[发明专利]用于定向凝固设备的高温度梯度定向凝固冷却器

说明书

用于定向凝固设备的高温度梯度定向凝固冷却器，安装在温度调节器末端，定向凝固冷却器还包括调节阀芯（1）、金属壳体（2）、密封胶圈（3）、冷却气体进入孔（4）、环形空腔（5）、环形冷却气体喷出缝隙（6）、金属杆进孔（7）、陶瓷绝热垫圈（8），其中金属壳体（2）上设有冷却气体进入孔（4）；金属壳体（2）的凹嘴前端与调节阀芯（1）形成环形冷却气体喷出缝隙。

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术，具体是定向凝固制备技术。

背景技术

现有的定向凝固牵引设备的冷却器主要采用金属环形管内侧开孔，金属杆材被从炉体型口中引出后穿过冷却器，然后被连续牵引拉出，冷却液从冷却器内侧开孔中喷出对金属进行冷却。其缺点是：

1.定向凝固过程需要固-液界面前沿熔体具有较高的温度梯度，在热型连铸过程中，已凝固的金属杆材在型口加热装置二次加热下保持高温热塑性状态，然后从型口引出。但现有的冷却器主要采用金属整体加工而成，前端主要以尖嘴形设计，会使液-固界面前沿的温度梯度减小，而且冷却不均匀，金属不能得到快速强制冷却；2.冷却液流量不易控制，容易造成冷却液向型口方向溅射；3.增加热型连铸设备中型口加热装置的热量损耗，引起型口温度快速降低，增加功耗；4. 导致定向凝固方式转变为常规缓冷方式，造成不能形成单晶或柱状晶组织，容易引起凝固过程中晶核数量过多而形成多晶组织，材料组织形成等轴晶，从而失去定向凝固制备高性能材料的优越性；5. 由于金属良好的热传导能力，在现有无隔热措施的情况下，被牵引出型口的高温金属杆的温度快速降低，不仅容易引起杆材在型口引出受到阻塞或牵引失败，而且会极大降低材料的牵引效率，从而大幅度降低生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于定向凝固设备的高温度梯度定向凝固冷却器。

本发明是用于定向凝固设备的高温度梯度定向凝固冷却器，安装在温度调节器末端，定向凝固冷却器还包括调节阀芯1、金属壳体2、密封胶圈3、冷却气体进入孔4、环形空腔5、环形冷却气体喷出缝隙6、金属杆进孔7、陶瓷绝热垫圈8，其中金属壳体2上设有冷却气体进入孔4；金属壳体2的凹嘴前端与调节阀芯1形成环形冷却气体喷出缝隙。

本发明的有益之处为：该本发明的冷却器型壳直接进入液态金属冷却，散热增强，冷却剂与型壳迅速达到热平衡，可得到更大的温度梯度，在较大的生长速度范围内可使界面前沿的温度梯度保持稳定，使结晶在相对稳态下进行，可得到比较长的单向柱晶。金属壳体2的凹嘴前端结构缩短了金属凝固位置与冷却位置距离，能及时冷却已凝固的金属，提高了冷却速度，本发明采用一种环状喷头，布置在冷却面周围，使其呈圆周状整体冷却，可以克服冷却不均的缺陷，同时方便金属杆材的牵引移动，提高了牵引效率。本定向凝固冷却器体积小巧，能够取代庞大的水冷设备，通过采用低温N₂和石棉/陶瓷隔热片，解决了水冷方式下无法实现较大温度梯度，无法保证材料组织稳定等关键技术难题，为高性能金属杆材的连续、组织可控及高效制备提供了设备保障。

附图说明

图1定向凝固设备冷却器整体结构图，图2冷却器中的调节阀芯结构图，图3 温度梯度较小时杆材的组织形貌：等轴晶，图4 温度梯度较高时杆材的组织形貌：单晶。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明是用于定向凝固设备的高温度梯度定向凝固冷却器，安装在温度调节器末端，定向凝固冷却器还包括调节阀芯1、金属壳体2、密封胶圈3、冷却气体进入孔4、环形空腔5、环形冷却气体喷出缝隙6、金属杆进孔7、陶瓷绝热垫圈8，其中金属壳体2上设有冷却气体进入孔4；金属壳体2的凹嘴前端与调节阀芯1形成环形冷却气体喷出缝隙。

如图1、图2所示，调节阀芯结构1由陶瓷绝热垫圈8、调节阀芯光滑部分1-a、位于调节阀芯前端冷却气体喷出的间隙光滑部分1-b组成。

如图1、图2所示，在金属壳体2与调节阀芯1之间调节阀芯光滑部分1-a上安装密封胶圈3，调节阀芯1能够前后移动。