鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦基合金熔煉吸鑄技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)鈦合金熔煉工藝經(jīng)歷了幾個(gè)階段變化。首先是真空電弧熔煉，這種熔煉方式的原理是利用鈦錠和水冷銅坩禍分別作為正負(fù)電極，在高電流狀態(tài)下通過相互放電產(chǎn)生的大量的熱量熔化鈦錠，從而在坩禍內(nèi)形成熔融的金屬液，進(jìn)而完成澆注。
[0003]其次是真空感應(yīng)熔煉，原理是在分瓣式水冷銅坩禍的外部包裹感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁力透過銅坩禍的分瓣之間的非金屬隔離部分作用到坩禍內(nèi)部的金屬上，進(jìn)而熔化金屬在坩禍內(nèi)部形成熔融金屬液并完成澆注。
[0004]上述的兩種方法，均需要借助水冷銅坩禍，并形成厚重的凝殼，這會(huì)帶走大量的熱量，導(dǎo)致實(shí)際的功率使用極低(僅20%-30%功率實(shí)際作用在了鈦金屬上)。而且傳統(tǒng)鈦合金精密鑄造的型殼由于型殼制備要求高，層數(shù)多，致使工藝復(fù)雜，直接大幅提高了投資成本。傳統(tǒng)工藝中，單爐的工作時(shí)間往往需要60—80分鐘，同時(shí)裝出爐勞動(dòng)強(qiáng)度高，需要多人配合，工序復(fù)雜。傳統(tǒng)工藝中，從蠟?zāi)Ｖ苽溟_始到型殼清理完畢，最短需要10天。
[0005]鈦本身是一種活性極強(qiáng)的金屬，傳統(tǒng)工藝在熔煉過程中，都需要有水冷環(huán)境的介入，這使得一旦出現(xiàn)坩禍擊穿，熔化的鈦金屬液就會(huì)直接接觸水，在真空環(huán)境下，直接會(huì)引發(fā)劇烈的反應(yīng)，更會(huì)引發(fā)氫爆，這對(duì)生產(chǎn)安全有極大的威脅。國內(nèi)目前鈦合金的生產(chǎn)單位都或大或小的出現(xiàn)過類似的安全事故，甚至是傷亡事故。
[0006]為解決上述問題，亟需提出一種新的鈦基合金感應(yīng)熔煉真空吸鑄設(shè)備，以解決現(xiàn)有的鈦基合金鑄造中存在的效率低、成本高、工藝復(fù)雜、工作量大、難以制備要求高的型殼、周期長、存在安全隱患等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、原料利用率高、節(jié)能環(huán)保的鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備。
[0008]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一種生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保的鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備的控制方法。
[0009]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提出一種節(jié)能環(huán)保、生產(chǎn)成本低、對(duì)鈦基合金有良好惰性的用于鈦基合金感應(yīng)熔煉的陶瓷坩禍。
[0010]本發(fā)明的第四個(gè)目的是提出一種工藝簡單、成本低的陶瓷坩禍的制備方法。
[0011]為達(dá)此目的，一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0012]鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備，包括外爐體以及設(shè)置于外爐體內(nèi)的至少一個(gè)真空吸鑄裝置，當(dāng)外爐體的爐門關(guān)閉后，所述外爐體內(nèi)形成密閉空間，所述外爐體連接有真空機(jī)組；
[0013]所述外爐體內(nèi)還設(shè)置有用于熔煉鈦基合金的陶瓷坩禍，所述陶瓷坩禍的容腔與所述真空吸鑄裝置的鑄件型腔相連通；
