CN220782235U - 一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高温合金和其他有色金属熔炼技术领域，公开了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，包括溜槽和分流器，所述溜槽位于所述分流器一侧上方，所述溜槽包括钢液浇注区和钢液净化区，所述钢液浇注区和钢液净化区之间设置有挡板，所述挡板上设置有限流孔，所述钢液净化区按浇注钢液流动方向依次设置有挡坝、挡渣板、第一过滤片和出钢口，所述挡坝上设置有挡坝孔，所述挡渣板与所述溜槽的底部具有空隙，所述限流孔的截面积S1＞所述挡坝孔的截面积S2＞所述空隙的截面积S3＞所述出钢口的截面积S4。本实用新型可以在降低浇注温度的同时，减小母合金凝固成分偏析和母合金棒料的内部缩孔，提高钢液纯净度，提高浇注成品率。

Description

一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置

技术领域

本实用新型涉及高温合金和其他有色金属熔炼技术领域，特别涉及一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置。

背景技术

高温合金一般通过真空感应熔炼浇注成圆棒母合金，再重熔浇注成铸件或通过锻造、轧制等热变形，最后模锻成零件。非金属夹杂物和成分偏析是高温合金铸、锻件的一种常见缺陷。非金属夹杂降低钢液的流动性，易使铸件产生孔隙，使材料加工性能恶化，废品率增加，零件使用寿命降低。成分偏析降低合金组织稳定性，使其工艺性能变坏、力学性能恶化。

随着高温合金的发展，合金化程度不断提高，凝固温度范围宽，凝固偏析严重。减小高温合金凝固成分偏析和提高母合金棒料的表面质量，减小内部缩孔和降低夹杂物含量是高温合金铸、锻件质量的关键。而真空感应熔炼母合金浇注系统起着决定性的作用。

真空感应熔炼浇注母合金主要采用钢液从坩埚浇注至溜槽中，再流入分流器内分流至模具内，目前存在以下问题：

①钢液浇注至溜槽和分流器内的温降无法控制，溜槽和分流器会对浇注的钢液降温，易造成钢液堵塞出钢口和分流器孔，造成浇不满或空管；或浇注温度过高，则造成耐火材料的冲刷，夹杂进入母合金，也带来了合金凝固温度范围宽，凝固过程产生成分偏析；

②钢液中的细小夹杂、浮渣经单次过滤去除率低，钢液重力浇注至分流器过滤片易造成过滤片掉渣、开裂或碎裂，导致夹杂直接进入母合金棒料，降低母合金纯净度。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置及其浇注方法，可以在降低浇注温度的同时，减小母合金凝固成分偏析和母合金棒料的内部缩孔，提高钢液纯净度，提高浇注成品率。

技术方案：本实用新型提供了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，包括溜槽和分流器，所述溜槽位于所述分流器一侧上方，其特征在于：所述溜槽包括钢液浇注区和钢液净化区，所述钢液浇注区和钢液净化区之间设置有挡板，所述挡板与所述溜槽底部相接处设置有限流孔，所述钢液净化区按浇注钢液流动方向依次设置有挡坝、挡渣板、第一过滤片和出钢口，所述挡坝上设置有挡坝孔，所述挡渣板与所述溜槽的底部设有空隙，所述限流孔的截面积为S1，所述挡坝孔的截面积为S2，所述空隙的截面积为S3，所述出钢口的截面积为S4，所述S1＞S2＞S3＞S4。出钢口截面积S4最小，可确保装置在浇注时溜槽内部保持充满钢液或钢液高度在溜槽高度2/3以上的状态，这样的设计可以将溜槽温度提高至钢液浇注温度，并在浇注过程中一直保持这样的温度，减少了钢液温度降温，钢液浇注温度相比其他直流式等形式可以降低30～50℃以上，缩窄合金在模具内凝固的温度区间，减少钢液在模具内凝固过程产生的元素成分偏析和内部二次缩孔尺寸及分布。

