TWM530937U

TWM530937U - 鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備

Info

Publication number: TWM530937U
Application number: TW105200607U
Authority: TW
Inventors: xu-dong Ma; Feng Zhao; Song Zhao
Original assignee: Beijing Jiayiwansi Science And Technology Dev Co Ltd
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2016-10-21
Also published as: CN204584231U

Description

鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備

本新型創作係關於鈦基合金熔煉吸鑄技術領域，尤其係關於一種鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備。

傳統鈦合金熔煉工藝已經歷幾個階段變化。首先，真空電弧熔煉，這種熔煉方式的原理係利用鈦錠和水冷銅坩堝分別作為正負電極，在高電流狀態下藉由相互放電產生的大量的熱量熔化鈦錠，從而在坩堝內形成熔融的金屬液，進而完成澆注。

接著，真空感應熔煉，其原理係在分瓣式水冷銅坩堝的外部包裹感應線圈，感應線圈產生的電磁力透過銅坩堝的分瓣之間的非金屬隔離部分作用到坩堝內部的金屬上，進而熔化金屬在坩堝內部形成熔融金屬液並完成澆注。

上述的兩種方法，均需要借助水冷銅坩堝，並形成厚重的凝殼，而帶走大量的熱量，導致實際的功率使用極低(僅20%--30%功率實際作用在鈦金屬上)。而且傳統鈦合金精密鑄造的型殼由於型殼製備要求高，層數多，致使工藝複雜，直接大幅提高投資成本。傳統工藝中，單爐的工作時間往往需要60-80分鐘，同時裝出爐勞動強度高，需要多人配合，工序複雜。傳統工藝中，從蠟模製備開始到型殼清理完畢，最短需要10天。

鈦本身係一種活性極強的金屬，傳統工藝在熔煉過程中，都需要有水冷環境的介入，假使一旦出現坩堝擊穿，熔化的鈦金屬液就會直接接觸水，在真空環境下，直接會引發劇烈的反應，更會引發氫爆，這對生命財產安全有極大的威脅。國內目前鈦合金的生產單位都或多或少的出現過類似的安全事故，甚至傷亡事故。

為解決上述問題，極需提出一種新的鈦基合金感應熔煉真空吸鑄設備，以解決現有的鈦基合金鑄造中存在的效率低、成本高、工藝複雜、工作量大、難以製備要求高的型殼、週期長、存在安全隱患等問題。

本新型創作的目的係提出一種結構簡單、生產效率高、原料利用率高、節能環保的鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備。

為達此目的，本新型創作採用以下技術手段：一種鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備，包括外爐體以及設置於外爐體內的至少一個真空吸鑄裝置，當外爐體的爐門關閉後，前述外爐體內形成密閉空間，前述外爐體連接有真空機組；前述外爐體內進一步設置有用於熔煉鈦基合金的陶瓷坩堝，前述陶瓷坩堝的容腔與前述真空吸鑄裝置的鑄件型腔相連通；進一步包括感應線圈，前述感應線圈通電後產生電磁力以對前述陶瓷坩堝內的鈦基合金進行熔煉。

理想地，進一步包括同軸進電系統，前述同軸進電系統包括相互絕緣設置的第一電纜結構和第二電纜結構；前述第一電纜結構一端接電源正極，另一端連接前述感應線圈的一端；前述第二電纜結構一端接電源負極，另一端連接前述感應線圈的另一端；前述第一電纜結構和前述第二電纜結構的軸線重合；理想地，前述第一電纜結構與前述第二電纜結構套設在一起；更理想地，前述第一電纜結構為銅材質的筒狀結構，前述第二電纜結構為銅材質的筒狀結構，前述第二電纜結構的外徑小於前述第一電纜結構的內徑，前述第一電纜結構套於前述第二電纜結構外，前述第一電纜結構與前述第二電纜結構藉由絕緣元件連接在一起。

理想地，前述真空吸鑄裝置與前述外爐體的爐門固定連接並可隨爐門一起運動；理想地，前述外爐體的爐門為推拉式或翻轉式；理想地，前述外爐體的爐門設置於前述外爐體的頂部、側部或底部；理想地，前述同軸進電系統將前述感應線圈支撐於前述外爐體內，前述陶瓷坩堝設置於前述真空吸鑄裝置上；更理想地，前述同軸進電系統固定於前述外爐體的側壁上，當前述外爐體的爐門關閉後，前述陶瓷坩堝位於前述感應線圈內，或者前述同軸進電系統為可移動設置，當前述外爐體的爐門關閉後，前述同軸進電系統帶動前述感應線圈移動至罩於前述陶瓷坩堝的外周；理想地，前述真空吸鑄裝置包括內爐體、設置於內爐體內的型殼以及與前述內爐體連接的真空機組，前述型殼內為前述鑄件型腔，前述內爐體上開有連通口，前述陶瓷坩堝的底部開有吸鑄口，前述吸鑄口經前述連通口與前述型殼的型腔入口連接；理想地，前述陶瓷坩堝與前述內爐體之間設置有密封隔離裝置，前述密封隔離裝置用於在前述內爐體和前述外爐體之間形成隔離；前述陶瓷坩堝藉由連接件連接於內爐體的爐門上。

本新型創作對照先前技術之功效為：本新型創作提供一種鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備採用陶瓷坩堝對鈦基合金進行真空感應熔煉，由於陶瓷對電磁力沒有任何屏蔽，因此感應線圈產生的所有的電磁感應的能量能夠全部作用於鈦金屬上，達到節能環保，金屬原料的利用率高達60%-70%，極大的降低金屬成本。

1‧‧‧爐體支架

2‧‧‧外爐體

21‧‧‧外爐體的爐門

22‧‧‧第一抽真空口

3‧‧‧真空吸鑄裝置

31‧‧‧內爐體

311‧‧‧第二抽真空口

312‧‧‧內爐體的爐門

32‧‧‧型殼

4‧‧‧光學監控測溫裝置

5‧‧‧升降架

6‧‧‧升降驅動系統

7‧‧‧水平移動軌道

8‧‧‧陶瓷坩堝

9‧‧‧連接件

10‧‧‧感應線圈

11‧‧‧同軸進電系統

111‧‧‧第一電纜結構

112‧‧‧第二電纜結構

113‧‧‧套筒

114‧‧‧端蓋

115‧‧‧第一圓台

116‧‧‧第二圓台

117‧‧‧連接端子

【圖1】說明本新型創作實施例一提供的鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備的結構示意圖；【圖2】說明圖1中A部分的局部放大圖；【圖3】說明本新型創作實施例一提供的同軸進電系統與感應線圈的裝配結構示意圖。

下面結合附圖並藉由具體實施方式來進一步說明本新型創作的技術手段。

實施例1：

本實施例提供一種鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備，如圖1和圖2所示，該設備包括爐體支架1、支撐於爐體支架1上的外爐體2以及設置於外爐體2內的真空吸鑄裝置3。外爐體2上設置有光學監控測溫裝置4，用於監控外爐體2內的溫度。外爐體2的側壁上開有第一抽真空口22，第一抽真空口22上連接有真空機組，當外爐體的爐門21關閉後，外爐體2內形成密閉的空間，藉由真空機組可對外爐體2內進行抽真空。

於本實施例中，外爐體的爐門21設置在外爐體2的底部。外爐體的爐門21下方連接有升降架5，升降架5由升降驅動系統6驅動，進而帶動外爐體的爐門21上下移動，實現爐門的開啟和關閉。升降驅動系統6設置於水平移動軌道7上，當外爐體的爐門21開啟時，外爐體的爐門21、升降架5以及升降驅動系統6可沿水平移動軌道7移動。其中，升降驅動系統6的具體驅動方式不限，能夠實現穩定傳動的結構均可，如滾珠絲杠結構、氣缸驅動結構等等。

真空吸鑄裝置3固定於外爐體的爐門21上並可隨之一起運動。真空吸鑄裝置3包括內爐體31以及設置於內爐體31內的型殼32，型殼32內為鑄件型腔。內爐體31的底部開有第二抽真空口311，第二抽真空口311 上也連接有真空機組，藉由該真空機組可對內爐體31內進行抽真空。內爐體的爐門312設置於內爐體31的頂部，內爐體的爐門312上藉由連接件9固定有陶瓷坩堝8。連接件9的具體形狀不限，能夠方便陶瓷坩堝8的安裝即可。陶瓷坩堝8的尺寸根據實際澆鑄金屬量進行調整，其內部容腔的直徑通常在20至70cm，理想地為30-60cm，高度通常在40至150cm，理想地為50-100cm。內爐體的爐門312上開有連通口，陶瓷坩堝8的底部開有吸鑄口81，吸鑄口81經連通口與型殼32的型腔入口連接。其中，吸鑄口81的尺寸可根據鑄件型腔的大小以及形狀進行設定，一般設置為5至40cm，理想地為10-30cm。在陶瓷坩堝8與內爐體31之間設置有密封隔離裝置，密封隔離裝置用於在內爐體31與外爐體2之間形成隔離。密封隔離裝置的具體形狀不限，可根據陶瓷坩堝的具體形狀進行設置，能夠實現隔離即可。經實驗表明，採用上述的尺寸能夠獲得最優的熔煉效果和吸鑄效果。