[0014]還包括感應(yīng)線圈，所述感應(yīng)線圈通電后產(chǎn)生電磁力以對(duì)所述陶瓷坩禍內(nèi)的鈦基合金進(jìn)行恪煉。
[0015]優(yōu)選的，還包括同軸進(jìn)電系統(tǒng)，所述同軸進(jìn)電系統(tǒng)包括相互絕緣設(shè)置的第一電纜結(jié)構(gòu)和第二電纜結(jié)構(gòu)；
[0016]所述第一電纜結(jié)構(gòu)一端接電源正極，另一端連接所述感應(yīng)線圈的一端；
[0017]所述第二電纜結(jié)構(gòu)一端接電源負(fù)極，另一端連接所述感應(yīng)線圈的另一端；
[0018]所述第一電纜結(jié)構(gòu)和所述第二電纜結(jié)構(gòu)的軸線重合；
[0019]優(yōu)選的，所述第一電纜結(jié)構(gòu)與所述第二電纜結(jié)構(gòu)套設(shè)在一起；
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一電纜結(jié)構(gòu)為銅材質(zhì)的筒狀結(jié)構(gòu)，所述第二電纜結(jié)構(gòu)為銅材質(zhì)的筒狀結(jié)構(gòu)，所述第二電纜結(jié)構(gòu)的外徑小于所述第一電纜結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑，所述第一電纜結(jié)構(gòu)套于所述第二電纜結(jié)構(gòu)外，所述第一電纜結(jié)構(gòu)與所述第二電纜結(jié)構(gòu)通過絕緣組件連接在一起。
[0021]優(yōu)選的，所述真空吸鑄裝置與所述外爐體的爐門固定連接并可隨爐門一起運(yùn)動(dòng)；
[0022]優(yōu)選的，所述外爐體的爐門為推拉式或翻轉(zhuǎn)式；
[0023]優(yōu)選的，所述外爐體的爐門設(shè)置于所述外爐體的頂部、側(cè)部或底部；
[0024]優(yōu)選的，所述同軸進(jìn)電系統(tǒng)將所述感應(yīng)線圈支撐于所述外爐體內(nèi)，所述陶瓷坩禍設(shè)置于所述真空吸鑄裝置上；
[0025]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述同軸進(jìn)電系統(tǒng)固定于所述外爐體的側(cè)壁上，當(dāng)所述外爐體的爐門關(guān)閉后，所述陶瓷坩禍位于所述感應(yīng)線圈內(nèi)，或者所述同軸進(jìn)電系統(tǒng)為可移動(dòng)設(shè)置，當(dāng)所述外爐體的爐門關(guān)閉后，所述同軸進(jìn)電系統(tǒng)帶動(dòng)所述感應(yīng)線圈移動(dòng)至罩于所述陶瓷坩禍的外周；
[0026]優(yōu)選的，所述真空吸鑄裝置包括內(nèi)爐體、設(shè)置于內(nèi)爐體內(nèi)的型殼以及與所述內(nèi)爐體連接的真空機(jī)組，所述型殼內(nèi)為所述鑄件型腔，所述內(nèi)爐體上開有連通口，所述陶瓷坩禍的底部開有吸鑄口，所述吸鑄口經(jīng)所述連通口與所述型殼的型腔入口連接；
[0027]優(yōu)選的，所述陶瓷坩禍與所述內(nèi)爐體之間設(shè)置有密封隔離裝置，所述密封隔離裝置用于在所述內(nèi)爐體和所述外爐體之間形成隔離；
[0028]所述陶瓷坩禍通過連接件連接于內(nèi)爐體的爐門上。
[0029]另一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0030]一種如上所述鈦基合金感應(yīng)熔煉真空吸鑄設(shè)備的控制方法，所述方法至少包括如下步驟:
[0031]步驟A、將預(yù)裝好鈦基合金料的陶瓷坩禍以及真空吸鑄裝置裝入外爐體內(nèi)，關(guān)閉外爐體的爐門；
[0032]步驟B、對(duì)外爐體進(jìn)行抽真空，完成抽真空后向外爐體內(nèi)充入保護(hù)氣體；
[0033]步驟C、向感應(yīng)線圈通電，進(jìn)行鈦基合金料的恪煉；
[0034]步驟D、熔煉一預(yù)定時(shí)間后，對(duì)真空吸鑄裝置抽真空，進(jìn)行吸鑄過程。
