[实用新型]用于定向凝固的冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种冷却装置，特别是一种用于定向凝固的冷却装置。

背景技术

定向凝固是在控制铸件内部传热、传质和流动的条件下，金属(或晶体类材料)能够沿固定生长方向进行凝固或结晶的过程。定向凝固后金属的组织特征是与凝固热流方向平行的一组平行柱状晶，如果能够适当控制晶粒的生长过程，例如抑制外来生核，则晶体可以长成只有一个晶粒的结晶组织，称为单晶体。

生产过程中，固液界面前沿的温度梯度是关键，而温度梯度又直接受冷却速度的影响，它对铸坯表面，内部及中心裂纹等都有着重要影响，冷却技术的优劣直接决定着产品的性能。由于单晶的冷却速度慢，生产条件复杂，成本高，因此实际生产中多晶的情况居多，尤其是在获得平行柱状晶的情况下，更需要高的冷却速度，以尽快导出热量；此时常规的空冷或者水冷的办法是不能满足要求的。

常用的冷却方法有三种：功率降低法，高速凝固法和液态金属冷却法，由于液态金属和固液界面之间的换热系数较大，因此它能够有效提高铸件和凝固过程中的温度梯度，目前在定向凝固过程中已获得了广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种用于定向凝固的冷却装置，以提高冷却效率，减少冷却液用量，降低成本。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于定向凝固的冷却装置，包括带有加热线圈的熔炼炉、保温炉、模壳和储液器，其特征在于所述保温炉的上盖上有浇注口，在该浇注口的上方设置所述带有加热线圈的熔炼炉，该熔炼炉下部的出液口正对准保温炉上盖上的浇注口；所述保温炉内腔能容置模壳，其内腔中部有上隔板将保温炉内腔分隔为上加热区和下加热区，上下加热区内设置电加热元件，保温炉下开口处设有下隔板；在保温炉下沿设置环形喷头，该环形喷头经冷却系统接通泵的出口，该泵的进口接通所述储液器的下部；所述储液器置于保温炉的下方，一个抽拉机构承载所述模壳，构成浸入式冷却装置。

一种用于定向凝固的冷却装置，包括带有加热线圈的熔炼炉、保温炉、模壳和储液器，其特征在于所述保温炉的上盖上有浇注口，在该浇注口的上方设置所述带有加热线圈的熔炼炉，该熔炼炉下部的出液口正对准保温炉上盖上的浇注口；所述保温炉内腔能容置模壳，其内腔中部有上隔板将保温炉内腔分隔为上加热区和下加热区，上下加热区内设置电加热元件，保温炉下开口处设有下隔热板；在保温炉下沿设置环形喷头，所述环形喷头经一个冷却系统接通一个泵的出口，该泵的进口接通所述储液器；所述模壳安置在所述储液器上，储液器由一个抽拉机构承载，构成非浸入式冷却装置。

本实用新型和之前的冷却装置相比，具有以下显而易见的特点和优点：

(1)固液界面前沿的温度梯度大；首先本方案采用的冷却液是低熔点液态金属；其在常温下为液态，沸点高，不易汽化；始终和冷却表面有很好的润湿效果，传热方式以对流换热为主，传热效率高；而且液态金属的密度往往大于水，故体积比热大，因此使用它作为冷却液，其冷却效率远高于水；而且本方案中冷却液不仅能对流导热，还能有效隔绝加热区对冷却区的辐射换热，使固液界面始终保持较大的温度梯度。

(2)特殊的喷淋系统；之前的喷头以针状或板状为主，在冷却圆柱型表面时，会导致冷却不均，本发明采用一种环状喷头，布置在冷却面周围，使其呈圆周状整体冷却，可以克服冷却不均的缺陷。

(3)常见定向凝固过程中，模壳的加热区和冷却区用隔热板隔开，以阻止热辐射，提高固液界面的温度梯度，但这样做的缺陷有二；其一，模壳的形状若不规则，隔热板很难真正隔绝两区的之间的热辐射，其二，熔融金属的温度极高，长时间处于这样的高温状态下，隔热板会失去隔热效果。这两个缺点都导致隔热板不能有效隔绝加热区和冷却区的热辐射，使固液界面前沿的温度梯度降低，冷却效果变差。

在本方案中，冷却液为液态金属其密度大且呈镜面分布，喷出时有很大的压力(通过泵调节)，因此冷却液能完全隔绝上下两区，有效地将加热区的热辐射反射回去，使下部冷却区不受影响，从而提高固液界面前沿的温度梯度。

(4)冷却液循环系统；它的优点有三；首先，可以在循环系统中方便地调节金属液的流量和压力，其次，通过循环系统将金属液引出让后降温，以提高它的冷却效率；第三，减少金属液的用量，降低成本。

附图说明：

图1是本实用新型的浸入式冷却装置结构示意图。

图2是本实用新型的非浸入式冷却装置结构示意图。

具体实施方式