进一步地，所述限流孔设于挡坝前方的挡板上。

进一步地，所述挡坝处溜槽高度为L，所述挡坝高度为0.2-0.5L，所述挡坝孔从溜槽底部向上呈拱形或门子形设置，所述挡坝孔高度L6为所述空隙高度L9的2倍以上。

进一步地，在所述限流孔相对一端的钢液浇注区，设有钢液浇注点，所述钢液浇注区的底部从钢液浇注点这端向设有限流孔的一端倾斜，所述钢液净化区的底部作反方向倾斜，两者倾斜角度均为2-5°。

进一步地，钢液浇注区倾斜的终点与钢液净化区倾斜的起点在一个平面。钢液浇注区底部和钢液净化区底部均具备一定倾斜角度，并且两者反向倾斜，可减少溜槽内存钢，提高浇注成品率。

进一步地，两所述分流器之间架设有桥架。

进一步地，所述桥架的底部从钢液入口向钢液出口倾斜，倾斜角度为2-5°。桥架底部具备一定倾斜角度，浇至桥架的钢液可顺流至分流器浇注槽内，减少桥架内存钢和各分流器之间切换造成的撒钢。

进一步地，桥架的底部靠近钢液入口外侧设置有格挡。格挡可防止钢液回流。

进一步地，所述分流器内设置有浇注槽，所述浇注槽设置在所述分流器靠近所述出钢口的下方，所述浇注槽的两端各连通一分流道，两所述分流道的另一端互相交汇处设有观察槽。单侧浇注槽的设计，使得钢液流至分流器浇注槽时，可迅速充满浇注槽，将分流器和第二过滤片预热，避免了第二过滤片预热温度低带来的堵塞。

进一步地，所述浇注槽与所述分流道的连通处设置有第二过滤片，所述第二过滤片设置方向与钢液流动方向垂直。第二过滤片纵向放置，钢液横向流动，可以起到稳流作用，通过第二过滤片的钢液流速稳定，可实现分流器的顺序浇注。同时第二过滤片承受横向静压力，不存在被冲碎风险，对钢液过滤净化效果更好。

进一步地，两所述分流道底部等分设置有导流孔。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1.减小母合金凝固成分偏析和母合金棒料的内部缩孔：通过溜槽各部分的设计，对溜槽内浇注钢液限流，钢液可灌满溜槽并保持钢液高度在溜槽2/3高度以上，使溜槽可快速升温至钢液的浇注温度，并且随着钢液不断浇注补充，溜槽温度可维持在钢液的浇注温度，减少了钢液降温的情况，从而减少堵塞或浇不满的现象；钢液浇注温度相比其他直流式等形式可降低30～50℃以上，进而缩窄合金在模具内凝固的温度区间，减少钢液在模具内凝固过程产生的元素成分偏析和内部二次缩孔尺寸及分布；

2.提高挡渣和过滤效率，降低高温合金母合金中的夹杂含量，提高钢液纯净度：溜槽挡板底部设计限流孔，初步过滤；带孔挡坝稳流，挡渣板限流和挡渣，二次将钢液中的小的夹杂浮在钢液表面；限流孔和挡渣板可将钢液中的浮渣和大的夹杂格挡，再经过蜂窝式过滤片吸附更小的夹杂，钢液更纯净；

3.分流器内设计单侧浇注槽，钢液从浇注槽两侧分流，同时第二过滤片纵向放置，钢液横向流动，起到稳流作用，通过过滤片的钢液流速稳定，可实现分流器的顺序浇注，同时过滤片承受横向静压力，不存在被冲碎风险，对钢液过滤净化效果更好；

3.减少存钢，提高浇注成品率：溜槽底部设置倾斜角度，钢液浇注区底部和钢液净化区底部呈反向倾斜，可减少溜槽内存钢；桥架底部设置倾斜角度，减少桥架内存钢，整体可提高浇注母合金成品率1%以上。

