电磁搅拌结晶器及电子束冷床炉的制作方法

本申请涉及电子束熔炼技术领域，特别是涉及电磁搅拌结晶器及电子束冷床炉。

背景技术：

近年来，航空航天、船舶等领域对高品质钛合金的需求日益增加，如何高效地生产高品质钛合金成为了研究的重要课题之一。

电子束冷床炉近年来已经广泛应用于生产高品质钛及钛合金铸锭。由于熔炼温度高，熔炼过程在真空环境下进行，并且有专门用于除渣的冷床，可以制备满足航空航天等领域使用的高品质钛锭。电子束熔炼炉包括电子枪、冷床、结晶器，工作时，金属液流过的整个通道上都有电子束扫描以保持熔体温度，结晶器中的凝固部分由拉锭装置拉出。

目前使用电子束冷床炉中的结晶器生产的钛及钛合金铸锭存在晶粒粗大、偏析和表面振痕的缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有结晶器生产的钛及钛合金铸锭存在晶粒粗大、偏析和表面振痕的缺陷的问题，提供一种电磁搅拌结晶器及电子束冷床炉。

一种电磁搅拌结晶器，包括：

结晶器主体，具有进液口，所述结晶器主体靠近所述进液口一侧的侧壁沿圆周方向设置有多个切缝；

多个绝缘密封装置，安装于所述结晶器主体，每一个所述绝缘密封装置对应一个所述切缝，所述绝缘密封装置用于对所述切缝进行密封；

电磁线圈，缠绕设置于所述结晶器主体靠近所述进液口一侧的所述侧壁，且多个所述绝缘密封装置设置于所述电磁线圈与所述侧壁之间；

冷却装置，套设于所述结晶器主体的外侧，所述电磁线圈设置于所述冷却装置内。

在其中一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器还包括：

多个凹槽，设置于所述结晶器主体靠近所述进液口一侧的所述侧壁，每个所述凹槽内均设置有一个所述绝缘密封装置，所述凹槽与所述切缝一一对应。

在其中一个实施例中，所述绝缘密封装置包括：

压块，镶嵌于所述凹槽内，用于对所述切缝进行密封。

在其中一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器还包括：

多个绝缘条，每个所述切缝填充一个所述绝缘条，且所述绝缘条设置于所述压块和所述切缝之间。

在其中一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器还包括：

至少一压环，用于固定多个所述凹槽内的所述绝缘密封装置。

在其中一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器还包括：

第一固定板，安装于所述结晶器主体靠近所述进液口的一端；

第二固定板，安装于所述结晶器主体远离所述进液口的一端。

在其中一个实施例中，所述冷却装置包括：

水套，套设于所述结晶器主体的外侧，所述电磁线圈设置于所述水套与所述结晶器主体之间；

第一法兰，固定于所述水套靠近所述切缝的一端，所述第一法兰与所述第一固定板固定连接；

第二法兰，固定于所述水套远离所述切缝的一端，所述第二法兰与所述第二固定板固定连接。

在其中一个实施例中，所述水套包括：

第一连接部，分别与所述第一法兰和所述第二法兰固定连接；

第二连接部，与所述第一连接部固定连接，所述第二连接部分别与所述第一法兰和所述第二法兰固定连接。

在其中一个实施例中，所述冷却装置还包括：

进水口，设置于所述第二连接部靠近所述第二法兰的一侧；

出水口，设置于所述第二连接部靠近所述第一法兰的一侧。

一种电子束冷床炉，包括上述任一项实施例所述的电磁搅拌结晶器。

与现有技术相比，上述电磁搅拌结晶器，通过电磁线圈、绝缘密封装置以及切缝的配合，不仅能够降低涡流的影响，提高电磁场穿透效率，还能够使得结晶器主体内的金属液分布均匀，从而提高表面质量。同时本申请还具有结构简单，成本低廉的优点。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的电磁搅拌结晶器的部分爆炸图；

图2为本申请一实施例提供的电磁搅拌结晶器的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的第一连接部的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的第二连接部的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的电子束冷床炉的结构示意图。

10电磁搅拌结晶器

100结晶器主体

101进液口

103侧壁

104切缝

105绝缘条

110第一固定板

120第二固定板

20电子束冷床炉

200绝缘密封装置

210压块

220压环

300电磁线圈

400冷却装置

410水套

411第一连接部

412第二连接部

413进水口

414出水口

420第一法兰

430第二法兰

500凹槽

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1和图2，本申请一实施例提供一种电磁搅拌结晶器10，包括结晶器主体100、多个绝缘密封装置200、电磁线圈300以及冷却装置400。所述结晶器主体100具有进液口101。所述结晶器主体100靠近所述进液口101一侧的侧壁103沿圆周方向设置有多个切缝104。多个所述绝缘密封装置200安装于所述结晶器主体100。每一个所述绝缘密封装置200对应一个所述切缝104。所述绝缘密封装置200用于对所述切缝104进行密封。所述电磁线圈300缠绕设置于所述结晶器主体100靠近所述进液口101一侧的所述侧壁103，且多个所述绝缘密封装置200设置于所述电磁线圈300与所述侧壁103之间。所述冷却装置400套设于所述结晶器主体100的外侧。所述电磁线圈300设置于所述冷却装置400内。

