[发明专利]一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法

说明书

本发明涉及一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，包括承载机架、熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流管、注流调节机构、负压泵、增压泵及驱动电路，熔炼炉、结晶炉均为嵌于承载机架内，熔炼炉与结晶炉通过注流管连通，结晶冷凝机构与结晶炉下端面连接，注流调节机构下半部嵌于熔炼炉内，负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉连通，驱动电路嵌于承载机架外侧面。其铸锭方法包括设备装配，环境预制，转炉作业及结晶作业等四个步骤。本发明一方面降低了金属熔融及冷凝结晶作业时金属氧化物产含量；另一方面可实现对金属冷凝结晶时凝固速度、结晶方向进行精确调控，有效地改善金属铸锭的显微组织。

技术领域

本发明涉及一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法，属冶金技术领域。

背景技术

当前在金属材料熔炼及浇铸的过程中，总会偶有一些气体进入金属熔体中与金属发生反应，并严重影响浇铸所得工件或铸锭的性能。为避免空气中气体与金属熔体发生反应影响材料性能，通常采用两种方式保护金属熔体：1.真空熔炼法，2.气氛保护熔炼法。真空熔炼法是采用真空熔炼炉，开始熔炼前将炉腔抽真空，在真空环境下熔炼金属材料。真空熔炼所得的金属材料杂质含量少，材料的性能优异。然而，真空熔炼设备昂贵，生产成本高，适用于对纯度要求极高的金属材料的熔炼。气氛保护熔炼法是向炉腔中充入保护性气氛，在气氛保护下完成对金属材料的熔炼。与真空熔炼法相比，气氛保护熔炼法对设备的要求相对较低，工艺过程简单，生产成本低，但当前所使用的气氛保护熔炼法的系统结构复杂，惰性气体保护氛围控制及调节精度也相对较差，从而导致金属材料熔炼中金属材料中的氧化物等杂质含量控制稳定性差，从而导致金属熔炼及铸造成型加工时的产品品质稳定性也相对较差；

与此同时，当前在金属熔炼铸造过程中，熔炼连铸设备结构相对复杂，且铸造作业与铸造作业的连续性差，同时对熔融态金属液在冷凝时，往往无法精确控制冷凝作业的速率，从而导致金属凝固后晶粒取向自由分布，导使铸造材料的力学性能和导电性能较差，尤其时在电流从金属材料内部通过时，极易因多晶界干扰而导致电子在晶界处的散射严重，从而导致金属材料的导电率、延伸率和屈服强度均相对较差，难以有效满足使用需要。

因此针对此问题，亟需研发一种金属熔炼铸造设备及相应的定向凝固铸造方法，以满足实际使用的需求。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置及方法。

一种制备纯净的定向凝固金属组织用凝固装置，包括承载机架、熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流管、注流调节机构、负压泵、增压泵及驱动电路，其中熔炼炉、结晶炉均为嵌于承载机架内，并于承载机架内侧面连接，熔炼炉位于结晶炉上方，与结晶炉通过注流管连通，注流管与熔炼炉、结晶炉同轴分布，并分别与熔炼炉下端面及结晶炉上端面连通，结晶冷凝机构与结晶炉下端面连接并与结晶炉同轴分布，注流调节机构与熔炼炉同轴分布，其下半部嵌于熔炼炉内，上半部位于熔炼炉外并通过升降驱动机构与承载机架连接，且注流调节机构下端面与熔炼炉下端面相抵并嵌于注流管上端面内，负压泵、增压泵均至少一个，且负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉连通，其中负压泵、增压泵分别与熔炼炉、结晶炉间通过控制阀连通，增压泵另与外部惰性气体气源连通，驱动电路嵌于承载机架外侧面，并分别与熔炼炉、结晶炉、结晶冷凝机构、注流调节机构、负压泵、增压泵、升降驱动机构及控制阀电气连接。