連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝的製作方法

2023-05-02 13:54:26 1

專利名稱：連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種連續熔鑄、定向結晶的冷坩堝。
技術背景冷坩堝技術是近些年興起的新技術，它是將分瓣的水冷銅坩堝置於交變電 磁場內，利用交變電磁場產生的渦流熱熔化金屬，依靠電磁力使熔融金屬與坩 堝側壁保持軟接觸或者非接觸狀態，並對爐料進行感應熔煉或者電磁約束成形 的技術。由於熔鍊金屬與坩堝壁的非(軟)接觸，(所以)能保持原金屬的高純 度及防止在熔煉或成形過程中各種間隙元素的汙染，實現高純材料的低成本熔 煉和成形。因此冷坩堝技術在材料鑄造上得到廣泛應用。應用在發動機上的鈦鋁基合金葉片由於其形狀複雜，性能要求高，很難直 接鑄造成形，但可以利用冷坩堝方法首先將該材料製成方坯，然後再通過後續 的加工，使其為發動機葉片所應用。為了鑄造出鈦鋁基合金方坯，冷塒堝的內 腔截面形狀也要相應製造成方形。但存在的問題是如果冷坩堝的內腔截面為方 形，冷坩堝內在整個正方形區域內電磁場分布是不均勻的，尤其在拐角部分是 被屏蔽的，此處的磁通密度最小，不利於加工質量提高。發明內容本發明的目的是提供一種連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝，以克服鑄造 方坯時，冷坩堝正方形內腔中拐角部分磁力線被屏蔽、磁通密度最小的缺陷。它包括坩堝體l、電磁線圈2、冷卻水分配器3和冷卻水回流器4，電磁線圈2 盤繞在坩堝體1的筒狀體外表面上，坩堝體1的筒狀體壁中開有多條下行水孔 道1-1和上行水孔道1-2，下行水孔道1-1和上行水孔道1-2都平行於柑堝體1 的軸心線，每個下行水孔道1-1的上端連通冷卻水分配器3的一個出水端，每 個上行水孔道1-2的上端連通冷卻水回流器4的一個入水端，多個下行水孔道 1-1和上行水孔道1-2沿坩堝體1的筒體均勻分布為一圈且每個下行水孔道l-i 的下端僅與其相鄰的一個上行水孔道1-2的下端相連通，塒堝體1的筒壁開有
多條透磁通道1-3，坩堝體1的內腔的水平橫截面為正方形，正方形的任意兩條 邊之間設置為圓角過渡，圓角過渡處的曲率半徑為及=^"，式中&——單位體積被熔鑄材料吸收的感應加熱功率；及——曲率半徑；仏——單位體積被熔鑄材料的磁場強度；s——被熔鑄材 料電導率；c/——電流透入被熔鑄材料深度。坩堝拐角部分曲率半徑是影響方形坯料均勻熔化和約束力的重要因素。因 為在整個正方形區域內電磁場分布是不均勻的，尤其在拐角部分是被屏蔽的， 即磁力線在此處相互抵消，該處被熔鑄材料的溫度較低，電磁約束力低，不利 於被熔鑄材料的質量。所以在拐角部分設置為圓角過渡。由上述公式可知，隨 著i 的增大，該角部部分的熔化能力成平方比的增大。並且角部的曲率也會對 合金熔體的駝峰產生很大的影響。本發明利用圓角過渡的設置，解決了鑄造方 坯時，冷坩堝正方形內腔中拐角部分磁力線被屏蔽、磁通密度最小的缺陷。


