[发明专利]一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法

说明书

本发明提供一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法，本发明中的水冷铜坩埚采用分瓣式结构，该分瓣式结构为由多个分瓣体拼接而成的中空式结构，从而能够增强水冷铜坩埚的透磁率；同时，通过在中空式结构的正下方可升降的设置有与水冷铜坩埚的底部相配合的水冷铜拉锭机构，能够生产出大规格的钛合金和锆合金铸锭，可达到500Kg级别甚至更高；而且，本发明在炉体的顶部一侧设置有由真空密封管道、电磁真空阀、加料仓和储料仓组成的加料机构，能够实现在生产的过程中半连续作业，且在加料时无需破坏炉体内的真空，适合熔炼高活性的金属合金材料。

技术领域

本发明属于有色金属真空冶金熔炼技术领域，具体涉及一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法。

背景技术

钛合金和锆合金由于具有密度小、比强度高、耐蚀性好以及与碳纤维复合材料相容性好等优点，在航空、航天锻件领域具有广阔的应用前景。然而航空、航天级的钛合金和锆合金在铸锭时，要求成分组织均匀、致密度高、晶粒尺寸小，由于其具有极高的化学活性，目前，其铸锭一般采用真空自耗电弧炉熔炼（VAR），需要预先压制电极，对原材料要求高，生产周期长，一般要经过3次电极自耗熔炼，其铸锭组织、成分才能满足锻造使用。

真空感应熔炼（VIM）是在真空条件下，利用电磁感应在金属导体内产生涡流加热炉料进行熔炼，能够通过感应加热、电磁搅拌使熔池温度场和合金熔体成分均匀化。由于VIM不需要制作电极，可以一次性获得成分均匀的高质量铸锭，具有设备成本低、操作简便等优点。然而，目前真空感应熔炼方法多应用于高温合金领域，由于钛合金和锆合金化学活性高，无磁，只能采用水冷铜坩埚，而水冷铜坩埚的透磁率有限，加上熔炼电源的功率不可能无限大，所以铜坩埚的尺寸做的都比较小，由于没有合适的真空感应熔炼炉，该项技术在钛合金、锆合金领域只能用于实验室小规格铸锭的制备，最大浇注铸件重量仅为50kg。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法，以实现大规格钛合金、锆合金铸锭的制备和生产。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉，包括炉体和与炉体相配合的炉盖，炉体的内部设置有水冷铜坩埚，水冷铜坩埚的外侧设置有能够对其进行感应加热的感应线圈，所述水冷铜坩埚采用分瓣式结构，该分瓣式结构为由多个分瓣体拼接而成的中空式结构，该中空式结构的正下方可升降的设置有与水冷铜坩埚的底部相配合的水冷铜拉锭机构，当水冷铜拉锭机构移动到水冷铜坩埚的底部时，水冷铜拉锭机构与多个分瓣体共同围成顶部具有开口的坩埚腔；

所述炉体的顶部一侧设置有第一真空密封管道，该第一真空密封管道上设置有第一电磁真空阀，且第一真空密封管道的自由端连接至加料仓的出料口，加料仓的内部具有液压加料杆，加料仓的进料口通过第二真空密封管道连接至储料仓，且第二真空密封管道上设置有第二电磁真空阀。

进一步的，所述水冷铜拉锭机包括与水冷铜坩埚的底部相配合的冷却盘以及与冷却盘固定连接的冷却管道，冷却管道远离冷却盘的一端贯穿炉体的底部后设置在炉体的外部。

本发明真空感应熔炼炉的铸锭方法，包括以下步骤：

步骤一、打开炉盖，将水冷铜拉锭机构上升到水冷铜坩埚的底部，水冷铜拉锭机构中的冷却盘与组成水冷铜坩埚的多个分瓣体共同围成顶部具有开口的坩埚腔，将准备好的铸锭熔炼原材料加入坩埚腔内；

步骤二、关闭炉盖，同时关闭第一、第二电磁真空阀，预抽真空至炉体内的真空度为0.5Pa；

步骤三，将另外准备好的铸锭熔炼原材料加入到储料仓内，打开第二电磁真空阀，将储料仓内的原材料加入到加料仓内，关闭第二电磁真空阀，预抽真空至加料仓内的真空度为0.5Pa；

步骤四、启动感应线圈的电源，逐渐将功率增加至400KW后进行保持，待加入的原材料全部熔化完后搅拌2-5 min，使合金液均匀流动；