可以理解，所述结晶器主体100的形状不限，只要具有空腔即可。所述结晶器主体100的具体形状，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述结晶器主体100的形状可以是圆柱形。在一个实施例中，所述结晶器主体100的形状可以是长方体形。在一个实施例中，所述结晶器主体100的材质可为纯铜。在一个实施例中，所述结晶器主体100可采用内径为260mm、外径为380mm、高度为600mm的圆管。在一个实施例中，所述切缝104的缝长方向为所述圆管的轴线方向。

在一个实施例中，所述切缝104的数量为大于或等于16。在一个实施例中，所述切缝104的缝宽不限，只要具有降低涡流的功能即可。所述切缝104的缝宽，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述切缝104的缝宽可为0.5mm。在一个实施例中，所述切缝104的缝宽可为0.8mm。在一个实施例中，所述切缝104的缝长可设定为所述电磁线圈300的高度加30mm。

可以理解，所述绝缘密封装置200的具体结构不做具体的限定，只要具有绝缘、密封以及耐高温的功能即可。所述绝缘密封装置200的具体结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述绝缘密封装置200可由云母构成。在一个实施例中，可将云母填充在所述切缝104内，通过云母对所述切缝104进行绝缘密封。在一个实施例中，所述绝缘密封装置200也可由耐高温的绝缘板构成，将所述绝缘板填充在所述切缝104内，通过绝缘板对所述切缝104进行绝缘密封。

所述电磁线圈300的线圈高度，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述电磁线圈300的线圈高度可设定为80mm。在一个实施例中，所述电磁线圈300的线圈高度也可设定为120mm。在一个实施例中，所述电磁线圈300的线圈高度为所述切缝104的缝长减30mm。在一个实施例中，所述电磁线圈300的材质为紫铜管。在一个实施例中，所述电磁线圈300的顶端与弯月面顶端相对位置在10mm-35mm。

所述电磁线圈300的作用是在熔体(即所述结晶器主体100)中产生电磁力，电磁力的搅拌作用对凝固中的金属液产生电磁搅拌，从而达到成分和温度均匀的效果(有利于形成等轴晶)。电磁搅拌作用也使枝晶破碎，有利于细化晶粒。同时电磁连铸有利于获得光洁的铸坯表面。

所述电磁线圈300的工作原理：当感应线圈中通过交变电流j0时，产生交变电磁场b作用于金属液，使之形成感生电流j，该电流与磁场b相互作用形成指向金属液内部的电磁力。金属液在电磁力作用下产生流动。在一个实施例中，所述金属液从所述进液口101流入所述结晶器主体100。

可以理解，所述冷却装置400的具体结构不做具体的限定，只要具有冷却功能即可。所述冷却装置400的具体结构，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述冷却装置400可由夹套构成。在所述夹套内通入冷却介质(比如水)，从而对所述结晶器主体100进行降温。在一个实施例中，所述冷却装置400也可采用传统的具有冷却功能的装置，比如现有连铸机冷却系统等。

本实施例中，通过所述电磁线圈300、所述绝缘密封装置200以及所述切缝104的配合，不仅能够降低涡流的影响，提高电磁场穿透效率，还能够使得所述结晶器主体100内的金属液分布均匀，从而提高表面质量。同时本实施例还具有结构简单，成本低廉的优点。

在一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器10还包括多个凹槽500。多个所述凹槽500设置于所述结晶器主体100靠近所述进液口101一侧的所述侧壁103。每个所述凹槽500内均设置有一个所述绝缘密封装置200。所述凹槽500与所述切缝104一一对应。

可以理解，所述凹槽500的深度不限，只要保证未穿透所述侧壁103即可。所述凹槽500的深度，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述凹槽500的深度可为20mm。在一个实施例中，所述凹槽500的深度可为30mm。在一个实施例中，所述凹槽500的形状可为方形。在一个实施例中，所述凹槽500的数量与所述切缝104的数量相同，且每个所述凹槽500在所述侧壁103的位置与每个所述切缝104在所述侧壁103的位置相同。在一个实施例中，所述凹槽500设置于所述侧壁103靠近所述冷却装置400的一侧，加工方便。

在一个实施例中，所述绝缘密封装置200包括压块210。所述压块210镶嵌于所述凹槽500内。所述压块210用于对所述切缝104进行密封。可以理解，所述压块210的材质不限，只要保证具有耐高温、绝缘、密封的功能即可。所述压块210的具体材质，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述压块210的材质可为氧化硅。在一个实施例中，所述压块210的材质也可为氮化硅。在一个实施例中，所述压块210的形状与所述凹槽500的形状相同，以保证所述压块210能够镶嵌于所述凹槽500内，从而完成对所述切缝104的密封。

