底注式真空定向凝固炉
技术领域
本实用新型属真空精密铸造设备领域，尤其涉及一种底注式真空定向凝固炉。
背景技术
真空定向凝固炉是一种用于在真空或保护气氛下进行精密铸造的特种冶金设备，本设备主要用于生产柱状晶/单晶零件（试棒或叶片）。该类设备以及该类设备的扩展设备可用于进行真空（或保护气氛）下生产等轴晶、柱状晶和单晶的精密铸造产品。真空定向凝固炉多采用立式双室结构，铸锭室在下方，熔炼室在上方。熔炼室供感应器对母材合金进行二次重熔，当用于柱状晶或单晶铸造时，熔炼室内还需一套模壳保温系统，加热模具并使其温度超过其合金熔点。等二次重熔完成后将坩埚内的金属液体浇入模壳中，模壳根据不同工艺按一定速度向下运动。直至完全移出熔炼室，隔离阀将两腔室封闭隔开。铸锭室破空并载入新的模壳。熔炼室也通过加料机构加入新的合金供下一个工作周期。
传统的真空定向凝固炉采用感应熔炼+翻转浇铸的方式来完成型壳的浇铸成型过程；传统的真空定向凝固炉采用翻转铸机构，占有空间大，空间利用率低；传统真空定向凝固炉采用石墨电阻加热器，加热速度慢，寿命短；传统真空定向凝固炉采用氧化铝或镁砂坩埚熔炼，坩埚为多次使用型，易于生产累积污染，影响合金成份。
实用新型内容
本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种无[J1] 翻转机构，可靠性好，生产效率高，可有效避免累积性污染的底注式真空定向凝固炉。
为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：
一种底注式真空定向凝固炉，包括红外测温仪、夹爪传动机构、加料仓、熔炼室及模壳室；所述加料仓的底部经加料隔离阀与熔炼室的顶部垂直相接；所述熔炼室的底部经隔离翻板阀与模壳室的顶部垂直相接；所述红外测温仪置于夹爪传动机构的上端；所述夹爪传动机构的下部工作端纵向穿过加料仓的内腔且与夹爪固定相接；在所述熔炼室内与夹爪对应位置固定设有感应器；在所述感应器的下部固定设有模壳加热器；在所述模壳加热器的底部固定设有水冷环；在所述模壳室的底部依次纵向设有水冷结晶器及模壳抽拉系统。
作为一种优选方案，本实用新型所述模壳加热器包括上区加热器及下区加热器；所述上区加热器及下区加热器的外壁采用石墨毡保温材料；所述上区加热器与下区加热器的长度比[J2] 为2:1。
本实用新型采用了一次性的陶瓷纤维坩埚，且纤维的主要成份为氧化铝，所以克服了传统多次使用坩埚熔炼合金过程中的。本实用新型采用固定式高频感应器及一次性陶瓷纤维坩埚，其结构简单无旋转翻转机构，可靠性高。本实用新型采用碳纤维模壳加热器，使用该材料的加热器比传统石墨加热器电阻更大，能承受更大的功率，可以实现高速升/降温的工艺需求，加快了生产节拍，提高了生产效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。
图1为本实用新型真空定向凝固炉整体结构示意图。
图2为本实用新型碳纤维模壳加热器结构示意图。
图3为本实用新型凝固炉立体示意图。
图中：1、红外测温仪；2、夹爪传动机构；3、加料仓；4、加料隔离阀；5、观察窗；6、熔炼室；7、夹爪；8、陶瓷纤维坩埚；9、感应器；10、合金料棒；11、模壳加热器；12、水冷环；13、隔离翻板阀；14、模壳室；15、模壳；16、水冷结晶器；17、模壳抽拉系统。
具体实施方式
如图所示，底注式真空定向凝固炉，包括红外测温仪1、夹爪传动机构2、加料仓3、熔炼室6及模壳室14；所述加料仓3的底部经加料隔离阀4与熔炼室6的顶部垂直相接；所述熔炼室6的底部经隔离翻板阀13与模壳室14的顶部垂直相接；所述红外测温仪1置于夹爪传动机构2的上端；所述夹爪传动机构2的下部工作端纵向穿过加料仓3的内腔且与夹爪7固定相接；在所述熔炼室6内与夹爪7对应位置固定设有感应器9；在所述感应器9的下部固定设有模壳加热器11；在所述模壳加热器11的底部固定设有水冷环12；在所述模壳室14的底部依次纵向设有水冷结晶器16及模壳抽拉系统17。
本实用新型所述模壳加热器11包括上区加热器1101及下区加热器1102；所述上区加热器1101及下区加热器1102的外壁采用石墨毡保温材料；所述上区加热器1101与下区加热器1102的长度比为2:1。
上述底注式真空定向凝固炉的使用方法，可按如下步骤实施：
a、将合金料棒10置于陶瓷纤维坩埚8内，并一起置于夹爪7上，通过夹爪传动机构2将合金料棒10与陶瓷纤维坩埚8整体移动到感应器9内指定位置；
b、将模壳15置于水冷结晶器16上，使用模壳抽拉系统17将模壳15升到模壳加热器11内，使水冷结晶器16上表面与水冷环12上表面相平；
c、关闭加料仓3、熔炼室6及模壳室14的仓门，维持加料隔离阀4及隔离翻板阀13呈打开状态；使用真空系统将三个腔室同时抽空；
