本发明属于铸造领域，具体涉及一种生产小容量高质量母合金的浇铸系统设计。
背景技术：
高温合金是制造先进燃气涡轮发动机的关键材料，被称作燃气涡轮的心脏。获得无缺陷的高温合金铸件一直是燃气涡轮工业的首要目标。高温合金铸件成型首先要将原材料熔炼成高温合金母合金锭，然后再将母合金重熔浇注成需要的铸件形状。铸造高温合金一般都含有多种合金化元素，有的多达10余种，因为成分中活性元素较多，对杂质含量要求严格。因此，母合金的质量是高品质高温合金铸件的前提。为了获得高品质的高温合金母合金，铸造高温合金多采用双真空熔铸工艺，即将原材料先在真空感应炉内熔炼并铸成预制母合金锭，再在真空感应炉内快速重熔并浇注成铸件，一次真空熔炼生产的产品质量对二次熔炼生产的铸件性能有非常大的影响。
在一次熔炼过程中所使用的母合金浇铸系统大多由模具、分流器、保温冒口、导流塞头等组成，所生产出来的母合金圆锭大都存在着上部疏松、缩孔缺陷，表面质量差，圆锭内部夹杂较多等问题。因此设计出一种可生产高质量母合金的浇铸系统就显得非常重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种生产小容量高质量母合金的浇铸系统，以降低生产成本、提高产品收得率、改善母合金质量缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种小容量母合金浇铸系统，主要由带有氧化锆过滤片且内部有三斜面、一直面的预制中间包，方形四孔分流器，嵌入式发热冒口，锭模，耐材底板组成；方形四孔分流器与嵌入式发热冒口、嵌入式发热冒口与锭模之间用耐火泥连接。
进一步，所述的预制中间包内部远离水口的三个面为斜面，靠近水口的一面为竖直面，中间包内氧化锆过滤片的孔隙率为10ppi。
进一步，所述的锭模内孔设有锥度，锥度为3°左右，内表面光滑且喷涂锭模专用涂料，喷涂后置于300℃环境中2-3小时。
进一步，所述的浇铸系统采用单工位浇铸的方式，生产的母合金直径为80-90mm。
与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：
1.预制中间包带有氧化锆过滤片且内部有三斜面、一直面，可使中间包内钢液面更快提升，延长钢液中夹渣上浮时间，促进夹渣上浮；过滤片可过滤掉大颗粒夹渣，提高了母合金的纯净度；同时与传统无斜面中间包相比，更方便清理冷钢，提高工作效率。
2.以嵌入式发热冒口替代传统的耐材保温冒口，大大降低了冒口部分钢液的冷凝速度，使锭模中钢液在凝固的过程中，冒口内钢液可以进行充分的补缩，致使母合金圆棒上部无缩孔缺陷，提高了产品的收得率。可提高浇注温度15-20℃，给予锭模内钢液中小颗粒夹渣充分的上浮时间
3.与传统的母合金浇铸系统相比，本发明中分流器与发热冒口直接连接，减除导流塞，降低了生产成本。
4.锭模内表面光滑，同时在锭模内表面喷涂专用涂料，产品表面质量光滑。
附图说明
图1为小容量母合金浇铸系统的示意图，其中：1-预制中间包、2-方形四孔分流器、3-嵌入式发热冒口、4-锭模、5-耐材底板、6-氧化锆过滤片。
图2为小容量母合金浇铸系统的中间包示意图。
图3为小容量母合金浇铸系统的四孔分流器示意图。
图4为小容量母合金浇铸系统的发热冒口示意图。
图5为小容量母合金浇铸系统的锭模示意图。
图6为小容量母合金浇铸系统的耐材底板示意图。
图7为小容量母合金浇铸系统的氧化锆过滤片示意图。
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明可生产高质量母合金的小容量母合金浇铸系统主要由带有氧化锆过滤片且内部有三斜面、一直面的预制中间包、耐材分流器(如图3所示)、嵌入式发热冒口(如图4所示)、锭模(如图5所示)、耐材底板(如图6所示)组成。方形四孔分流器与嵌入式发热冒口、嵌入式发热冒口与锭模之间用耐火泥连接。
预制中间包内部远离水口的三个面为斜面，靠近水口的一面为竖直面，如图2所示，中间包内氧化锆过滤片的孔隙率为10ppi，如图7所示。
锭模内孔设有锥度，锥度为3°左右，内表面光滑且喷涂锭模专用涂料，喷涂后置于300℃环境中2-3小时。
浇铸系统采用单工位浇铸的方式，生产的母合金直径为80-90mm。
以采用80kg真空感应炉生产直径为80mm小批量高质量母合金的浇铸系统为例。
组装系统之前，将预制中间包、氧化锆过滤片、发热冒口、耐材底板、耐材分流器置于烘箱中，在150℃下烘烤1-2小时，去除湿气。在锭模内表面喷涂大约0.05mm厚度的专用涂料，喷涂后置于烘箱中，在300℃下烘烤2-3小时。
按照图1所示组装整个浇注系统，不同组件之间用耐火泥连接，连接后用乙炔火焰烘干。
整个浇铸系统只有一个工位，总装炉量为82kg，共四根锭模，每个锭模的容量在20kg左右，预留1kg左右的损耗，由于浇注水口距离分流器只有5cm左右，因此无喷溅损耗，损耗主要是中间包及分流器内残留冷钢，产品收得率高，产品收得率达到98.8％。
经过冶炼后的钢液进行浇注，钢液先后经过预制中间包、氧化锆过滤片、耐材分流器、发热冒口流入锭模。带有氧化锆过滤片且内部有三面斜面中间包如图2所示，中间包内部远离水口的三个面为斜面，其作用主要是减小中间包底部体积，提高中间包内钢液面提升的速度，促进中间包内钢液夹渣的上浮，同时方便清理冷钢；靠近水口的一面为竖直面，目的是防止钢液冲击斜面喷溅而增加损耗；氧化锆过滤片可过滤掉大部分大颗粒夹渣，提高了母合金的纯净度，用发热冒口替代传统的耐材保温冒口，在杜绝钢锭上部缩孔缺陷的基础上，可提高浇注温度15-20℃，给予锭模内钢液中小颗粒夹渣充分的上浮时间，这些夹渣最终漂浮在钢液面上，锭模内表面光滑且喷涂锭模专用涂料，减少随着钢液面的上升时夹渣在锭模内壁的粘黏。方形四孔分流器的设计，可以使分流器内钢液均匀分流及节约空间。锭模内孔3°锥度设计使铸锭脱模顺利。产出的母合金锭上部无缩孔缺陷，冒口底端以下切除厚度≤5mm，表面扒皮厚度≤1mm。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。