附图说明

图1为实施方式1中真空熔炼降低偏析浇注净化装置的结构示意图；

图2为实施方式1中溜槽的俯视图；

图3为实施方式1中钢液净化区的剖视图；

图4为实施方式1中钢液浇注区的剖视图；

图5为实施方式1中挡坝处的剖视图；

图6为实施方式1中桥架及分流器相接部分的剖视图；

图7为实施方式1中桥架及分流器部分的俯视图；

图8为实施方式1中分流器浇满观察槽处剖视图；

图9为实施方式1中分流器导流孔处剖视图；

图10为实施方式2中溜槽的俯视图；

图11为实施方式3中真空熔炼降低偏析浇注净化装置的结构示意图；

图12为本申请真空熔炼降低偏析浇注净化装置多组分流器时的结构俯视图；

图13为本申请真空熔炼降低偏析浇注净化装置多组分流器时的整体结构图；

图中，1分流器；2溜槽；3桥架；11浇注槽；12第二过滤片；13分流道；14观察槽；15导流孔；21挡板；22钢液浇注点；23限流孔；24挡坝；25挡渣板；26第一过滤片；27出钢口；28空隙；241挡坝孔；31格挡。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式公开了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，如图1所示。真空熔炼降低偏析浇注净化装置，包括分流器1和设置在分流器1一侧上方的溜槽2，两分流器1之间架设有桥架3。

上述溜槽如图2-5所示，溜槽2内由挡板21分隔成钢液浇注区和钢液净化区，挡板21与溜槽2底部相接处设置有限流孔23。钢液净化区按浇注钢液流动方向依次设置有挡坝24、挡渣板25、第一过滤片26和出钢口27，挡坝24上设置有挡坝孔241，挡渣板25设置在溜槽2内部上方，与溜槽2的底部具有空隙28；限流孔23设于挡坝24前方的挡板21上；钢液浇注区的底部以钢液浇注点22为最高点，以限流孔23为最低点，呈一定倾斜角度；钢液净化区的底部以限流孔23为最高点，以出钢口27为最低点，呈一定倾斜角度；钢液浇注区的底部与钢液净化区的底部反向倾斜，呈反向倾斜式；钢液浇注区倾斜的终点与钢液净化区倾斜的起点在一个平面；其中，限流孔23的截面积S1＞挡坝孔241的截面积S2＞空隙28的截面积S3＞出钢口27的截面积S4；挡坝24处溜槽2高度为L，挡坝24高度为0.2-0.5L，挡坝孔241从溜槽2底部向上呈拱形或门子形设置，挡坝孔241高度L6为所述空隙28高度L9的两倍以上。

可选的，钢液浇注区的底部以钢液浇注点22为最高点，以限流孔23为最低点，倾斜角度α为2°；钢液净化区的底部以限流孔23为最高点，以出钢口27为最低点，倾斜角度β为2°；出钢口27处溜槽2底部壁厚L1＜限流孔23处溜槽2底部壁厚L2＜钢液浇注点22处溜槽2底部厚度L3，可确保浇注结束溜槽2内无存钢。

可选的，限流孔23宽L4=80mm，高L5=25mm，截面积为S1=2000mm²；带孔挡坝24高L8=80mm，孔宽L7=40mm，孔高L6=40mm，孔截面积为S2=1600mm²；挡渣板25底部空隙28高L9=10mm，空隙28宽度L10=100mm，空隙28截面积为S3=1000mm²；出钢口27内径L11=20mm，截面积为S4=πR²=314.2mm²，S1＞S2＞S3＞S4，受限于出钢口27截面积最小，可确保溜槽2内部充满钢液，将溜槽2温度提高至钢液浇注温度。

上述桥架3如图6所示，桥架3的底部具有一定倾斜角度，其底部靠近钢液入口外侧设置有格挡31；可选的，所述桥架3的底部最高点至最低点之间倾斜角度γ为2°，浇注至桥架3的钢液可流至下一个分流器浇注槽11内，减少桥架3的存钢；桥架3一侧格挡31宽度L19=40mm，高度L20=80mm，浇注至桥架3的钢液不会撒钢。

上述分流器1如图7-8所示，分流器1内设置有浇注槽11，浇注槽11设置在分流器1靠近所述出钢口27的下方，浇注槽11的两端各连通一分流道13，浇注槽11与分流道13的连通处设置有第二过滤片12，第二过滤片12设置方向与钢液流动方向垂直，两分流道13的另一端互相交汇处设有观察槽14，并且两分流道13在分流器1内以交汇点为对称点对称设置；分流道13底部设置有导流孔15；可选的，导流孔15等距分布。

