CN212645342U - 流槽和真空感应熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种流槽和真空感应熔炼炉，涉及冶金设备技术领域。其中，流槽包括依次连通的至少两个槽段，且至少两个槽段呈角度设置；真空感应熔炼炉包括上述流槽。本实用新型提供的流槽的所有槽段中，至少有两个槽段呈角度设置，而呈角度设置的两个槽段内的合金液会互相传热，从而能够减少合金液浇注过程中的温度降低、减小注入和流出流槽的合金液的温差，进而有利于改善浇注过程中过热度高的现象和提高合金铸锭的品质；同时合金液在流槽内流动时流动方向发生改变有利于改善合金液的流场，进而也有利于提高合金铸锭的品质。

Description

流槽和真空感应熔炼炉

技术领域

本实用新型涉及冶金设备技术领域，尤其是涉及一种流槽和真空感应熔炼炉。

背景技术

真空感应熔炼(Vacuum induction melting，简称为VIM)指在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼的冶金方法。 VIM工艺具有熔炼室体积小，抽真空时间和熔炼周期短，便于温度和压力控制、可回收易挥发元素、准确控制合金成分等特点。由于以上特点，VIM 现已发展为特殊钢、精密合金、电热合金、高温合金及耐蚀合金等特殊合金生产的重要工序之一。

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，高温合金具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。

现有技术中，高温合金生产厂商均使用流槽将真空感应熔炼炉内的熔炼室与浇注室相连，以保证熔炼室内的合金液流入浇注室内的锭模中，从而完成后续冶炼过程的电极制备。

然而，现有技术中的流槽，合金液在注入和流出时的温差大，容易导致浇注过程中过热度高的现象，进而使得合金铸锭的品质比较差。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种流槽，以缓解现有技术中的流槽，合金液在注入和流出时的温差大，容易导致浇注过程中过热度高的现象，进而使得合金铸锭的品质比较差的技术问题。

本实用新型提供的流槽，包括依次连通的至少两个槽段，且至少两个所述槽段呈角度设置。

进一步地，所述槽段的数量为三个，三个所述槽段分别为第一槽段、第二槽段和第三槽段；所述第二槽段与所述第一槽段反向设置，所述第三槽段与所述第二槽段垂直设置。

进一步地，所述第一槽段与所述第二槽段之间、所述第二槽段内以及所述第二槽段与所述第三槽段之间均设置有限流组件，所述限流组件用于改变合金液的流动形态。

进一步地，所述限流组件包括挡墙和挡坝，所述挡墙固定连接于所述流槽的两个侧壁之间，所述挡坝固定设置于所述流槽的底壁；沿合金液的流动方向，所述挡坝与所述挡墙间隔设置，且所述挡坝位于所述挡墙的下游。

进一步地，所述挡坝与所述挡墙之间的距离为20-50mm。

进一步地，沿合金液的流动方向，所述挡板与所述挡墙之间的距离为 30mm。

进一步地，所述挡坝的底端设置有流通槽。

进一步地，所述流通槽位于所述挡坝的中间位置。

进一步地，沿垂直于合金液流动方向的方向，所述挡坝的至少一侧与所述流槽的侧壁之间设置有流通间隙。

本实用新型提供的流槽能够产生以下有益效果：

本实用新型提供的流槽，包括依次连通的至少两个槽段，且所有槽段中，至少有两个槽段呈角度设置，而呈角度设置的两个槽段内的合金液会互相传热，从而能够减少合金液浇注过程中的温度降低、减小注入和流出流槽的合金液的温差，进而有利于改善浇注过程中过热度高的现象和提高合金铸锭的品质；同时合金液在流槽内流动时流动方向发生改变有利于改善合金液的流场，进而也有利于提高合金铸锭的品质。

