搅动式真空细晶铸造炉及其使用方法与流程

本发明属航空工业细晶铸件生产设备领域，尤其涉及一种搅动式真空细晶铸造炉及其使用方法。主要应用于航空航天及相关行业所需的高温合金细晶铸件生产。

背景技术：

细晶铸造的主要目的是为了提高铸件的低周疲劳性能。采用高的型壳温度和浇注温度，通过铸型的搅动机械破碎铸件晶粒来获得等轴细晶铸件，铸件纯净度高。该项技术主要用于航空航天发动机等关键部位。该设备一般采用立式结构，炉体放在工作平台上。铸型升降机构放在地坑中，真空系统放在工作地面上。为加强刚度，外壳加蜂蜗及t型筋。内壁及炉口法兰经过精细抛光，便于清除熔炼挥发物。顶部装线圈，径向水冷定向结晶器和铸型搅动细晶铸造装置。铸型室位于熔炼室的上方，水套式冷却，水套式冷却，内壁及炉口法兰为不锈钢板，外壁为普通碳钢板，内壁及炉口法兰经过精细抛光，便于清除熔炼挥发物。铸型室与熔炼室之间用翻板阀隔开，铸型室可单独抽真空，铸型室设石墨电极加热器。熔炼线圈通过断体侧壁的进电转轴及炉外的水冷电缆与熔炼中频电源相连。

现有真空细晶铸造炉尚存在生产效率低，设备动态稳定性差，整体可靠性不高等问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种生产效率高，设备动态稳定性好，整体可靠性强，易于维护的搅动式真空细晶铸造炉。

本发明还提供一种上述搅动式真空细晶铸造炉的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

搅动式真空细晶铸造炉，包括上炉室、下炉室、上炉室真空系统及下炉室真空系统；所述上炉室固定置于下炉室之上；所述下炉室腔体经隔离阀与上炉室腔体相通；所述上炉室真空系统及下炉室真空系统的工作端口分别与上炉室及下炉室的工作端口相通；在所述上炉室内设有模壳加热器及模壳测温装置；在所述下炉室内设有熔炼线圈、模壳搅动机构及模壳升降机构；所述模壳搅动机构固定设于下炉室底部中心区域；所述模壳搅动机构包括模壳搅动驱动单元及环形搅动托盘；所述模壳搅动驱动单元的动力输出端带动环形搅动托盘旋转；所述模壳升降机构的顶部固定设有模壳升降盘；所述模壳升降盘上设有模壳；所述环形搅动托盘的最小内径大于模壳升降盘的直径。

作为一种优选方案，本发明所述模壳搅动驱动单元可采用正反切换传动机构。

进一步地，本发明所述隔离阀可采用水冷结构。

进一步地，本发明所述环形搅动托盘的环形孔呈锥形结构。

上述搅动式真空细晶铸造炉的使用方法，可按如下步骤实施：

a、将母合金置于下炉室中熔炼线圈的坩埚内，将模壳置于模壳搅动机构的环形搅动托盘上；

b、隔离阀处于关闭状态，关闭炉门，对上炉室及下炉室进行同步抽真空作业；

c、待上炉室与下炉室达到指定真空度后，将隔离阀打开；

d、模壳升降机构将模壳升到上炉室中模壳加热器内的指定位置；模壳加热器通电，对模壳进行加热；通过模壳测温装置对升温过程进行控制与数据采集；

e、当达到预定温度后，启动中频电源，对熔炼线圈进行通电；当母合金熔化，达到指定温度并具备浇铸条件时，模壳升降机构将模壳下移至下炉室中模壳搅动机构的环形搅动托盘上，此时隔离阀关闭；

f、熔炼线圈将母合金熔液浇入模壳内，模壳搅动机构反复正反旋向搅动模壳进行细晶作业；

g、待细晶作业完成，达到模壳出炉条件时，下炉室真空系统通过自身阀门切断与下炉室的联系；

h、取出已完成铸造作业的模壳；清理或更换熔炼线圈内的坩埚，更换新的模壳，准备进行下一炉次循环作业。

本发明是一种连续形真空细晶铸造炉，具有搅动速度快、搅动稳定性高、生产节拍快等特点。本发明使用立式布局，占地面积小；使用搅动机构与升降机构分离的形式，与传统结构相比具有稳定性高、可靠性强、易于维护等特点。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