圖1是本發明的立體結構示意圖，圖2是坩堝體1的俯視圖，圖3是圖2 的A-A剖視圖，圖4是坩堝體1角部內緣的高度方向磁場分布示意圖，圖5是 坩堝體1內邊部中心點的高度方向磁場分布示意圖，圖6是坩堝體1內中心點 的高度方向磁場分布示意圖，圖7是坩堝體1內中心至角部一半處高度方向磁 場分布示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1至圖7具體說明本實施方式。本實施方式 由坩堝體l、電磁線圈2、冷卻水分配器3和冷卻水回流器4組成，電磁線圈2 盤繞在坩堝體1的筒狀體外表面上，坩堝體1的筒狀體壁中開有多條下行水孔 道1-1和上行水孔道1-2，下行水孔道1-1和上行水孔道1-2都平行於坩堝體1 的軸心線，每個下行水孔道1-1的上端連通冷卻水分配器3的一個出水端，每 個上行水孔道1-2的上端連通冷卻水回流器4的一個入水端，多個下行水孔道 1-1和上行水孔道1-2沿坩堝體1的筒體均勻分布為一圈且每個下行水孔道卜l 的下端僅與其相鄰的一個上行水孔道1-2的下端相連通。冷卻水從冷卻水分配 器3流入下行水孔道1-1,接著流入與其相鄰的上行水孔道1—2，然後流出到冷卻水回流器4中，由於下行水孔道1-1和上行水孔道1-2間隔設置，冷卻效率 較高。坩堝體1的筒壁開有多條透磁通道1-3，坩堝體1的內腔的水平橫截面為 正方形，正方形的任意兩條邊之間設置為圓角過渡，圓角過渡處的曲率半徑為尺=^"，式中《。——單位體積被熔鑄材料吸收的感應加熱功率；*——曲率半徑；仏——單位體積被熔鑄材料的磁場強度；s——被熔鑄材 料電導率；d——電流透入被熔鑄材料深度。從圖4至圖7可以看出，坩堝體1的角內側磁感應強度與其它部位的磁感 應強度相差不多。在具體選取結構參數時可以把坩堝體1的高度定為llOmm，長X寬為 26腿X26mm，坩堝體1的壁厚定為15mm，取及的值為6毫米，透磁通道1-3從 坩堝體l底部5mm處開始，取長度為85mm，將每條邊上透磁通道1_3的數目定 為3條，總數為3X4=12條。當然具體結構參數的選取不受此限制，上述參數 僅供參考。
具體實施方式
二下面結合圖1至圖3具體說明本實施方式。本實施方式 與實施方式一的不同點是透磁通道1-3沿坩堝體1的高度方向設置，多條透 磁通道1-3互相平行且沿坩堝體1的周向外表面均勻分布，透磁通道1-3由貫 通於坩堝體1內表面和外邊面之間的長孔1-3-1和填入在長孔1-3-1中的雲母 片1-3-2組成，長孔1-3-1的橫斷面形狀為外寬內窄的"三角形"。因為磁力線的緣故，透磁通道1-3的橫截面形狀變化會影響坩堝的透磁性， 開縫寬度要求適當。寬度的擴大可使透過的電磁場增加，提高加熱熔化和電磁 約束成形能力，但是寬度的擴大應保證不能發生金屬熔體的洩漏或縫間材料不 被燒蝕。因此選擇了外寬內窄的"三角形"。長孔1-3-1內填入天然雲母片後在 槽內灌入玻璃膠封死，防止高溫下坩堝內的金屬液外漏；外面用聚四氟乙烯薄 片和玻璃絲布絕緣並塗玻璃膠。
具體實施方式
三下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施 方式二的不同點是長孔1-3-1的橫斷面形狀為"三角形連通矩形"，"三角形" 設置在坩堝體1的外表面處且"三角形"的頂角連通"矩形"的短邊。本實施 方式適用於坩堝體1的壁厚較大時。
權利要求
1、連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝，它包括坩堝體(1)、電磁線圈(2)、冷卻水分配器(3)和冷卻水回流器(4)，電磁線圈(2)盤繞在坩堝體(1)的筒狀體外表面上，坩堝體(1)的筒狀體壁中開有多條下行水孔道(1-1)和上行水孔道(1-2)，下行水孔道(1-1)和上行水孔道(1-2)都平行於坩堝體(1)的軸心線，每個下行水孔道(1-1)的上端連通冷卻水分配器(3)的一個出水端，每個上行水孔道(1-2)的上端連通冷卻水回流器(4)的一個入水端，多個下行水孔道(1-1)和上行水孔道(1-2)沿坩堝體(1)的筒體均勻分布為一圈且每個下行水孔道(1-1)的下端僅與其相鄰的一個上行水孔道(1-2)的下端相連通，坩堝體(1)的筒壁開有多條透磁通道(1-3)，其特徵在於坩堝體(1)的內腔的水平橫截面為正方形，正方形的任意兩條邊之間設置為圓角過渡，圓角過渡處的曲率半徑為
2、 根據權利要求l所述的連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝，其特徵在於 透磁通道(1-3)沿坩堝體(1)的高度方向設置，多條透磁通道(1-3)互相平行且沿 坩堝體(l)的周向外表面均勻分布，透磁通道(l-3)由貫通於坩堝體(l)內表面和 外邊面之間的長孔(1-3-1)和填入在長孔(1-3-l)中的雲母片(l-3-2)組成，長孔 (l-3-l)的橫斷面形狀為外寬內窄的"三角形"。
3、 根據權利要求l所述的連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝，其特徵在於 長孔(1-3-1)的橫斷面形狀為"三角形連通矩形"，"三角形"設置在坩堝體(l) 的外表面處且"三角形"的頂角連通"矩形"的短邊。
全文摘要
連續熔鑄與定向結晶的方形冷坩堝，本發明涉及一種連續熔鑄、定向結晶的冷坩堝。它克服了鑄造方坯時，冷坩堝正方形內腔中拐角部分磁力線被屏蔽、磁通密度最小的缺陷。它包括坩堝體、電磁線圈、冷卻水分配器和冷卻水回流器，電磁線圈盤繞在坩堝體的筒狀體外表面上，坩堝體的筒狀體壁中開有多條下行水孔道和上行水孔道，每個下行水孔道的上端連通冷卻水分配器的一個出水端，每個上行水孔道的上端連通冷卻水回流器的一個入水端，每個下行水孔道的下端僅與其相鄰的一個上行水孔道的下端相連通，坩堝體的筒壁開有多條透磁通道，坩堝體的內腔的水平橫截面為正方形，正方形的任意兩條邊之間設置為圓角過渡，圓角過渡處的曲率半徑為R=2d2/H0 Sq。
文檔編號F27B14/08GK101116901SQ20071007271
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月29日 優先權日2007年8月29日
發明者丁宏升, 傅恆志, 畢維生, 郭景傑, 陳瑞潤 申請人:哈爾濱工業大學