本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種熔煉裝置以及應(yīng)用該裝置的熔煉方法。

背景技術(shù)：

熔化煉制工藝是金屬材料的鑄造生產(chǎn)工藝之一，是將金屬材料及其它輔助材料投入加熱爐溶化并調(diào)質(zhì)，原料熔液在高溫爐內(nèi)發(fā)生一定的物理、化學(xué)變化，產(chǎn)出粗金屬或金屬富集物和爐渣的火法冶金過程。合金熔煉的過程中采用的熔煉器具往往為坩堝，在熔煉工藝中，合金原料加熱熔化后形成均一的熔液，然后翻轉(zhuǎn)坩堝，將熔液傾倒至后段工序的容器中，如倒入壓鑄模具中做后續(xù)加工處理。坩堝作為熔煉器具已廣泛應(yīng)用于合金熔煉工藝中，傾倒坩堝作為熔液落料的工藝也源遠流長、由來已久。在粗放式的熔煉工藝中或者要求不高的母合金生產(chǎn)的工藝中，上述熔煉倒料的工藝尚可用于大批量生產(chǎn)，然而隨著各種鑄造方法對金屬熔煉過程的要求越來越高，現(xiàn)有技術(shù)中的坩堝熔煉方式已難以滿足要求。

坩堝熔煉并采用傾倒的方式落料主要存在以下缺點：（1）合金熔液在傾倒的過程中容易產(chǎn)生飛濺，造成材料的損失；（2）由于已經(jīng)停止加熱，傾倒過程中的熱損可能造成合金熔液中部分成分的偏析，而且易夾雜氣體在其中，是凝固后的產(chǎn)品氣孔率增加；（3）傾倒過程中的合金熔液動能較大，到達后續(xù)工序容器中的冷卻時間間隔長，凝固后容易分層；（4）收到坩堝翻轉(zhuǎn)角度的影響，熔煉坩堝內(nèi)部易殘留預(yù)料，影響坩堝壽命，同時也影響下一批次熔煉的合金產(chǎn)品的成分一致性。許多研究者也提出了解決上述問題的技術(shù)方案，如在坩堝底部直接開設(shè)落料孔，熔煉時封閉落料孔，熔煉完畢后打開落料孔，將合金熔液直接通過落料孔進入下一工序的容器中。上述技術(shù)方案中，雖然改善了傾倒坩堝所造成的問題，但是由于常規(guī)加熱方式往往采用電阻加熱或者感應(yīng)加熱，坩堝底部是受熱效果較差的部位，二為了獲得均勻的熔煉效果往往需要將落料孔的密封及控制結(jié)構(gòu)統(tǒng)一放置于加熱源中，這樣形成的落料孔的封閉結(jié)構(gòu)容易在高溫環(huán)境下失效，造成溶液無法流出或者漏液的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種改善型的熔煉裝置，本發(fā)明中同樣采用坩堝作為熔煉裝置中的容器，并通過對坩堝落料口和感應(yīng)線圈加熱裝置的設(shè)置獲得比現(xiàn)有技術(shù)更加可靠的技術(shù)效果。采用本發(fā)明中的熔煉裝置及熔煉方法，避免了使用現(xiàn)有技術(shù)中傾倒坩堝的落料工藝所帶來的弊端，不僅能夠?qū)辖鹪线M行均勻熔煉，而且方便、可靠，適用于各類合金的熔煉，尤其適用于要求較高的合金材料熔煉工藝。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

本發(fā)明中的熔煉裝置，包括坩堝本體，所述坩堝底部設(shè)有通孔作為落料孔，坩堝外側(cè)設(shè)有熔煉感應(yīng)線圈，所述熔煉感應(yīng)線圈的工作長度小于或者等于坩堝的高度；所述熔煉感應(yīng)線圈還設(shè)有與之相連的驅(qū)動組件，熔煉感應(yīng)線圈在驅(qū)動組件的帶動下沿坩堝軸向與坩堝作相對運動。

進一步地，所述坩堝外側(cè)還設(shè)有保溫隔熱層，所述保溫隔熱層內(nèi)近坩堝側(cè)設(shè)有冷卻循環(huán)水組件。

再進一步優(yōu)選，所述坩堝落料孔底部設(shè)有與之相接的引流道，引流道外側(cè)設(shè)有保溫感應(yīng)線圈。

優(yōu)選地，所述坩堝落料孔端部與坩堝側(cè)壁為圓弧過度，落料孔設(shè)于坩堝底部中心。

進一步地，所述坩堝為金屬銅、金屬鎢、金屬鈀、金屬鉑坩堝中的一種，且采用分瓣式結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述熔煉裝置作為金屬材料重力鑄造設(shè)備、壓力鑄造設(shè)備、3d打印設(shè)備中的熔煉裝置進行使用。

本發(fā)明中還提供一種應(yīng)用上述熔煉裝置進行合金熔煉的方法，包括如下步驟：

s01：將合金熔煉原料放置入坩堝中，所述合金熔煉原料尺寸大于坩堝落料孔孔徑；

s02：開啟熔煉感應(yīng)線圈，同時開啟該感應(yīng)線圈的驅(qū)動組件，使熔煉感應(yīng)線圈沿坩堝軸向自上而下運動，從而自上而下使合金原料熔化；

s03：熔煉感應(yīng)線圈運動至坩堝最底部將最底部的合金原料熔化后，合金熔液從落料孔中流出至后續(xù)工序容器內(nèi)。

進一步地，所述合金熔煉過程在真空環(huán)境下進行，真空度范圍為10^-4-100pa。

進一步地，s01中，合金熔煉原料形狀為三角形、圓柱形、圓錐形、丁字形中的一種。

進一步地，s03中，坩堝落料孔底部設(shè)有與之相接的引流道，引流道外側(cè)設(shè)有感應(yīng)線圈，熔化后的合金熔液從落料孔經(jīng)由引流道流至后續(xù)工序容器中。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明中的熔煉裝置及熔煉方法避免了使用現(xiàn)有技術(shù)中傾倒坩堝的落料工藝所帶來的弊端，不僅能夠?qū)辖鹪线M行均勻熔煉，而且方便、可靠，適用于各類合金的熔煉，尤其適用于要求較高的合金材料熔煉工藝。