1、本发明采用了立式双室布局，设备为连续型，生产效率高。

2、本发明将模壳加热置于上室，熔炼线圈与细晶搅动铸造相关机构置于下炉室，可以将整个设备的重心尽量下移，设备的动态稳定性大幅度提高。

3、本发明采用搅动机构与模壳升降机构独立设计的思路，可以保证两种机构在工作状态互不干扰，提高设备运动稳定性与整体可靠性。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述：

图1为本发明整体结构示意图。

图中：1、上炉室；2、下炉室；3、模壳加热器；4、隔离阀；5、熔炼线圈；6、模壳搅动机构；601、环形搅动托盘；7、模壳升降机构；701、模壳升降盘；8、上炉室真空系统；9、下炉室真空系统；10、模壳测温装置；11、模壳搅动驱动单元；12、模壳升降驱动单元；13、模壳升降动密封；14、模壳。

具体实施方式

如图所示，搅动式真空细晶铸造炉，包括上炉室1、下炉室2、上炉室真空系统8及下炉室真空系统9；所述上炉室1固定置于下炉室2之上；所述下炉室2腔体经隔离阀4与上炉室1腔体相通；所述上炉室真空系统8及下炉室真空系统9的工作端口分别与上炉室1及下炉室2的工作端口相通；在所述上炉室1内设有模壳加热器3及模壳测温装置10；在所述下炉室2内设有熔炼线圈5、模壳搅动机构6及模壳升降机构7；所述模壳搅动机构6固定设于下炉室2底部中心区域；所述模壳搅动机构6包括模壳搅动驱动单元11及环形搅动托盘601；所述模壳搅动驱动单元11的动力输出端带动环形搅动托盘601旋转；所述模壳升降机构7的顶部固定设有模壳升降盘701；所述模壳升降盘701上设有模壳14；所述环形搅动托盘601的最小内径大于模壳升降盘701的直径。

本发明所述模壳搅动驱动单元11采用正反切换传动机构。模壳搅动区动单元11的输出轴可通过齿轮传动方式带动环形搅动托盘601旋转。实际设计时，环形搅动托盘601的底部可固定设有轴承座。环形搅动托盘601可在轴承座上实现自由旋转。本发明所述隔离阀4采用水冷结构。本发明所述环形搅动托盘601的环形孔呈锥形结构。模壳14的底部结构与环形搅动托盘601环形孔的结构相一致。环形搅动托盘601可通过锥形环形孔对模壳14的底部形成支撑。

搅动式真空细晶铸造炉是一种用于在真空或保护气氛下进行细晶精密铸造的特种冶金设备，本设备用于等轴晶的细晶铸件，主要为叶盘类零件。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）下生产高温合金的细晶精密铸造产品。搅动式真空细晶铸造炉采用立式双室结构，模壳室在上方，熔炼铸造室在下方。模壳室主要用于容纳模壳加热器，为模壳进行细晶铸造前的加热工作；熔炼铸造室供感应器对母材合金进行二次重熔及细晶铸造工艺作业；当模壳完成加热后，由升降机构将模壳移至下室的搅动机构上，同时母合金重熔完毕具备浇铸条件，开始进行浇铸及细晶作业。此时隔离阀关闭将上下室隔开分别维持真空；细晶搅动作业完成后下炉室破真空取出铸件（及模壳），放入新模壳及母合金进入下一工作周期。

