[实用新型]具有多功能操作系统的冷坩埚真空熔炼设备

说明书

技术领域：

本实用新型涉及制备活泼金属及其合金的熔炼、铸造和定向凝固技术，特别适合于稀土超磁致伸缩合金及Ti和Ti合金及高纯度半导体材料的制备。

背景技术：

稀土元素非常活泼和昂贵，稀土超磁致伸缩合金对纯度要求极高。为了避免气氛和坩埚材料对炉料的沾污，近些年来已发展冷坩埚真空感应熔炼技术。美国专利USP3775091，4058668，5819837，6101212，4838933，5074523等及中国专利CN1071502，1267815和2195744Y等多篇文献介绍了这种技术的新的方案。但因其注塞杆只有单一功能，一次熔炼需要多炉或多次工序才能完成，为使料液充分均匀，需先铸锭，待锭冷却后开炉取锭，将锭翻转再装入坩埚，然后又合炉重新抽真空、充氩、熔化料锭、铸锭。由于重复操作多次，增加了炉料损耗和炉料被沾污的机会，合格率降低，也多耗了大量人工、水、电及材料。另外，现有技术难以在同一炉次中实现压力铸造或离心铸造，及在铸造过程中完成定向凝固处理，这些均导致了产品价格昂贵。

发明内容：

本实用新型的目的是设计一种在加热过程松动炉料、在熔炼过程搅拌料液、熔炼后将在坩埚中凝固的锭举高、翻转后送回坩埚重熔，重熔数次后通过坩埚底部的注口将料液注入模具凝固，实现多铸件铸造、压力铸造、离心铸造、定向凝固铸造，及半连续性熔炼和铸造等多种熔炼、铸造的多功能操作系统的冷坩埚感应熔炼设备，实现优质、高效、低耗生产。

本实用新型采用水冷铜材坩埚，埚身沿轴向分成瓣状，坩埚主体内表面为圆柱面或低锥度圆锥面，埚的底部中心开设注口，其特征在于一个可沿轴向升降、可绕轴旋转并与坩埚共轴的柱塞杆机构从炉体底部竖直向上伸入炉内，杆顶可进入并堵塞坩埚底部的注口；在坩埚上方炉壁伸入一个可夹持、翻转料锭的翻锭机构；在坩埚下方设置由模具体和模具架组成的铸造机构。

柱塞杆机构由塞杆头、驱动杆、叶片和驱动机构组成，塞杆头顶端装有短叶片，下端与驱动杆相连。

驱动机构为电机一丝杠结构。

翻锭机构由把持头和操作杆组成，其中操作杆由同心的外杆和内杆构成，外杆通过真空密封以水平方向伸入炉体内，可心沿其轴线前后移动和绕其轴线旋转，内杆通过真空密封和螺纹旋入外杆的内孔。

模具体上口与坩埚注口对接，塞杆头穿过模具体内腔伸进坩埚注口。

模具体外上部装设加热器，下部装设冷却器。

模具体可设计成单模或多模结构。

模具体可通过连接装置随塞杆头或驱动杆上下移动并旋转。

炉体顶部设置有密封的加料器。

本实用新型为冷坩埚熔炼设备设计了一套多功能的搅拌-翻锭-铸造操作系统，此系统的结构和操作相当简单——核心元件只是堵塞坩埚注口的塞杆头，基本操作是使塞杆头上下移动和绕自轴的旋转，此外只有塞杆头的驱动机构、翻锭机构和模具等简单元件。这种操作系统具有松动炉料，搅拌熔体，翻转料锭，铸造等多种功能，利用它可以实现多铸件铸造、压力铸造、离心铸造、定向凝固铸造，以半连续性熔炼和铸造等多种熔炼-铸造技术。

利用此操作系统具有以下优点：

在生产过程方面，使为获得成分均匀的成品所需要的多炉操作集中在一个炉次完成，从而简化了制备工艺，提高了制备效率。以磁致伸缩合金为例，以往每次熔炼过程需要约5小时，其中熔料时间仅占几分钟，大部分时间用于准备炉料和设备，抽真空，等待锭冷却，以及出炉和清理。为了均匀化，中间合金和成品合金各需熔炼3次。这样，一般需要约30小时才能得到一炉成品。装设本操作系统后，从一个熔炼炉次便能得到成品，时间缩减到4-8小时。此外，多炉熔炼所需要的人工操作及材料消耗(如氩气、水和电能等)也由多次减少到一次。

在产品方面，首先降低了产品的杂质含量。重熔料不在空气中破碎，料液只接触金属冷坩埚和金属模具，集中在料液表层的杂质被留在坩埚内不进入成品。第二，提高了成品的质量。压力铸造、离心铸造和模具加热等技术减轻了铸件出现疏松、孔隙、缩孔和裂纹的倾向。第三，损耗减少，成材率提高。每次重熔不破碎料锭，料液从坩埚底部直接进入模具，没有溅出损失，几乎不产生冒口和汤道等废料。产品质量的改善和制备工序的减少也提高了成材率。

在生产线建设方面，熔炼设备不需要专门的捣料机构、坩埚倾转机构和复杂的铸造装置，能在铸造过程实现定向凝固，从而使炉体结构简化，尺寸减小，并节省了专门的定向凝固设备。

附图说明：

图1：带有搅拌-翻锭-铸造系统的冷坩埚真空感应熔炼炉的示意图