本實施例中係採用藉由感應線圈10通電產生電磁力對陶瓷坩堝8內的鈦基合金進行熔煉的，感應線圈10設置於外爐體2內。當外爐體的爐門21打開時，內爐體31隨著外爐體的爐門21運動，從而移出外爐體2，方便獲得型殼32內的鑄件；當外爐體的爐門21關閉時，內爐體31隨外爐體的爐門21運動，從而移入外爐體2內，當外爐體的爐門21完成關閉時，陶瓷坩堝8正好位於感應線圈10內，便於對陶瓷坩堝8內的鈦基合金進行熔煉。

由於鈦基合金的熔煉過程必須在真空下進行，所以對於感應熔煉而言，從電源到感應線圈10之間必須有相應的連接，普通的電纜連線往往對於功率和頻率的損失超過40%。而本實施例中係採用特殊設計的同軸進電系統11，將兩條電纜的軸心重合，進而可以完全避免電纜的互感，將功率損失降低到5%以內，將頻率損失降低到10%以內。同軸進電系統11固定設置於外爐體2的側壁上，感應線圈10藉由同軸進電系統11支撐於外爐體2內。

如圖3所示，同軸進電系統11包括相互絕緣設置的第一電纜結構111和第二電纜結構112以及連接第一電纜結構111和第二電纜結構112的絕緣元件。第一電纜結構111為銅材質的筒狀結構，其一端接電源正極，另一端藉由連接端子117與感應線圈10的一端連接；第二電纜結構112為銅材質的筒狀結構，第二電纜結構112的外徑小於第一電纜結構111的內徑，第一電纜結構111套於第二電纜結構112外，且第一電纜結構111和第二電纜結構112的軸線重合。

絕緣組件包括套筒113和端蓋114。套筒113的內徑與第二電纜結構112的外徑基本相同，第二電纜結構112套於套筒113內，套筒113在一端設置有第一圓台115以及與第一圓台115連接的第二圓台116，第二圓台116的外徑大於第一圓台115的外徑大於套筒113的外徑。第一電纜結構111的端面與第二圓台116的圓台面相抵接，第一電纜結構111的內周面與第二圓台116的周面配合。由於套筒113的外徑小於第一圓台115的外徑，因此在套筒113的外周面與第一電纜結構111的內周面之間形成空腔。在套筒113的另一端，端蓋114穿過第二電纜結構112與第一電纜結構111的另一端面以及套筒113的另一端面相配合，從而對第一電纜結構111和第二電纜結構112形成固定。端蓋114可以與第二電纜結構112的外周面過盈配合或者螺紋連接。套筒113和端蓋114均採用絕緣材料製成，確保第一電纜結構111與第二電纜結構112之間絕緣。藉由絕緣元件對第一電纜結構111和第二電纜結構112的限位，確保兩者的軸線重合，從而避免電纜的互感，減少能量損失。

本實施例提供的鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備採用陶瓷坩堝8對鈦基合金進行真空感應熔煉，由於陶瓷對電磁力沒有任何屏蔽，因此感應線圈10產生的所有的電磁感應的能量能夠全部作用於鈦金屬上，節能環保，金屬原料的利用率高達60%-70%，極大的降低金屬成本。

其中，外爐體的爐門21不局限於設置在外爐體21的底部，其他能夠方便開關門的位置均可，如外爐體21的頂部和側部，可將外爐體的爐門21可設置為推拉式或翻轉式；內爐體31與外爐體的爐門21的連接方式也不限，可以為壁掛式、支架式等；一個外爐體2內不局限於設置一個真空吸鑄裝置3，也可根據現場的具體需求設置多個真空吸鑄裝置3；同軸進電系統11不局限於上述結構，只要能夠實現同軸進電以避免功率損失的結構均可，另外，同軸進電系統11也可設置為可移動的，當外爐體的爐門21關閉後，同軸進電系統11帶動感應線圈10移動至罩於陶瓷坩堝8的外周。