可选的，分流器浇注槽11长L12=150mm，宽L13=90mm，截面积为S5=13500mm²=135cm²，出钢口27钢液垂直下落流速为V1=150cm/S。钢液开始浇注至分流器浇注槽11内，由于分流器1和第二过滤片12温度较低，开浇时钢液通过第二过滤片12较少，假设通过钢液量体积为0cm³，则钢液在分流器浇注槽11内升高高度为H1=S4*V1/S5≈2.83cm/S，分流器浇注槽11高度为L14=85mm，3秒可将分流器浇注槽11浇满，第二过滤片12温度迅速升温至钢液浇注温度。随着钢液浇注至分流器浇注槽11内，第二过滤片温度12升高，钢液直接通过第二过滤片12向两侧分流道13经导流孔15流至模具管内；

可选的，第二过滤片12为20ppi蜂窝式过滤片，除去安装固定截面，蜂窝式过滤片可使用通过钢液的长度为L15=35mm，高度为L16=60mm，截面积为S6=2100mm²；两侧过滤片截面积为S7=2*S6=4200mm²=42cm²；20ppi蜂窝式过滤片孔隙率为50%，可直接流过钢液的截面积为S8=S7*0.5=21cm²；

可选的，观察槽14中，L17=20mm，L18=15mm。

在本实施方式中，出钢口27流量为Q1=V1*S4=471.3cm³/S；钢液横向流速相比垂直流速小，考虑钢液与分流器表面张力及过滤片的阻力作用，假设钢液横向流速约为V2=0.15V1=22.5cm/S，流量为Q2=S8*V2=472.5cm³/S，Q1≈Q2，出钢口27的流量与分流器浇注槽11两侧第二过滤片12流量一致，时刻保持分流器浇注槽11内60mm高的钢液量，可充分将第二过滤片12温度保持在钢液浇注温度，保证过滤片的使用效率；分流器单个分流道13中钢液流量为Q3=0.5*Q2=236.25cm³/S，导流孔15内设置有带倒角圆孔，如图9所示，带倒角圆孔内径为直径φ14mm，截面积为S9=πR²=153.9mm²=1.539cm²，垂直下落流速V3=V1，流至模具管内的钢液流量为Q4=V3*S9=230.85cm³/S，Q4≈Q3，可满足钢液的单孔顺序浇注。

本实施方式还提供了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置的浇注方法，具体如下：

S1、将溜槽加热至1000℃以上，保温2-3h；将分流器和第二过滤片加热至500℃以上，保温3-5h；

S2、将钢液以60-100Kg/S的速率从浇注点（22）处浇注进钢液浇注区，待溜槽内钢液高度在溜槽（2）2/3高度以上，调整钢液浇注速度以3-10Kg/S的速率稳定浇注，钢液通过限流孔（23）流至钢液净化区，经挡坝（24）、挡渣板（25），再经过第一过滤片（26），然后经出钢口（27）浇注至至分流器（1）上的浇注槽（11），经第二过滤片（12）分流至两端连通的分流道（13）内，经分流道（13）内的导流孔（15）浇注至模具内；桥架（3），再从桥架（3）浇注

S3、待观察槽（14）内进入钢液后，将分流器（1）转移，出钢口（27）钢液流经两分流器（1）之间架设的桥架（3），浇注至下一分流器（1）。

本实施方式提供的真空熔炼降低偏析浇注净化装置的实施原理为：先将分流器1置于溜槽2下方，桥架3架设于相邻两分流器1上方，使得待浇注分流器1的浇注槽11正好位于溜槽2的出钢口27正下方，同时桥架3的钢液出口位于分流器1的浇注槽11上方；钢液先被浇注在溜槽2的钢液浇注区，通过挡板21底部限流孔23流至钢液净化区，钢液中的大的浮在钢液表面的夹杂被初步过滤，接着通过挡坝24稳流，挡渣板25限流和挡渣，二次将钢液中的小的夹杂浮在钢液表面，限流孔23和挡渣板25可将钢液中的浮渣和大的夹杂基本格挡，再经过第一过滤片26吸附更小的夹杂，钢液更纯净；净化后的钢液经出钢口27浇注至浇注槽11内，接着从浇注槽11两侧的第二过滤片12再次过滤，然后经分流道13流至导流孔15，浇注至模具内；当钢液从分流道13流至最后浇注的两个导流孔15内，浇满后钢液在分流道13内会继续升高，直至浇满观察槽14内进入钢液，则可将该分流器1转移；出钢口27浇注的钢液流经两分流器1上方架设的桥架3，顺流至下一个待浇注的分流器1内的浇注槽11中，溜槽可对下一个待浇注分流器1浇注，从而实现钢液的顺序浇注。