在一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器10还包括多个绝缘条105。每个所述切缝104填充一个所述绝缘条105，且所述绝缘条105设置于所述压块210和所述切缝104之间。可以理解，所述绝缘条105的材质不限，只要保证具有绝缘功能即可。所述绝缘条105的具体材质，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述绝缘条105的材质可为云母。在一个实施例中，所述绝缘条105的材质也可为氧化硅或氮化硅。在一个实施例中，所述绝缘条105的形状与所述切缝104的形状相同，以保证对所述切缝104的密封。

在一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器10还包括至少一压环220。所述压环220用于固定多个所述凹槽500内的所述绝缘密封装置200。在一个实施例中，所述压环220的数量为两个，分别位于所述压块210(即所述绝缘密封装置200)沿所述结晶器主体100轴向的顶部和底部。在一个实施例中，所述压环220的长度可调，可以控制对所述压块210的压紧力。

在一个实施例中，所述电磁搅拌结晶器10还包括第一固定板110和第二固定板120。所述第一固定板110安装于所述结晶器主体100靠近所述进液口101的一端。所述第二固定板120安装于所述结晶器主体100远离所述进液口101的一端。

在一个实施例中，所述第一固定板110与所述结晶器主体100之间的安装方式不限，只要保证固定即可。在一个实施例中，所述第一固定板110与所述结晶器主体100可通过焊接连接。在一个实施例中，所述第一固定板110与所述结晶器主体100也可通过铆接连接。在一个实施例中，所述第一固定板110的材质为铜。在一个实施例中，所述第一固定板110的厚度可设定为10mm。

在一个实施例中，所述第二固定板120与所述结晶器主体100之间的安装方式不限，只要保证固定即可。在一个实施例中，所述第二固定板120与所述结晶器主体100可通过焊接连接。在一个实施例中，所述第二固定板120与所述结晶器主体100也可通过铆接连接。在一个实施例中，所述第二固定板120的材质为铜。在一个实施例中，所述第二固定板120的厚度可设定为10mm。

在一个实施例中，所述第一固定板110的厚度和所述二固定板120的厚度均可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述第一固定板110和所述二固定板120的边缘沿圆周方向均设置有均布的第一固定孔，用于螺栓连接。

在一个实施例中，所述冷却装置400包括水套410、第一法兰420和第二法兰430。所述水套410套设于所述结晶器主体100的外侧。所述电磁线圈300设置于所述水套410与所述结晶器主体100之间。所述第一法兰420固定于所述水套410靠近所述切缝104的一端。所述第一法兰420与所述第一固定板110固定连接。所述第二法兰430固定于所述水套410远离所述切缝104的一端。所述第二法兰430与所述第二固定板120固定连接。在一个实施例中，所述水套410的材质为纯铜。

可以理解，所述第一法兰420与所述水套410之间的固定方式不限，只要保证二者固定即可。在一个实施例中，所述第一法兰420与所述水套410可通过焊接固定。在一个实施例中，所述第一法兰420与所述水套410可通过铆接固定。在一个实施例中，所述第二法兰430与所述水套410之间的固定方式，也可采用上述固定方式。在一个实施例中，所述第一法兰420和所述第二法兰430的边缘沿圆周方向均设置有均布的第二固定孔，且所述第二固定孔与所述第一固定孔一一对应，用于螺栓连接。

请参见图3和图4，在一个实施例中，所述水套410包括第一连接部411和第二连接部412。所述第一连接部411分别与所述第一法兰420和所述第二法兰430固定连接。所述第二连接部412与所述第一连接部411固定连接。所述第二连接部412分别与所述第一法兰420和所述第二法兰430固定连接。

所述第二连接部412与所述第一连接部411之间的固定方式，可根据实际需求进行选择。在一个实施例中，所述第二连接部412与所述第一连接部411可通过焊接固定。在一个实施例中，所述第二连接部412与所述第一连接部411也可通过螺栓固定。

在一个实施例中，所述冷却装置400还包括进水口413和出水口414。所述进水口413设置于所述第二连接部412靠近所述第二法兰430的一侧。所述出水口414设置于所述第二连接部412靠近所述第一法兰420的一侧。

在一个实施例中，所述进水口413或所述出水口414的外端均加工有密封螺纹，用于与外部水路连接。可以理解，所述进水口413或出水口414的形状不限，只要保证能够进水或出水即可。在一个实施例中，所述进水口413或出水口414的形状可为圆形。在一个实施例中，所述进水口413或出水口414的形状可为方形。

综上所述，本申请通过所述电磁线圈300、所述绝缘密封装置200以及所述切缝104的配合，不仅能够降低涡流的影响，提高电磁场穿透效率，还能够使得所述结晶器主体100内的金属液分布均匀，从而提高表面质量。同时本申请通过所述绝缘条105和所述压块210的配合，可增加对所述切缝104的密封性。本申请还具有结构简单，成本低廉的优点。

请参见图5，本申请一实施例提供一种电子束冷床炉20，包括上述任一项实施例所述的电磁搅拌结晶器10。本申请所述的电子束冷床炉20，通过所述电磁线圈300、所述绝缘密封装置200以及所述切缝104的配合，不仅能够降低涡流的影响，提高电磁场穿透效率，还能够使得所述结晶器主体100内的金属液分布均匀，从而提高表面质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。