[发明专利]一种具有下拉引锭功能的悬浮熔炼设备及下拉引锭方法

说明书

本发明公开了一种具有下拉引锭功能的悬浮熔炼设备，包括真空炉体、水冷铜坩埚、感应圈、主结晶器、结晶器拉杆和结晶器驱动器；水冷铜坩埚、感应圈和主结晶器安装于真空炉体内部，感应圈围绕水冷铜坩埚；其中，在水冷铜坩埚内形成有熔炼区，且熔炼区的位置与感应圈的位置对应，熔炼区的下方形成有凝固区；主结晶器的外边缘与凝固区的内边缘匹配，主结晶器的上端面设有锁紧机构；结晶器拉杆上端与主结晶器的底面连接，下端通过密封装置伸到真空炉体的下面，与结晶器驱动器的传动轴连接；其中，结晶器驱动器被配置为，既能驱动结晶器拉杆上下移动，又能驱动结晶器拉杆正反向旋转。

技术领域

本发明涉及金属和合金的熔炼和铸造技术领域，具体来说，涉及一种具有下拉引锭功能的悬浮熔炼设备及下拉引锭方法。

背景技术

真空电磁悬浮熔炼技术(以下简称“悬浮熔炼”)是一种先进的材料制备技术，这种技术避免了坩埚材料对熔池的污染，排除了坩埚材料对熔炼温度的限制，所以，特别适合于熔炼活泼金属和合金，难熔金属和合金，以及高纯和超纯金属和合金。可是，在悬浮熔炼之后利用重力铸造技术制备的锭坯可能会产生缩孔，孔隙，疏松，裂纹等缺欠。产生这些缺陷的原因在于，液态金属在铸造模具01中冷却凝固的过程从外向内发展，如图1所示，外层先形成凝固的材料02，内层还是尚未凝固的液态金属03，即外层先形成坚硬的固态壳，内部凝固时没有充足的材料补缩从而形成了孔洞和应力。

为了消除铸造缺欠可以对铸造装置给出一些特殊的设计，例如，设置特定的温度场，设计挤压铸造结构，等等。但是，这些设计的结构比较复杂，而且不能完全消除铸造缺欠。为了完全消除锭坯的铸造缺欠，本发明设计下拉引锭装置，并且为提高引锭速度，实现连续化引锭过程，以及保证引锭过程的稳定性设计了一些特别的技术措施。

发明内容

为了完全消除锭坯的铸造缺欠，本发明设计下拉引锭装置，并且为提高引锭速度，实现连续化引锭过程，以及保证引锭过程的稳定性设计了一些特别的技术措施。本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明采用一种具有下拉引锭功能的悬浮熔炼设备，包括真空炉体、水冷铜坩埚、感应圈、主结晶器、结晶器拉杆和结晶器驱动器；

水冷铜坩埚、感应圈和主结晶器安装于真空炉体内部，感应圈围绕水冷铜坩埚；

其中，在水冷铜坩埚内形成有熔炼区，且熔炼区的位置与感应圈的位置对应，熔炼区的下方形成有凝固区；

主结晶器的外边缘与凝固区的内边缘匹配，主结晶器的上端面设有锁紧机构；

结晶器拉杆上端与主结晶器的底面连接，下端通过密封装置伸到真空炉体的下面，与结晶器驱动器的传动轴连接；其中，结晶器驱动器被配置为，既能驱动结晶器拉杆上下移动，又能驱动结晶器拉杆正反向旋转。

另一方面，本发明采用一种下拉引锭方法，使用上述的悬浮熔炼设备，包括：

步骤1、将主结晶器安装在水冷铜坩埚内，令其上端面位于凝固区的上缘；将待熔炼的物料装入水冷铜坩埚，在对真空炉体抽真空之后，感应圈通电，用电磁场加热物料至熔化并保温一段时间；

步骤2、启动结晶器驱动器驱动结晶器拉杆向下移动，结晶器拉杆带动主结晶器向下移动，熔池跟随主结晶器向下移入凝固区，在水冷铜坩埚的坩埚壁和主结晶器的冷却作用下，熔池的表层和底层凝固并且被主结晶器的锁紧机构锁住；

步骤3、主结晶器继续向下移动到水冷铜坩埚的下方，主结晶器牵引其上面的熔池底面边下降边凝固，形成不断增加长度的锭坯；当水冷铜坩埚中的熔池量减少至不能接受电磁场的感应而凝固时，停止结晶器驱动器的运行，结束拉锭过程。

本发明具有以下优点：