上述鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備的控制方法具體步驟如下：步驟A、啟動升降驅動系統6驅動升降架5帶動外爐體的爐門21關閉，從而將預裝好鈦基合金料的陶瓷坩堝8以及真空吸鑄裝置3裝入外爐體2內；步驟B、對外爐體2進行抽真空，當真空度達到要求後向外爐體2內充入一定壓力的保護氣體，本實施例採用氬氣作為保護氣體；步驟C、開啟電源，藉由同軸進電系統11向感應線圈10通電，在感應線圈10的作用下進行鈦基合金料的熔煉；步驟D、當熔煉一預定時間後，第二次向外爐體內充入氬氣，當氬氣的壓力達到要求後，對內爐體31進行抽真空，當熔煉結束時，由於內外爐體之間的壓力差，陶瓷坩堝8內的鈦基合金料進入型殼32的鑄件型腔內，完成吸鑄；步驟E、吸鑄完成後，冷卻，破真空，出爐。

上述過程中未提供具體數值的參數如步驟B中的真空度要求、一定壓力的保護氣體、步驟D中的預定時間等均與現有技術中常用的參數設置相同。

由於鈦本身係一種對於電磁感應不敏感的金屬，因此在步驟C中，必須找到合適的功率與頻率的組合才可以進行正常的熔煉。藉由大量的實驗獲得理想地頻率和功率範圍，頻率的理想範圍為20-50kHz，功率的理想範圍為15-50kW。

本實施例提供的鈦基合金感應熔煉底漏式真空吸鑄設備的控制方法操作簡單，工作效率高，約3分鐘即可完成一次吸鑄過程，達到降低勞動強度，以及杜絕傳統工藝中可能出現的安全隱患，使得鈦基合金的熔煉工藝穩定、安全、可靠。另外，本實施例設備實現自動控制，極大降低工人的操作難度和勞動強度，在同等產能的情況下，相比傳統工藝減少50%的人員要求。

實施例二：

本實施例提供一種用於鈦基合金感應熔煉的陶瓷坩堝，該陶瓷坩堝包括坩堝本體以及附於坩堝本體內表面的隔離層。

於本實施例中，隔離層的製成材料中含有氧化釔，其在高溫下對鈦金屬具有很好的惰性，不會與之發生化學反應，能夠在熔煉過程中隔離可能與鈦金屬發生反應的陶瓷材料，確保鈦基合金熔煉的可靠進行。坩堝本體的製成材料中含有二氧化矽，其能夠在熔煉過程中抵抗可能的金屬膨脹及熱應力，確保坩堝的強度。

陶瓷坩堝的尺寸根據實際澆鑄金屬量進行調整，其內部容腔的直徑通常在20至70cm，理想地為30-60cm，高度通常在40至150cm，理想地為50-100cm。陶瓷坩堝的底部開有吸鑄口，吸鑄口的尺寸可根據鑄件型腔的大小以及形狀進行設定，一般設置為5至40cm，理想地為10-30cm。經實驗表明，採用上述的尺寸能夠獲得最優的熔煉效果和吸鑄效果。

其中，隔離層和坩堝本體的具體厚度不限，可根據坩堝的整體尺寸以及設計需要進行設定，隔離層厚度的理想範圍為0.5-1.5mm，坩堝本體厚度的理想範圍為5-15mm。

上述陶瓷坩堝的製備方法包括如下步驟：步驟A、提供所需坩堝形狀的蠟件；步驟B、在蠟件上塗覆含有氧化釔的料漿，然後進行乾燥，獲得塗覆含有氧化釔的料漿的坯件；步驟C、在步驟B獲得的坯件上塗覆含有二氧化矽的料漿，然後進行乾燥；步驟D、重複步驟C設定次數後，將坯件進行鍛燒獲得成品。於本實施例中，鍛燒溫度為900-1300℃，鍛燒時間為1-3小時。

其中，含有氧化釔的料漿成分為40%-60%的氧化釔和40%-60%的醋酸鋯溶液40%-60%。含有二氧化矽的料漿的成分為40%-70%的二氧化矽粉和30%-60%的水。

步驟B中塗覆含有氧化釔的料漿厚度為0.5-1.5mm；步驟C中塗覆含有二氧化矽的料漿厚度為1-2mm。

本實施例的提供地陶瓷坩堝的製備過程工藝簡單，生產週期短，生產效率高。

以上結合具體實施例描述本新型創作的技術原理。這些描述僅為瞭解釋本新型創作的原理，而不能以任何方式解釋為對本新型創作保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本新型創作的其它具體實施方式，這些方式都將落入本新型創作的保護範圍之內。