本发明模壳升降机构用于将模壳从上炉室快速地转移到下炉室用的模壳撑动机构上。本发明采用立式双室布局，模壳的搅动机构置于下炉体最大程度地保证运动重心尽可能地降低来提高设备的动态稳定性。本发明采用立式双室布局，两炉室之间通过隔离阀隔开，模壳在上炉室加热时，隔离阀打开，由升降系统将模壳移动至上室模壳加热器中；模壳加热完成后由升降系统将模壳移动至下室模壳搅动机构上，隔离阀关闭，不影响下室破真空、加母合金、换模壳等作业。由此可实现连续工作状态下上室保待真空热态状态。搅动法细晶是通过一套具有快速正反切换的传动机构实现的，可以在模壳内熔炼结晶过程中提供快速正反切换旋转，用于破碎在结固的晶粒，实现细晶铸造。

本发明采用上述设计目的在于解决搅动法细晶铸造过程中产生的振动，这种振动对于设备稳定性来讲是致命的，极大影响了铸造过程的稳定性与效果。本发明模壳搅动机构与模壳升降机构为分别独立布置的两套机构，在机械结构方面没有相互干涉，可以保证设备在搅动细晶过程中产生的振动对升降机构密封及可靠性影响很小。

如图所示，本发明包括上炉室1、下炉室2、模壳加热器3、隔离阀4、熔炼线圈5、模壳搅动机构6、模壳升降机构7、上炉室真空系统8、下炉室真空系统9、模壳测温装置10、模壳搅动驱动单元11及模壳升降驱动单元12。上述结构单元共同构成了设备的主体。其中上炉室1与下炉室2为焊接式结构，共同组成炉体部分。模壳加热器3、模壳测温装置10置于上炉室1中，上炉室1与下炉室2均设有独立的炉门，用于安装及铸造作业。隔离阀4置于下炉室2内，用于实现上炉室1与下炉室2之间的密封，隔离阀4采用水冷结构，防止长期在热态状态阀板产生变形。熔炼线圈5、模壳搅动机构6、模壳升降机构7均置于下炉室2内，其中模壳升降机构7的模壳升降盘从模壳搅动机构6中的环形搅动托盘中穿过，当模壳14置于模壳升降机构7时，随着模壳升降盘同步移动。当模壳升降盘降低至环形搅动托盘以下时，模壳14脱离模壳升降机构7并置于模壳搅动机构6上。熔炼线圈5置于下炉室2中，可将二次重熔的母合金浇入到已要在模壳搅动机构6上的模壳14中。

上述设备使用方法如下：

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、将母合金置于熔炼线圈5的坩埚内内，将模壳14置于模壳搅动机构6的锥形固定架上；

3、隔离阀4处于关闭状达，关闭炉门，对上炉室1及下炉室2同步进行抽真空作业；

4、待上炉室1与下炉室2达到指定真空度后，隔离阀4打开，上下炉室1与下炉室2连通；

5、模壳升降机构7工作，将模壳14升到上炉室2的模壳加热器3内的指定位置，然后模壳加热器3通电，按既定升温曲线进行模壳加热作业，通过模壳测温装置10对升温过程进行控制与数据采集；

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，对熔炼线圈5进行大功率通电，此时母合金熔化，并达到指定温度具备浇铸条件，同时模壳升降机构7将模壳14快速下移至下炉室2中的模壳搅动机构6上，处于待浇铸状态，此时隔离阀4应关闭，再次将上炉室1与下炉室2隔开；

7、熔炼线圈5按既定浇铸曲线将母合金熔液浇入模壳14内，按既定设计方案，静置若干分钟后，模壳搅动机构6反复正反旋向搅动模壳14进行细晶作业；

8、待细晶作完成后一段时间，且具备模壳14出炉条件时，下炉室真空系统9通过自身阀门切断与下炉室2的联系，下炉室2破真空；

9、取出已完成铸造作业的模壳14，按工艺要求清理或更换熔炼线圈5内的坩埚，更换新的模壳14准备进行下一炉次的循环作业；

11、反复以上2～9步骤，可实现连续式生产工艺。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。