2、本發(fā)明中的熔煉裝置簡單、可靠，適用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中熔煉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中熔煉裝置加設(shè)保溫層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中熔煉裝置加設(shè)引流道的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及使用方法進行詳細的說明。

本發(fā)明中的實施例1如附圖1所示，包括坩堝本體101，坩堝本體底部設(shè)有通孔103作為落料孔，坩堝外側(cè)設(shè)有熔煉感應(yīng)線圈102，熔煉感應(yīng)線圈102的長度小于或者等于坩堝的高度。熔煉感應(yīng)線圈102還設(shè)有與之相連的驅(qū)動組件（未標示），熔煉感應(yīng)線圈102在驅(qū)動組件的帶動下沿坩堝軸向與坩堝作相對運動。

使用如實施例1中熔煉裝置進行熔煉的步驟如下：

s01：將合金熔煉原料放置入坩堝101中，所述合金熔煉原料尺寸大于坩堝落料孔孔徑；

合金熔煉原料形狀優(yōu)選三角形、圓柱形、圓錐形、丁字形中的一種，上述形狀的原料取用時易稱量，倒入坩堝中由于相鄰原料顆粒間有間隙不會堵塞落料口，保證了后續(xù)合金熔液順利流出。

s02：開啟熔煉感應(yīng)線圈102，同時開啟該感應(yīng)線圈的驅(qū)動組件，使熔煉感應(yīng)線圈沿坩堝軸向自上而下運動，坩堝內(nèi)部的熔煉原料在感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁波的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流從而熔化，隨著感應(yīng)線圈的自上而下的移動，原材料也自上而下受熱熔化。

本發(fā)明中的熔煉裝置使用過程中，根據(jù)不同的合金材料選擇不同的感應(yīng)線圈或者調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈的功率即可達到上述熔煉效果，在此不加贅述。

s03：熔煉感應(yīng)線圈102運動至坩堝最底部將最底部的合金原料熔化后，合金熔液從落料孔103中流出至后續(xù)工序容器內(nèi)。

實施例2的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，坩堝201外側(cè)還設(shè)有保溫隔熱層202，保溫隔熱層內(nèi)近坩堝側(cè)設(shè)有冷卻循環(huán)水組件（未標示）。保溫隔熱層可有效保證熔煉過程中熱量不流失，提升熔煉效率，加設(shè)冷卻循環(huán)水組件則可有效控制坩堝溫度。

實施例3的結(jié)構(gòu)如附圖3所示，坩堝落料孔304底部設(shè)有與之相接的引流道307，引流道外側(cè)設(shè)有保溫感應(yīng)線圈308。本發(fā)明中的熔煉裝置在于其他鑄造裝置配合使用的過程中有可能需要改變落料的高度或者方向，加設(shè)引流道即可滿足該要求，在引流道兩側(cè)加設(shè)感應(yīng)線圈可防止合金熔液流出時凝固。在熔煉工藝中，熔化后的合金熔液從落料孔經(jīng)由引流道流至后續(xù)工序容器中。

進一步地，為了使合金熔液能夠順利流出，坩堝落料孔端部與坩堝側(cè)壁為圓弧過度，落料孔設(shè)于坩堝底部中心，如附圖3所示?？蓛?yōu)選將坩堝落料孔端部與坩堝側(cè)壁相接處104、205、305設(shè)為圓角25-60°，落料孔底部與側(cè)壁相接處105、206、306設(shè)為圓角3-10°。合金原料全部形成熔液后往往具有一定的表面張力，可能存在不宜從坩堝內(nèi)流出的情況，將落料孔端部和底部設(shè)為不同角度的圓角形成圓弧過度結(jié)構(gòu)可有效避免上述情況的產(chǎn)生。

進一步地，坩堝可選用非金屬材料或者金屬材料，非金屬可選擇氧化鋯陶瓷，氧化鋁，氮化硅，碳化硅，氮化鈦，鋯酸鋇陶瓷等等，金屬坩堝則宜選用金屬銅、金屬鎢、金屬鈀、金屬鉑坩堝中的一種，且采用分瓣式結(jié)構(gòu)。坩堝材料為金屬時，可以采用分瓣式結(jié)構(gòu)使感應(yīng)熔煉裝置產(chǎn)生的磁力線能夠通過坩堝切割到原材料。此時金屬坩堝本身被感應(yīng)之后提供另一個電磁場，坩堝中的原材料收到來自垂直于坩堝壁方向的力，使原材料向坩堝中心聚攏。減少與坩堝壁接觸，實現(xiàn)純凈熔煉。采用分瓣式結(jié)構(gòu)式，可以在每一瓣上單獨通以冷卻水組件進行溫度控制。

本實施例中的熔煉裝置可作為金屬材料重力鑄造設(shè)備、壓力鑄造設(shè)備、3d打印設(shè)備中的熔煉裝置進行使用。

為進一步控制合金熔煉過程熔液內(nèi)部氣泡的產(chǎn)生以及避免某些易氧化金屬材料受到氧化，合金熔煉過程宜在真空環(huán)境下進行，真空度范圍為10^-4-100pa。

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案而非對其進行限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明實施例進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解依然可以對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍。