体步骤如下：

为防止大量氩气进入熔池后降低熔池温度，吹进坩埚的氩气采用热氩气，加热氩气的方法包括：

(1)在炉体外面加热氩气：令氩气管通过一个加热炉即可加热氩气，但是，在这种方法里，氩气的温度不能太高，否则氩气管道在进入炉体时，会把密封装置烧坏；

(2)在炉体内部加热氩气：加热氩气管道的炉子可以是电阻炉、感应炉，或者其它类型的加热炉，这种方法可以将氩气加热到很高的温度。

进一步的，所述吹氩过程设计具体步骤如下：

(1)炉体抽真空和充氩后，打开吹氩管的吹氩阀门，使氩气形成微正压，保持向水冷铜坩埚吹氩的状态防止金属熔化后液态金属被吸入吹氩管；

(2)启动感应电源，加热坩埚中的金属料，然后增大加热功率，使金属料熔化，由于吹氩管中的氩气保持着正压，它防止了金属也流入吹氩管，堵塞吹氩管，这时增大吹氩管中氩气的压力，使氩气从吹氩管的管口射入坩埚中的金属熔池，使氩气泡在熔池中翻滚，产生搅拌作用；

(3)在吹氩过程中要调整压力，使压力足够大以便有足够多的氩气泡产生搅拌作用，但是压力也不能过大，防止激烈翻滚的氩气泡将金属液喷出坩埚；

(4)氩气管内的氩气在熔炼过程中一直保持正压，防止出现负压时将液态金属吸入吹氩管。

进一步的，所述泄压要求设计具体为向坩埚内部吹氩，为了防止氩气在炉体内的压力越来越大造成危险，需要在炉体上设置电磁泄压阀，泄压阀受压力传感器控制，当炉内压力达到某设定值时，泄压阀自动开启泄放氩气。

进一步的，所述坩埚缝隙处理包括在制造水冷铜坩埚时用高稳定性的绝缘材料将所有的坩埚瓣片缝隙填充封闭，绝缘材料可以采用氧化铝、氧化锆、氧化镁或云母材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用氩气气泡在熔池中的搅动作用，在合金的熔炼过程中对合金液产生搅拌，从而提高了合金的成分均匀性；

(2)本发明从底部吹氩，在熔池底部产生了气体压力，它对于熔池的悬浮具有辅助作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是悬浮熔炼的水冷铜坩埚的结构图；

图2是在坩埚底装有1支吹氩管的坩埚示意图；

图3是在坩埚底装有多支吹氩管各管平行于坩埚的轴线示意图；

图4是在坩埚底装有多支吹氩管各管围绕坩埚的轴线向内聚拢示意图；

图5是在坩埚底装有多支吹氩管且各管围绕坩埚的轴线按照螺旋的方向延伸示意图；

图6是在坩埚塞装有多支吹氩管的坩埚示意图；

图7是吹氩管在炉体内被加热器加热的结构示意图。

附图标记：

1、水冷铜坩埚；2、坩埚瓣片；3、冷却水路；4、坩埚底；5、吹氩管；6、坩埚塞；7、加热器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述：

请参阅图1-7，根据本发明实施例的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法,包括吹氩管的设计、氩气处理、吹氩过程设计、泄压要求设计和坩埚缝隙处理，悬浮熔炼采用分瓣的水冷铜坩埚1，在真空或充氩的炉体中，利用超音频电源的电磁场把水冷铜坩埚1中的金属加热到熔点以上的温度，电磁场对熔池产生悬浮力，使熔池表面脱离坩埚内壁，排除了坩埚材料对金属液的污染，为了使电磁场能够进入水冷铜坩埚1的内部，坩埚壁具有分瓣的结构瓣片的方向与坩埚的轴线平行，为了使水冷铜坩埚1能承受高温，每一个坩埚瓣片2中都设置有冷却水路3。

通过本发明的上述方案，所述吹氩管的设计具体步骤如下：

在设计吹氩管5的管口装设在水冷铜坩埚1的底部(见图2)，因为不能使用插入熔池的吹氩管5，它会对熔池产生污染，这与悬浮熔炼技术要求排除杂质污染的目的不一致，所以吹氩管5不能设置在水冷铜坩埚1的上方，同时吹氩管5也不能设置在水冷铜坩埚1的侧面，坩埚瓣片2中有冷却水路3，无法装设吹氩管5，其中吹氩管5可以是1支管，在这种情况下，它一般位于坩埚底4的中心，吹氩管5也可以是多支管，在这种情况下，各支管一般围绕坩埚底4的中心对称分布，同时，在坩埚底4的中心仍然可以装有吹氩管5，吹氩管5的方向可以是与水冷铜坩埚1的轴线同轴，在这种情况下，氩气流是向上射出的(见图3)，吹氩管5的方向也可以是以围绕水冷铜坩埚1的轴线向内聚拢，在这种情况下，氩气流向水冷铜坩埚1的中心集中射出，这样可以对熔池产生比较大的冲击力(见图4)，吹氩管5的方向还可以是以围绕水冷铜坩埚1的轴线按照螺旋的方向延伸，在这种情况下，氩气流在水冷铜坩埚1中形成漩涡(见图5)，一些坩埚在坩埚底设置有可以移动的坩埚塞6，这是在悬浮熔炼技术中采用的重要结构，它对于坩埚内冷却水路3的设计有重要作用，也可用于为熔炼过程提供底铸条件，在这种情况下，吹氩管5可以装在坩埚塞6的中心区域(见图6)且装在坩埚塞6中的吹氩管5，可以是一支，可以是多支，它们的方向可以是与水冷铜坩埚1的轴线平行，可以是围绕水冷铜坩埚1的轴线向内聚拢，也可以是围绕水冷铜坩埚1的轴线按照螺旋的方向延伸。

