[发明专利]一种用于真空熔炼设备中的顺序凝固工艺装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造设备与方法技术领域，更特别地说，是指一种用于真空熔炼设备中的顺序凝固工艺装置及方法。

背景技术

在超高温材料的生产过程中，为保证所生产的材料具有优异的质量水平，必须严格控制化学成分和提高纯净度，而这主要取决于熔炼技术。真空熔炼技术是超高温材料熔炼的一种关键技术。

在合金液浇注成型的过程中，当溶液浇入锭模后，与锭模型壁接触的液体先凝固，中心部分液体后凝固。由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞。容积大而集中的孔洞称为缩孔；细小而分散的孔洞称为缩松。在铸件的生产过程中，缩孔、缩松等缺陷是制约铸件生产的一大问题，直接影响到铸件的质量与工艺出品率，而工艺出品率是影响铸件成本的一大重要因素。为了防止这些缺陷，往往通过设置冒口加强金属液的补缩，并通过设置冷铁形成局部激冷区，尽量使金属液在凝固过程中实现顺序凝固。

但在实际生产过程中，由于某些合金的凝固收缩率大，或是由于铸件的长径比比较大，而使得浇注过程中形成的自生温度梯度并不能完全消除缩孔，造成工艺出品率低，大量的原材料被浪费的结果。形成缩孔缩松的根本原因是合金棒料或铸锭在凝固时，侧壁传热形成的横向凝固速度和底部散热形成的纵向凝固速度不同，侧壁的横向凝固速度大于底部的纵向凝固速度，导致固液界面推进形成的固液界面角角度过小，并且侧壁与棒料的接触面积大，棒料纵截面上，侧壁到中心的距离不变，因而各位置的横向凝固速度也几乎不变。但随着棒料由下而上的凝固过程进行，纵向凝固需要散失的热量需要经由已凝固区域传出，随着已凝固区域的增加，散热变慢，纵向凝固速度也逐步变慢，因而导致固液界面角进一步变小，最终在棒料中心位置形成细长的最后凝固区域，上方金属液补缩能力不够，导致中心缩孔缩松的产生。因而要想消除中心缩孔缩松，一方面需要加强冒口的补缩效果，另一方面需要合理设置冷却装置，尽可能增大固液界面角，实现金属液自下而上的顺序凝固。

为了尽可能增大固液界面角，在传统工艺中，也有通过在锭模的侧部或底部，以外加水冷或风冷等冷却的方法来给金属液外加一定的温度梯度，以加快金属液凝固，但对于施加侧部冷却的方式，其首先冷却的是锭模侧壁，只能减少总凝固时间，对固液界面角的扩大作用没有帮助，甚至会进一步减小固液界面角。而对于底部冷却的方式，往往是通过冷却底部所有区域，这样不仅会提高棒料中心的纵向凝固速度，同时也冷却了锭模侧壁，提高了棒料的横向凝固速度，对固液界面角的扩大作用不明显。

可见，目前暂未有人公布过基于冒口加热设计与冷铁补缩设计的用于真空熔炼设备中的顺序凝固工艺装置及方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于真空熔炼设备中的顺序凝固工艺装置及方法，目的在于保证真空熔炼设备内的高真空条件下，通过外加感应加热装置，加热冒口中金属液的温度，控制冒口的凝固时间大于铸件被补缩部分的凝固时间，使冒口与被补缩部位之间始终保持畅通的补缩通道，保证补缩效果；同时通过外加的冷却装置作用于锭模底座底部的中心局部位置施加冷却，加强底部激冷的效果，增大固液界面角，实现自下而上的顺序凝固，达到消除缩孔、缩松缺陷，提高铸件质量和工艺出品率的目的。

本发明完整的技术方案包括：

一种用于真空熔炼设备中的顺序凝固工艺装置，包括真空熔炼设备、锭模、冒口加热装置和激冷装置。

所述的真空熔炼设备炉壁处开有四个孔，两个孔为一组，共两组。其中一组装有进线孔套，进线孔套的中部是供水冷铜管通过的中心通孔，进线孔套上设有外螺纹，通过螺纹连接固定于真空熔炼设备炉壁上。另一组装有进线管，进线管上设有外螺纹，通过螺纹连接，固定于真空熔炼设备炉壁上。

所述锭模分为上下两部分，上部呈由下向上直径逐渐变大的喇叭口，为冒口段；下部为直径相同的锭模段，锭模段外套有一端封闭的圆柱桶作为底座。金属液在所述锭模中凝固后，形成铸件。

所述的冒口加热装置包括感应加热线圈、转用管、连接件、水冷铜管和进线孔套。感应加热线圈设于上述锭模的冒口段外，感应加热线圈的尾端焊有转用管，转用管上套有连接件，连接件与水冷铜管通过螺纹进线连接。水冷铜管固定于进线孔套的中心通孔中，一端与感应加热线圈相连，另一端与感应加热电源相连。