本实用新型的第二个目的在于提供一种真空感应熔炼炉，以缓解现有技术中的真空感应熔炼炉的流槽，合金液在注入和流出时的温差大，容易导致浇注过程中过热度高的现象，进而使得合金铸锭的品质比较差的技术问题。

本实用新型提供的真空感应熔炼炉，包括所述的流槽。

本实用新型提供的真空感应熔炼炉，具有上述的流槽的全部有益效果，故在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的流槽的俯视示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图标：

100-入水口；

200-出水口；

310-第一挡墙；320-第一挡坝；330-第二挡墙；340-第二挡坝；350-第三挡墙；360-第三挡坝；

400-流通槽；

500-流通间隙。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“竖直”等并不表示要求部件绝对竖直，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本实施例提供的流槽的俯视示意图。

如图1所示，本实施例提供一种流槽，包括依次连通的三个槽段，三个槽段分别为第一槽段、第二槽段和第三槽段，且第二槽段与第一槽段反向设置，第三槽段与第二槽段垂直设置。

需要说明的是，此处，“反向设置”是指合金液在两个槽段内的流动方向相反，“垂直设置”是指合金液在两个槽段内的流动方向呈90°。

本实施例提供的流槽，包括依次连通的三个槽段，且第二槽段与第一槽段呈180°设置，第三槽段与第二槽段呈90°设置，相邻两个槽段内的合金液均会互相传热，从而能够减少合金液浇注过程中的温度降低、减小注入和流出流槽的合金液的温差，进而有利于改善浇注过程中过热度高的现象和提高合金铸锭的品质。此外，合金液从第一槽段流入第二槽段时，流动方向第一次发生改变，从第二槽段流入第三槽段时，流动方向第二次发生改变，流动方向的改变，使得合金液的流动形态发生改变，从而有利于改善合金液的流场，进而也有利于提高合金铸锭的品质。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，槽段的数量不限于三个，例如：槽段的数量也可以为两个，两个槽段垂直设置；此外，在本申请的其他实施例中，即使槽段的数量为三个，三个槽段的设置也可以不限于上述形式，例如：第二槽段与第一槽段垂直设置，第三槽段与第二槽段也垂直设置。只要流槽的所有槽段中至少有两个槽段呈角度设置，使得流槽的呈角度设置的两个槽段内的合金液能够互相传热，以降低注入和流出流槽的合金液的温差即可，本申请对流槽的槽段的具体数量以及具体布置形式不作限制。

具体地，本实施例中，流槽的入水口100位于图1中虚线所示的范围附近，该入水口100为一个位置范围，而非实体结构；流槽的出水口200 设置于第三槽段，且出水口200设置于流槽的底壁。使用时，熔炼室的合金液直接从流槽的上方注入入水口100处，最终由出水口200流出流槽，并流入浇注室。

当将合金液注入流槽后，合金液与流槽间存在热量交换，合金液和流槽也均存在热辐射，所以，流槽的入水口100处和出水口200处的合金液存在温差，而温差越大，则合金液在流槽内的流动性便越差，从而不利于合金液的流场的改善和夹杂物的去除。而本实施例提供的流槽中，槽段之间呈角度设置，所以结构紧凑，能够减少热辐射，从而能够显著降低入水口100处和出水口200处合金液的温差，从而，合金液在本申请提供的流槽内的流动性较好，进而有利于合金液的流场的改善和合金液中夹杂物的去除。试验结果，本申请提供的流槽，入水口100处和出水口200处的合金液的温差值在20-50℃。

本实施例中，第一槽段与第二槽段之间、第二槽段内以及第二槽段与第三槽段之间均设置有限流组件，限流组件用于改变合金液的流动形态。限流组件能够加大流槽内合金液的流动形态的改变，从而能够进一步改善合金液的流场，更好地去除合金液中的夹杂物，以提高合金的品质。