通过本发明的上述方案，所述氩气处理的具体步骤如下：

为防止大量氩气进入熔池后降低熔池温度，吹进水冷铜坩埚1的氩气采用热氩气，加热氩气的方法包括：

(1)在炉体外面使用加热器7加热氩气(见图7)：令氩气管通过一个加热炉即可加热氩气，但是，在这种方法里，氩气的温度不能太高，否则氩气管道在进入炉体时，会把密封装置烧坏；

通过本发明的上述方案，所述吹氩过程设计具体步骤如下：

(1)炉体抽真空和充氩后，打开吹氩管5的吹氩阀门，使氩气形成微正压，保持向水冷铜坩埚1吹氩的状态防止金属熔化后液态金属被吸入吹氩管5；

(2)启动感应电源，加热水冷铜坩埚1中的金属料，然后增大加热功率，使金属料熔化，由于吹氩管5中的氩气保持着正压，它防止了金属也流入吹氩管5，堵塞吹氩管5，这时增大吹氩管5中氩气的压力，使氩气从吹氩管5的管口射入水冷铜坩埚1中的金属熔池，使氩气泡在熔池中翻滚，产生搅拌作用；

(3)在吹氩过程中要调整压力，使压力足够大以便有足够多的氩气泡产生搅拌作用，但是压力也不能过大，防止激烈翻滚的氩气泡将金属液喷出水冷铜坩埚1；

(4)氩气管5内的氩气在熔炼过程中一直保持正压，防止出现负压时将液态金属吸入吹氩管5。

通过本发明的上述方案，所述泄压要求设计具体为向坩埚内部吹氩，为了防止氩气在炉体内的压力越来越大造成危险，需要在炉体上设置电磁泄压阀，泄压阀受压力传感器控制，当炉内压力达到某设定值时，泄压阀自动开启泄放氩气。

通过本发明的上述方案，所述坩埚缝隙处理包括在制造坩埚时用高稳定性的绝缘材料将所有的坩埚瓣片2缝隙填充封闭，绝缘材料可以采用氧化铝、氧化锆、氧化镁或云母材料。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，具体方法步骤包括吹氩管的设计、氩气处理、吹氩过程设计、泄压要求设计和坩埚缝隙处理，悬浮熔炼采用分瓣的水冷铜坩埚，在真空或充氩的炉体中，利用超音频电源的电磁场把水冷铜坩埚中的金属加热到熔点以上的温度，电磁场对熔池产生悬浮力，使熔池表面脱离水冷铜坩埚内壁，排除了水冷铜坩埚材料对金属液的污染，为了使电磁场能够进入水冷铜坩埚的内部，水冷铜坩埚壁具有分瓣的结构瓣片的方向与水冷铜坩埚的轴线平行，为了使水冷铜坩埚能承受高温，每一个坩埚瓣片中都设置有冷却水路。

2.根据权利要求1所述的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，所述吹氩管的设计具体步骤如下：

在设计吹氩管吹氩管的管口装设在坩埚的底部，其中吹氩管可以是1支管，在这种情况下，它一般位于坩埚底的中心，吹氩管也可以是多支管，在这种情况下，各支管一般围绕坩埚底的中心对称分布，同时，在坩埚底的中心仍然可以装有吹氩管，吹氩管的方向可以是与水冷铜坩埚的轴线同轴，在这种情况下，氩气流是向上射出的，吹氩管的方向也可以是以围绕水冷铜坩埚的轴线向内聚拢，在这种情况下，氩气流向水冷铜坩埚的中心集中射出，这样可以对熔池产生比较大的冲击力，吹氩管的方向还可以是以围绕坩埚的轴线按照螺旋的方向延伸，在这种情况下，氩气流在水冷铜坩埚中形成漩涡，一些水冷铜坩埚在坩埚底设置有可以移动的坩埚塞，这是在悬浮熔炼技术中采用的重要结构，它对于坩埚的冷却水路的设计有重要作用，也可用于为熔炼过程提供底铸条件，在这种情况下，吹氩管可以装在坩埚塞的中心区域且装在坩埚塞中的吹氩管，可以是一支，可以是多支，它们的方向可以是与水冷铜坩埚的轴线平行，可以是围绕水冷铜坩埚的轴线向内聚拢，也可以是围绕水冷铜坩埚的轴线按照螺旋的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，所述氩气处理的具体步骤如下：

为防止大量氩气进入熔池后降低熔池温度，吹进水冷铜坩埚的氩气采用热氩气，加热氩气的方法包括：

4.根据权利要求1所述的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，所述吹氩过程设计具体步骤如下：

5.根据权利要求1所述的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，所述泄压要求设计具体为向水冷铜坩埚内部吹氩，为了防止氩气在炉体内的压力越来越大造成危险，需要在炉体上设置电磁泄压阀，泄压阀受压力传感器控制，当炉内压力达到某设定值时，泄压阀自动开启泄放氩气。

6.根据权利要求1所述的在悬浮熔炼技术中用吹氩技术提高熔池均匀性的方法，其特征在于，所述坩埚缝隙处理包括在制造水冷铜坩埚时用高稳定性的绝缘材料将所有的坩埚瓣片缝隙填充封闭，绝缘材料可以采用氧化铝、氧化锆、氧化镁或云母材料。