一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉的制作方法

本实用新型属于悬浮熔炼炉
技术领域：
，具体涉及一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉。
背景技术：
：在熔炼技术中，真空感应熔炼技术属于比较先进的熔炼技术，通过电磁感应的方式对熔炼材料进行加热，真空环境排除了大气对熔炼材料的污染，能制备纯度较高的合金产品。但是，传统的感应熔炼过程中氧化物坩埚材料会对所熔炼的金属材料产生污染，难于熔炼钛合金、锆合金等活性金属以及钨、钼、铌、钽等高熔点难熔合金。美国bmi研究所的g.h.schippereit等人1961年发现，电磁场可进入有缝的铜坩埚，对坩埚中的炉料进行加热。之后，美国、德国、法国、前苏联等国开始研究冷坩埚感应熔炼技术。为了制备对纯度要求特别高材料本身难以熔炼的产品和合金材料，上世纪末出现了悬浮熔炼技术，又称为冷坩埚真空感应熔炼技术，1990年第六届国际钢铁会议后，特别是近年来，冷坩埚感应熔炼技术得到了更加迅速的发展，其主要研究进展包括：(1)设备规模增大到了接近生产要求的水平；(2)除活泼金属和合金外，冷坩埚感应熔炼技术应用到了更加广泛的材料领域，如超合金和金属间化合物、高纯溅射靶材、难熔金属和合金、氧化物陶瓷和宝石、放射性材料、多晶硅、高熵合金等；(3)该技术逐渐与其它现代材料技术结合，发展了冷坩埚电磁连铸技术、冷坩埚定向凝固技术、用冷坩埚作为辅助装置的喷雾沉积技术和激冷技术等。冷坩埚真空感应熔炼技术采用铜坩埚代替氧化锆、三氧化二铝的陶瓷材料的坩埚，电磁场使熔融的炉料在熔炼过程中处于悬浮或准悬浮的状态，从而排除了坩埚材料本身对熔炼材料的污染。为防止铜坩埚被熔化，这种坩埚需要进行冷却。真空悬浮熔炼设备在构成方面，其由真空系统，冷坩埚，供电系统三大部分组成。其中冷坩埚及供电系统(感应电源)是技术的核心所在。冷坩埚需要采用分瓣式，每瓣由带有独立水冷系统的紫铜制造，坩埚内腔形状决定了所熔化物料的悬浮效果，特殊的水路设计防止在超高温下坩埚的损毁，适宜的壁厚最小化吸收电源功率，并确保使用安全；电源适当的频率决定了物料的悬浮效果及熔化效率，并确保真空下安全熔炼。目前由于真空悬浮熔炼设备可以制备熔炼高纯、高熔点、怕氧化、怕污染、成份难以均匀的高品质金属或合金而被广泛应用，属于当前较先进的熔炼装备，但是，随着熔炼合金种类的增加，以及熔炼工艺的逐渐成熟，设备的容量以及适应工业化生产等方面产生了一些问题，主要问题如下：1、由于设备是高频率、高功率，因此，设备本身存在一定的矛盾，就是在频率达到一定范围时功率不可能继续增大，这就意味着设备的容量很难做到更大，目前了解该设备最大50kg(以铁计)，容量太小，这就限制了该设备在实际工业化生产上的应用，目前该设备一般集中在大学或者科研院所的实验室里。2、现有真空悬浮熔炼装备，熔炼合金以后都需要将合金停留在真空腔室内冷却一定时间，防止合金高温氧化，然后再熔炼下一炉合金时需要破真空，这就大大降低了生产效率，单坩埚很难实现连续性的铸造生产。3、在实际生产过程中，真空系统不可能将真空室内的氧完全去除，这样就会导致熔炼合金受到污染。由于该设备可以熔炼高温、高纯、难熔金属和合金，因此，应用越来越广泛，但是，由于容量和功能不全的限制，在实际工业化生产当中应用非常少，不能连续生产还存在浪费时间，降低生产效率等缺点。因此，为了解决高纯金属材料的熔炼和精密成形，提高生产效率，急需开发一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉。技术实现要素：针对现有技术的不同，本实用新型提供了一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉，本发明设有多个真空腔室、多个熔炼坩埚，可以同时在熔炼室中熔炼合金也可以单独熔炼合金，可以联合浇铸钛合金复杂结构铸件或者难熔合金铸件，也可以多坩埚单独浇铸实现连续铸造功能。本实用新型属于高纯母合金、高纯靶材、高纯难熔金属、高纯活性轻合金材料制备及铸件精密成形领域，具体公开了一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉，它是在真空或者氩气环境下采用感应熔炼工艺制备高纯材料及铸件精密成形的熔炼设备。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉，该悬浮熔炼炉包括铸型室1、熔炼室2、熔炼室炉盖3，所述铸型室1和熔炼室2通过翻板阀15连接，熔炼室2与熔炼室炉盖3形成真空腔室；其中，所述铸型室1上安装有铸型室炉门10，铸型室1与铸型升降结构14连接；所述熔炼室2通过插板阀分别对应连接加料室，插板阀关闭时，熔炼室2与加料室分别单独形成真空腔室，插板阀打开时，熔炼室2与加料室形成一个真空腔室；熔炼室2内设有多个熔炼坩埚，熔炼坩埚通过同轴导电机构旋转。翻板阀15关闭时，熔炼室2和铸型室1分别单独形成真空腔室；翻板阀15打开时，熔炼室2和铸型室1形成一个真空腔室。所述熔炼坩埚的个数≥2。所述加料室和插板阀的个数≥2。其中，铸型室1用于放置铸型，熔炼室2为熔炼合金腔室，铸型升降结构14用于铸型的升降，翻板阀15为隔离熔炼室与铸型室的阀门，插板阀为隔离熔炼室和加料室的阀门，加料室为用于相应熔炼坩埚加料的腔室。本发明具体结构如下：铸型室1与铸型升降机构14连接；熔炼室2与铸型室1通过翻板阀15连接，翻板阀15关闭熔炼室2和1铸型室可以单独形成真空腔室，翻板阀15打开熔炼室2和铸型室1联通形成一个真空腔室；熔炼室炉盖3盖在熔炼室上2，形成真空腔室；第一加料室5与熔炼室2通过第一插板阀4连接，第一插板阀4关闭熔炼室2和第一加料室5可以单独形成真空腔室，第一插板阀4打开熔炼室2和第一加料室5联通形成一个真空腔室；第二加料室6与熔炼室2通过第二插板阀7连接，第二插板阀7关闭熔炼室2和第二加料室6可以单独形成真空腔室，第二插板阀7打开熔炼室2和第二加料室6联通形成一个真空腔室；第三加料室8与熔炼室2通过第三插板阀8连接，第三插板阀9关闭熔炼室2和第三加料室9可以单独形成真空腔室，第三插板阀8打开熔炼室2和第三加料室8联通形成一个真空腔室；熔炼室炉门10与熔炼室2连接；第一熔炼坩埚11与熔炼室2通过同轴导电机构连接，第一熔炼坩埚11可以通过同轴导电机构在105°的角度范围内来回旋转；第二熔炼坩埚12与熔炼室2通过同轴导电机构连接，第二熔炼坩埚12可以通过同轴导电机构在105°的角度范围内来回旋转；第三熔炼坩埚13与熔炼室2通过同轴导电机构连接，第三熔炼坩埚13可以通过同轴导电机构在105°的角度范围内来回旋转；铸型升降机构14负责铸型上下升降。目前真空悬浮熔炼受到设备本身的限制，容炼合金量受到限制，无法做到更大，这就导致实际生产中很多大型铸件无法通过该方法生产，如果采用本发明实现多个熔炼坩埚同时浇铸一个铸件，这就突破了设备本身的限制，铸造更大型的铸件，实现工业化应用。将多个熔炼坩埚(可以是两个、三个或者更多熔炼坩埚的组合)加上需要熔炼的合金料，关闭熔炼室炉门10，关闭翻板阀15，熔炼室2抽真空，当达到一定真空度后，感应电源送电开始熔炼合金，在熔炼的过程中可以通过加料室进行加料调整合金成份，熔炼合金满足要求后，打开翻板阀15，通过铸型升降机构14将事先放置好的铸型送入熔炼室2中指定的浇铸位置，多个熔炼坩埚同时浇铸，浇铸完成以后，铸型随着铸型升降机构14降到铸型室1中，关闭翻板阀15，一次浇铸结束；通过加料室加料可以进入下一个熔炼过程，因此，可以反复熔炼铸造达到连续生产的目的。通过多个熔炼坩埚浇铸，铸件重量是单个坩埚浇铸的n倍，打破了设备的限制，使设备可以真正产业化应用，满足高端铸件的铸造要求。由于真空系统只能够将真空腔室内的氧降低到一定的数值，这样在熔炼高纯易氧化金属或合金时还会有部分氧与金属或合金发生反应，降低产品质量，如果采用多坩埚熔炼，首先，熔炼室2抽真空(或真空度达到一定值后充氩气)，达到要求后，熔炼坩埚1中开始熔炼易氧化金属，当易氧化金属熔化后，真空腔室内能够发生反应的氧全部与熔炼坩埚1中的易氧化金属发生反应，这时候停止熔炼坩埚1中的易氧化金属，使其冷却；再开始熔化熔炼坩埚2或其它熔炼坩埚中的金属或合金，这时，熔炼室1中没有能够和金属发生反应的氧，因此，可以熔炼高纯易氧化金属或合金，并且能够保证熔炼后产品的品质。本实用新型优点：1、坩埚可以组合浇铸；2、可以熔炼高纯合金、难熔合金，并且熔炼成份均匀，质量稳定；3、可以应用于实际生产当中，降低生产成本。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1：本发明多功能悬浮熔炼炉整体结构示意图；图2：本发明熔炼室内部结构示意图；图3：本发明铸型室内部结构示意图；其中，铸型室1、熔炼室2、熔炼室炉盖3、第一插板阀4、第一加料室5、第二插板阀7、第二加料室6、第三插板阀9、第三加料室8、铸型室炉门10、第一熔炼坩埚11、第二熔炼坩埚12、第三熔炼坩埚13、铸型升降结构14、翻板阀15。具体实施方式实施例1本发明公开了一种大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉如图1、图2、图3所示，具体实施如下：第一熔炼坩埚11熔炼合格合金后，打开翻板阀15，铸型室1内固定在铸型升降机构14上的铸型一随着铸型升降机构14上升到达熔炼室2内指定位置，第一熔炼坩埚11开始浇铸，浇铸完成以后，铸型一随着铸型升降机构14下降到铸型室1内，翻板阀15关闭，第一次浇铸结束；第二熔炼坩埚12开始熔炼，与此同时可以打开第一插板阀4通过第一加料室5对第一熔炼坩埚进行加料，准备下次熔炼，铸型室1内的铸型一冷却到一定温度，铸型室1破真空，打开铸型室炉门10取出铸型一，并放上铸型二，关闭铸型室炉门10抽真空，这时第二熔炼坩埚12内熔炼的合金熔炼合格，打开翻板阀15，铸型室1内固定在铸型升降机构14上的铸型二随着铸型升降机构14上升到达熔炼室2内指定位置，第二熔炼坩埚12开始浇铸。如此反复可以实现在不破坏熔炼室真空的状态下连续铸造，熔炼室内的熔炼坩埚本身为水冷铜坩埚，在实际使用中可以使用一千炉以上，免维护，这样还可以免去采用陶瓷等材料的坩埚在熔炼一定时间后需要更换坩埚的弊端，保证熔炼坩埚始终处于真空状态下，节省抽真空的时间，并且设备始终处于真空状态下可以保证合金的质量。将3个熔炼坩埚加上需要熔炼的合金料，关闭熔炼室炉门10，关闭翻板阀15，熔炼室2抽真空，当达到一定真空度后，感应电源送电开始熔炼合金，在熔炼的过程中可以通过加料室进行加料调整合金成份，熔炼合金满足要求后，打开翻板阀15，通过铸型升降机构14将事先放置好的铸型送入熔炼室2中指定的浇铸位置，3个熔炼坩埚同时浇铸，浇铸完成以后，铸型随着铸型升降机构14降到铸型室1中，关闭翻板阀15，一次浇铸结束；通过加料室加料可以进入下一个熔炼过程，因此，可以反复熔炼铸造达到连续生产的目的。通过多个熔炼坩埚浇铸，铸件重量是单个坩埚浇铸的n倍，打破了设备的限制，使设备可以真正产业化应用，满足高端铸件的铸造要求。由于真空系统只能够将真空腔室内的氧降低到一定的数值，这样在熔炼高纯易氧化金属或合金时还会有部分氧与金属或合金发生反应，降低产品质量，如果采用多坩埚熔炼，首先，熔炼室2抽真空(或真空度达到一定值后充氩气)，达到要求后，熔炼坩埚1中开始熔炼易氧化金属，当易氧化金属熔化后，真空腔室内能够发生反应的氧全部与熔炼坩埚1中的易氧化金属发生反应，这时候停止熔炼坩埚1中的易氧化金属，使其冷却；再开始熔化熔炼坩埚2或其它熔炼坩埚中的金属或合金，这时，熔炼室1中没有能够和金属发生反应的氧，因此，可以熔炼高纯易氧化金属或合金，并且能够保证熔炼后产品的品质。实施例2利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行tial合金的熔炼，tial合金成分为ti：50～55％，n≤0.035％，h≤0.0125％，o≤0.08％，其余为al，具体实施如下：第一步，将海绵钛放入坩埚11中，将al放入二次加料室8中，关炉门进行抽真空，真空度抽到≤10-2pa，然后充入高纯氩气(纯度≥99.999％)，压力达到200pa，进行氩气下熔炼，熔炼功率100kw保持3分钟，功率升高到240kw保持3分钟，待材料完全熔化后，功率降低至200kw保持熔化状态，将海绵钛熔化完全后，将al块通过二次加料装置浸入钛金属液体中进行熔化精炼，al块一边熔化一边下降浸入钛金属液体中，熔炼功率保持200kw熔炼10分钟，al块完全溶解到钛金属液体中后，准备浇铸。第二步，第一熔炼坩埚11熔炼合格合金后，打开翻板阀15，铸型室1内固定在铸型升降机构14上的铸型一随着铸型升降机构14上升到达熔炼室2内指定位置，第一熔炼坩埚11开始浇铸，浇铸完成以后，铸型一随着铸型升降机构14下降到铸型室1内，翻板阀15关闭浇铸结束；优点：利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行tial合金熔炼浇铸，成分均匀性相比较真空自耗电极熔炼方法更均匀具有明显的化学成分均匀性控制优势。表1悬浮熔炼工艺成分均匀性取样部位alnho其余上53.60.0300.00120.06ti中53.40.0310.00120.06ti下53.50.0330.00100.07ti表2真空自耗电极熔炼工艺成分均匀性取样部位alnho其余上54.60.0320.00110.08ti中51.20.0350.00120.08ti下50.80.0300.00140.07ti实施例3利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行niti合金的熔炼，niti合金成分为ni：40～45％，n≤0.035％，h≤0.0125％，o≤0.08％，其余为ti，具体实施如下：第一步，将ni板按照比例依次放入坩埚11中和坩埚12中，将ti放入二次加料室8中和加料室5中，关炉门进行抽真空，真空度抽到≤10-2pa，然后充入高纯氩气(纯度≥99.999％)，压力达到260pa后进行熔炼，熔炼功率150kw保持3分钟，功率升高至200kw保持4分钟，功率升高至260kw保持到将ni块熔化完全后，将功率降低至205kw保持熔化状态，将ti块通过二次加料装置浸入ni金属液体中进行熔化精炼，熔化功率保持200kw直到ti块完全溶解到ni金属液体中，准备浇铸。第二步，第一熔炼坩埚11和第二熔炼坩埚12熔炼合金合格后，打开翻板阀15，铸型室1内固定在铸型升降机构14上的铸型一随着铸型升降机构14上升到达熔炼室2内指定位置，第一熔炼坩埚11和第二熔炼坩埚12同时开始浇铸，浇铸完成以后，铸型随着铸型升降机构14下降到铸型室1内，翻板阀15关闭浇铸结束；优点：利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行niti合金熔炼浇铸，由于可以使用两个熔炼坩埚同时浇铸，浇铸量可以达到80kg，大于传统单室单坩埚50kg的重量，在浇铸超过50kg的niti合金铸件方面具有明显的熔炼浇铸优势。另外，合金成分均匀性也比真空自耗电极熔炼要好，具有明显的成分均匀性优势。表3悬浮熔炼工艺成分均匀性取样部位ninho其余上44.60.0330.00120.06ti中44.40.0310.00100.06ti下44.50.0330.00100.05ti表4真空自耗电极熔炼工艺成分均匀性取样部位ninho其余上42.60.0320.00110.08ti中44.40.0350.00120.07ti下46.50.0330.00160.07ti实施例4利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行nbti合金的熔炼，nbti合金成分为nb：50～55％，n≤0.035％，h≤0.0125％，o≤0.08％，其余为ti，具体实施如下：第一步，将nb板按照比例依次放入坩埚11中、坩埚12中、坩埚13中，将ti放入二次加料室8中、加料室5中、加料室6中，关炉门进行抽真空，真空度抽到≤10-2pa，然后充入高纯氩气(纯度≥99.999％)，压气压力达到300pa后进行熔炼，熔炼功率100kw保持3分钟，功率升至180kw保持3分钟，功率升至280kw保持到nb块熔化完全后，功率降低200kw保持熔化状态，打开插板阀4、插板阀7、插板阀9，将ti块通过二次加料装置浸入nb金属液体中进行熔化精炼，熔炼功率200kw直到ti块完全溶解到nb金属液体中，准备浇铸。第二步，第一熔炼坩埚11、第二熔炼坩埚12、第三熔炼坩埚13，熔炼合金合格后，打开翻板阀15，铸型室1内固定在铸型升降机构14上的铸型一随着铸型升降机构14上升到达熔炼室2内指定位置，第一熔炼坩埚11、第二熔炼坩埚12、第三熔炼坩埚13同时开始浇铸，浇铸完成以后，铸型随着铸型升降机构14下降到铸型室1，翻板阀15关闭浇铸结束；优点：利用大容量连续铸造多功能悬浮熔炼炉进行nbti合金熔炼浇铸，由于可以使用三个熔炼坩埚同时浇铸，浇铸量可以达到120kg，大于传统单室单坩埚50kg的重量，该设备在大批量制备nbti合金母合金锭效率方面是传统单室悬浮熔炼炉的3倍，极大的提高了母合金锭的制备效率，降低熔炼成本近40％，具有显著的经济效益。另外，该熔炼工艺相比较传统真空自耗电极熔炼工艺，成分均匀性更好，具有明显的成分均匀性优势。表5悬浮熔炼工艺成分均匀性取样部位nbnho其余上54.20.0330.00100.07ti中54.40.0330.00100.07ti下54.60.0320.00100.06ti表6真空自耗电极熔炼工艺成分均匀性取样部位nbnho其余上52.60.0320.00110.08ti中54.40.0350.00120.07ti下55.00.0330.00160.07ti当前第1页12