d、达到指定真空度后，模具加热器11通电，进行程序升温；
e、当达到预定温度并按工艺保温一段时间后，启动中频电源，对感应器9进行大功率通电，使合金料棒10处于熔炼状态，通过红外测温仪1对熔体温度进行监控；
f、待合金熔液温度达到指定温度后，夹爪传动机构2按程序向上运动，将夹爪7、陶瓷纤维坩埚8、合金熔液整体提拉，使未熔层进入感应器9内部，并使所有合金熔液整体通过陶瓷纤维坩埚8底部的圆孔平稳流入模具加热器11内的模壳15内；
g、待底浇完成后，水冷结晶器16在模壳抽拉系统17的带动下向下进行抽拉单晶作业；此时夹爪传动机构2将夹爪7与空的陶瓷纤维坩埚8整体向上移动至加料仓3内；
h、加料隔离阀4关闭，加料仓3破真空，其仓门打开，取出陶瓷纤维坩埚8，将新的陶瓷纤维坩埚8与合金料棒10置于夹爪7内以备下一生产循环；
i、待模壳15全部移出水冷环12之外后，模壳抽拉系统17快速向下运动至指定位置；关闭隔离翻板阀13，模壳室14破空，取出模壳15，放入新的模壳15以备下一生产循环。
本实用新型所述步骤e中，使合金熔液底部低于感应器9下边缘10～20mm，底部有一薄层仍为固态。本实用新型所述步骤d中，利用PID温度仪表对模具加热器11内的上加热器1101与下加热器1102进行程序升温。
如图1所示，本实用新型熔炼室6、隔离翻板阀13及模壳室14共同组成了设备的主体，形成了一个立式双室真空炉结构。红外测温仪1、夹爪传动机构2、加料仓3、加料隔离阀4、观察窗5置于熔炼室6上，并分别负责测温、反复加加及观察等功能；夹爪7、陶瓷纤维坩埚8、感应器9、合金料棒10；模壳加热器11、水冷环12、模壳15；水冷结晶器16；模壳抽拉系统17则置于熔炼室6与模壳室14内，完成模壳加热、熔炼合金、模壳抽拉传动等工艺过程。其中加料仓3、熔炼室6及模壳室14均设有独立的抽空管道，配合加料隔离阀4、隔离翻板阀13及其它真空阀门可实现对单独腔室的抽/破空作业。这种设计保证了熔炼室6在设备工作过程中长期保持高真空热态状态，仅加料仓3与模壳室14处于反复抽/破空状态，实现了反复加料、出料的连续式生产功能。如图2所示，其中，1101为上区加热器；1102为下区加热器；1103为水冷电级组件；1104为模壳保温上盖；1105为整体石墨毡保温筒；1106为筒形框架。
模壳加热器11采用电阻式双区设计，上下温区长度比约为2:1，功能分配约为1:2。双区加热器均采用碳纤维材料制成；模壳保温上盖1104采用整体的石墨硬毡烧结成形，隔热效果好；整体石墨毡保温筒1105亦采用石墨硬毡烧结成形；筒形框架1106采用耐热不锈钢制成，使用寿命长，不易变形。上下区加热器采用[J3] 制成，该材料制成的电阻加热器具有电阻大、承受功率大、加热速度快、寿命长等特点。可以保证快速升降温、长期反复使用的苛刻要求，对于提高生产节拍、提高生产效率大有帮助。
本实用新型设备运行流程概述。
1、准备所用合金及模壳，并对设备进行例行检查，各部分功能反馈正常，无异常报警后启动设备。
2、将合金料棒置于陶瓷纤维坩埚内，并一起置于夹爪上，通过夹爪传动机构将合金料棒与陶瓷纤维坩埚整体移动到感应器内指定位置。
3、将模壳置于水冷结晶器上，使用模壳抽拉系统将模壳升到模壳加热器内，使水冷结晶器上面与水冷环上表面相平（根据工艺不同，此处略有不同）。
4、关闭加料仓、熔炼室及模壳室的仓门，维持加料隔离阀、隔离翻板阀打开状态。使用真空系统将三个腔室同时抽空。
5、达到指定真空度后，模具加热器通电，利用PID温度仪表对模具加热器内的上加热器与下加热器进行程序可控的升温过程。
6、当达到预定温度并按工艺保温一段时间后，启动中频电源，对感应器进行大功率输[J4] ，几分种内合金料棒将处于熔炼状态，通过红外测温仪对熔体温度进行监控，此时合金熔液底部低于感应器下边缘10-20mm，底部尚有一薄层仍为固态。
7、待合金熔液温度达到指定温度后，夹爪传动机构按程序向上运动，将夹爪、陶瓷纤维坩埚、合金熔液整体提拉，使未熔层进入感应器内部，几秒后快还熔化并使所有合金熔液整体通过陶瓷纤维坩埚底部的圆孔平稳流入模具加热器内的模壳内。
8、待底浇完成后，水冷结晶器在模壳抽拉系统的带动下向下进行抽拉单晶作业；此时夹爪传动机构将夹爪与空的陶瓷纤维坩埚整体向上移动至加料仓内。
9、加料隔离阀关闭，加料仓破真空，其仓门打开，取出陶瓷纤维坩埚，将新的陶瓷纤维坩埚与合金料棒置于夹爪内以备下一生产循环。
10、待模壳全部移出水冷环之外后，模壳抽拉系统快速向下运动至指定位置；关闭隔离翻板阀，模壳室破空，取出模壳，放入新的模壳以备下一生产循环。
11、反复以上2-10步骤，可实现连续式生产工艺。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