具体地，第一槽段与第二槽段之间设置有第一限流组件，第一限流组件包括第一挡墙310和第一挡坝320；第二槽段内设置有第二限流组件，第二限流组件包括第二挡墙330和第二挡坝340；第二槽段与第三槽段之间设置有第三限流组件，第三限流组件包括第三挡墙350和第三挡坝360。

图2为图1的A-A剖视图，图3为图1的B-B剖视图。

如图1至图3所示，本实施例中，各挡墙均固定连接于流槽的两个侧壁之间，各挡坝均固定设置于流槽的底壁；沿合金液的流动方向，各限流组件中，挡坝与挡墙均间隔设置，且挡坝均位于挡墙的下游。

本实施例中，所有的挡坝和挡墙均呈矩形，且各限流组件中，挡坝的顶端均高于挡墙的底端，而挡坝的净高均小于挡墙的净高。当合金液流动至限流组件时，合金液靠近液面的部分先受到挡墙的阻挡，而由挡墙与流槽的底壁之间流过并继续流动；然后合金液靠近流槽的底壁的部分受到挡坝的阻挡，改变流动方向后继续流动。合金液在流过挡墙后，合金液内的夹杂物会上浮，而随后与挡坝的碰撞有利于夹杂物的聚集长大，所以，在流经各限流组件后，合金液内的夹杂物能够得到有效去除，进而能够提高合金铸锭的品质。

本实施例中，挡坝和挡墙均沿竖直方向设置于流槽，从而挡坝和挡墙均能更好地对合金液起到改变流动方向的作用。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，挡坝和挡墙也均可以倾斜地设置于流槽，例如：挡坝和挡墙均自上而下向合金液的流动方向倾斜3°，只要挡坝和挡墙能够改变合金液的流动方向，改善合金液的流场和增加夹杂物的去除即可，本申请对两者的倾斜角度和倾斜方向不作具体限制。

本实施例中，各限流组件中，挡坝与挡墙之间的距离为20-50mm。

优选地，沿合金液的流动方向，挡坝与挡墙之间的距离为30mm。经仿真计算，此种设置形式下，合金液的流场较佳，夹杂物的去除较好。

本实施例中，如图2所示，各限流组件中，挡坝的底端均设置有流通槽400。流通槽400用于使靠近流槽的底壁的合金液顺利流过挡坝。

具体地，流通槽400可以位于挡坝的底端的中间位置。

需要说明的是，流通槽400的位置不限于挡坝的底端的中间位置，流通槽400的数量也不限于一个，例如：流通槽400的数量可以为三个，且三个流通槽400沿挡坝的宽度方向均匀排布。

本实施例中，继续如图2所示，沿垂直于合金液流动方向的方向，挡坝的两侧均与流槽的侧壁之间设置有流通间隙500。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，也可以只有挡坝的一侧与流槽的侧壁之间设置有流通间隙500，且本申请不限制挡坝的哪一侧与流槽的侧壁之间设置有流通间隙500，只要合金液能够顺利流过挡坝即可。

通过“刺激-响应法”，即在入水口100处添加饱和KCL溶液，随后在出水口200处使用电导率仪测液体电导率的变化情况，从而得到流槽中合金液RTD(residencetimedistribution，停留时间分布)曲线，可以得到流槽的一些特性参数，例如：全混区占比以及平均停留时间等。

以某现有流槽为原型，基于几何相似、运动相似及动力相似原理建立的模型以及本实施例提供的流槽的模型进行试验，表1为两种流槽的特性参数的数值。

表1流槽计算结果

首先，简单介绍表1中的各性能参数：

死区：死区内流体无流动和扩散，相当于缩小了流槽的有效容积。死区的存在对大颗粒夹杂物的上浮影响不是很大，但对于中小夹杂物(小于 20微米)而言，由于没有流体的流动，中小夹杂物没有机会碰撞聚集长大而较迅速地上浮。在死区，有限的滞留时间内，中小夹杂物在死区内没有上浮的机会，因而死区对夹杂物的去除效率(尤其是中小夹杂物)可以认为是零。所以，死区比例越小越好。