[0035]優(yōu)選的，在步驟C中，向感應(yīng)線圈通電的頻率為20— 50kHz，功率為15 — 50kW。
[0036]再一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0037]一種用于鈦基合金感應(yīng)熔煉的陶瓷坩禍，包括坩禍本體以及附于所述坩禍本體內(nèi)表面的隔離層，所述隔離層的制成材料里包含有氧化釔。
[0038]優(yōu)選的，所述坩禍的底部開有吸鑄口，所述坩禍的內(nèi)部容腔的直徑為20至70cm，高度為40至150cm，所述吸鑄口的直徑為5至40cm ；
[0039]優(yōu)選的，所述坩禍的內(nèi)部容腔的直徑為30— 60cm，高度為50— 100cm，所述吸鑄口的直徑為10 — 30cm;
[0040]優(yōu)選的，所述坩禍本體的制成材料里包含有二氧化硅；
[0041]優(yōu)選的，所述隔離層的厚度為0.5一 1.5mm ；
[0042]所述坩禍本體的厚度為5 — 15mm。
[0043]還一方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0044]一種如上述的陶瓷坩禍的制備方法，所述方法至少包括如下步驟:
[0045]步驟A、提供蠟件；
[0046]步驟B、在蠟件上涂覆含有氧化釔的料漿，然后進(jìn)行干燥，獲得涂覆含有氧化釔的料漿的坯件；
[0047]步驟C、在步驟B獲得的坯件上涂覆含有二氧化硅的料漿，然后進(jìn)行干燥；
[0048]步驟D、重復(fù)步驟C設(shè)定次數(shù)后，將坯件進(jìn)行煅燒獲得成品。
[0049]優(yōu)選的，所述含有氧化釔的料漿成分包括40% — 60%的氧化釔和40% — 60%的醋酸鋯溶液40% — 60% ；
[0050]所述含有二氧化硅的料漿的成分包括40% — 70%的二氧化硅粉和30% — 60%的水；
[0051]所述步驟B中涂覆含有氧化釔的料漿厚度為0.5 — 1.5_ ;
[0052]所述步驟C中涂覆含有二氧化娃的料楽厚度為I一2mm。
[0053]優(yōu)選的，所述步驟D中的煅燒溫度為900-1300°C，煅燒時(shí)間為I一3小時(shí)。
[0054]本發(fā)明的有益效果為:
[0055]本發(fā)明提供的鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)備采用陶瓷坩禍對(duì)鈦基合金進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，由于陶瓷對(duì)電磁力沒有任何屏蔽，因此感應(yīng)線圈產(chǎn)生的所有的電磁感應(yīng)的能量能夠全部作用于鈦金屬上，節(jié)能環(huán)保，金屬原料的利用率高達(dá)60% -70%，極大的降低了金屬成本；
[0056]本發(fā)明提供的上述鈦基合金感應(yīng)熔煉真空吸鑄設(shè)備的控制方法操作簡單，工作效率高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了傳統(tǒng)工藝中可能出現(xiàn)的安全隱患，使得鈦基合金的熔煉工藝穩(wěn)定、安全、可靠；
[0057]本發(fā)明提供的用于鈦基合金感應(yīng)熔煉的陶瓷坩禍在坩禍本體的內(nèi)表面設(shè)置有隔離層，隔離層的制成材料里包含有氧化釔，其在高溫下對(duì)鈦金屬具有很好的惰性，不會(huì)與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠在熔煉過程中隔離可能與鈦金屬發(fā)生反應(yīng)的陶瓷材料，保證鈦基合金熔煉的可靠進(jìn)行；
[0058]本發(fā)明提供的上述陶瓷坩禍的制備過程工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。
【附圖說明】
[0059]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的鈦基合金感應(yīng)熔煉底漏式真空吸鑄設(shè)