实施方式2：

本实施方式公开了一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，如图10所示，其与实施方式1大致相同，区别在于，本实施方式中根据溜槽出钢口27与分流器浇注槽11落点位置，可实际调整出钢口27的位置。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

实施方式3：

本实施方式一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，如图11所示，其与实施方式1大致相同，区别在于，本实施方式中多个分流器1呈圆形环绕放置，则桥架3根据钢液浇注过程中移动的动线设计为圆弧形。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

对本申请装置浇注得到的模具性能进行数据分析：

以GH4169为例，Nb偏析范围由0.3%降低至0.15%以内，偏析范围降低约50%以上；

以50规格K418为例，定尺切割短棒内部二次缩孔截面缩孔、疏松尺寸由最大6mm以上减少至5mm以内，整根棒料纵向切割缩孔占比由65%以上降低至50%以内；

以3T真空感应熔炼炉炉浇注为例，本申请设计的带有倾斜角度的溜槽和桥架相比平底溜槽和桥架的存钢减少约30Kg以上，本申请浇注母合金棒料的成品提升1%以上；以1T真空感应熔炼炉浇注为例，成品率提升约2%以上。

上述实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空熔炼降低偏析浇注净化装置，包括溜槽（2）和分流器（1），所述溜槽（2）位于所述分流器（1）一侧上方，其特征在于：所述溜槽（2）包括钢液浇注区和钢液净化区，所述钢液浇注区和钢液净化区之间设置有挡板（21），所述挡板（21）与所述溜槽（2）底部相接处设置有限流孔（23），所述钢液净化区按浇注钢液流动方向依次设置有挡坝（24）、挡渣板（25）、第一过滤片（26）和出钢口（27），所述挡坝（24）上设置有挡坝孔（241），所述挡渣板（25）与所述溜槽（2）的底部设有空隙（28），所述限流孔（23）的截面积为S1，所述挡坝孔（241）的截面积为S2，所述空隙（28）的截面积为S3，所述出钢口（27）的截面积为S4，所述S1＞S2＞S3＞S4。

2.根据权利要求1所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：所述限流孔（23）设于挡坝（24）前方的挡板（21）上。

3.根据权利要求1所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：所述挡坝（24）处溜槽（2）高度为L，所述挡坝（24）高度为0.2-0.5L，所述挡坝孔（241）从溜槽（2）底部向上呈拱形或门子形设置，所述挡坝孔（241）高度L6为所述空隙（28）高度L9的2倍以上。

4.根据权利要求1所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：在所述限流孔（23）相对一端的钢液浇注区，设有钢液浇注点（22），所述钢液浇注区的底部从钢液浇注点（22）这端向设有限流孔（23）的一端倾斜，所述钢液净化区的底部作反方向倾斜，两者倾斜角度均为2-5°。

5.根据权利要求4所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：钢液浇注区倾斜的终点与钢液净化区倾斜的起点在一个平面。

6.根据权利要求1所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：两所述分流器（1）之间架设有桥架（3）。

7.根据权利要求6所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：所述桥架（3）的底部从钢液入口向钢液出口倾斜，倾斜角度为2-5°；

和/或，所述桥架（3）的底部靠近钢液入口外侧设置有格挡（31）。

8.根据权利要求6所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：所述分流器（1）内设置有浇注槽（11），所述浇注槽（11）设置在所述分流器（1）靠近所述出钢口（27）的下方，所述浇注槽（11）的两端各连通一分流道（13），两所述分流道（13）的另一端互相交汇处设有观察槽（14），两所述分流道（13）底部等分设置有导流孔（15）。

9.根据权利要求8所述的真空熔炼降低偏析浇注净化装置，其特征在于：所述浇注槽（11）与所述分流道（13）的连通处设置有第二过滤片（12），所述第二过滤片（12）设置方向与钢液流动方向垂直。