活塞区：在该区域内，同一时刻进入容器的流团均在同一时刻离开容器，不会和先或后于它们进入容器的流团相混合。活塞区有利于夹杂物的上浮。所以，活塞区比例越大越好。

全混区：在该区域内，当流团进入容器后立即与其它流团完全混合，分不出流团进入容器的先后顺序。全混区比例大有利于合金液的混匀。

滞止时间：从加入脉冲信号开始到在出水口得到响应的最短时间，滞止时间延长，活塞区增大。

峰值时间：获得最大电导率值的时间，峰值时间越长、峰值越小，曲线就越平缓，流场也就越合理。

平均停留时间：停留时间长，合金液中的夹杂物有充分时间上浮，从而有利于合金液中夹杂物的去除。

然后，结合表1对现有技术的流槽和本实施例提供的流槽进行分析如下：

如表1所示，现有技术的流槽的RTD曲线波动较大，有多个峰值，上升较为剧烈，滞止时间仅为16.6s，时间过短，而死区比例为25.9％，比例较大，流槽的有效容积过小，不利于合金液在流槽内流动，即流槽内合金液的流动性很差，不利于夹杂物的去除和合金液的流场改善。

如表1所示，本申请提供的流槽的RTD曲线中，各条曲线均较光滑，且各条曲线的形貌相似度较高，波动范围较窄。此外，本申请提供的流槽的死区比例仅为现有技术的流槽的死区比例的0.26倍；而活塞区、全混区、滞止时间、峰值时间及平均停留时间分别比现有技术的流槽的试验结果提高了11％、46％、51％、56％、11％。

综上所述，当合金液在本申请提供的流槽内流动时，合金液的流动路径和流动形态均发生了较大的变化，从而更利于合金液中夹杂物的碰撞、聚集、长大、上浮、去除，进而能够提高获得的合金的纯净度、冶金质量、综合使用性能。

本实施例还提供一种真空感应熔炼炉，该真空感应熔炼炉包括上述的流槽。

具体地，流槽连接于该真空感应熔炼炉的熔炼室和浇注室之间。

本实施例提供的真空感应熔炼炉，具有上述的流槽的全部优点，故在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种流槽，其特征在于，包括依次连通的至少两个槽段，且至少两个所述槽段呈角度设置，所述槽段的数量为三个，三个所述槽段分别为第一槽段、第二槽段和第三槽段；所述第二槽段与所述第一槽段反向设置，所述第三槽段与所述第二槽段垂直设置。

2.根据权利要求1所述的流槽，其特征在于，所述第一槽段与所述第二槽段之间、所述第二槽段内以及所述第二槽段与所述第三槽段之间均设置有限流组件，所述限流组件用于改变合金液的流动形态。

3.根据权利要求2所述的流槽，其特征在于，所述限流组件包括挡墙和挡坝，所述挡墙固定连接于所述流槽的两个侧壁之间，所述挡坝固定设置于所述流槽的底壁；沿合金液的流动方向，所述挡坝与所述挡墙间隔设置，且所述挡坝位于所述挡墙的下游。

4.根据权利要求3所述的流槽，其特征在于，所述挡坝与所述挡墙之间的距离为20-50mm。

5.根据权利要求4所述的流槽，其特征在于，沿合金液的流动方向，所述挡坝与所述挡墙之间的距离为30mm。

6.根据权利要求3-5任一项所述的流槽，其特征在于，所述挡坝的底端设置有流通槽(400)。

7.根据权利要求6所述的流槽，其特征在于，所述流通槽(400)位于所述挡坝的中间位置。

8.根据权利要求3-5任一项所述的流槽，其特征在于，沿垂直于合金液流动方向的方向，所述挡坝的至少一侧与所述流槽的侧壁之间设置有流通间隙(500)。

9.一种真空感应熔炼炉，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的流槽。

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