[實(shí)用新型]用于定向凝固的冷卻裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020134243.1
• 申請(qǐng)日: 2010-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN201632631U
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任忠鳴;雷作勝;王冠;鄧康;任維麗;鐘云波;王敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D27/04
• 分類號(hào): B22D27/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種冷卻裝置，特別是一種用于定向凝固的冷卻裝置。

背景技術(shù)

定向凝固是在控制鑄件內(nèi)部傳熱、傳質(zhì)和流動(dòng)的條件下，金屬(或晶體類材料)能夠沿固定生長方向進(jìn)行凝固或結(jié)晶的過程。定向凝固后金屬的組織特征是與凝固熱流方向平行的一組平行柱狀晶，如果能夠適當(dāng)控制晶粒的生長過程，例如抑制外來生核，則晶體可以長成只有一個(gè)晶粒的結(jié)晶組織，稱為單晶體。

生產(chǎn)過程中，固液界面前沿的溫度梯度是關(guān)鍵，而溫度梯度又直接受冷卻速度的影響，它對(duì)鑄坯表面，內(nèi)部及中心裂紋等都有著重要影響，冷卻技術(shù)的優(yōu)劣直接決定著產(chǎn)品的性能。由于單晶的冷卻速度慢，生產(chǎn)條件復(fù)雜，成本高，因此實(shí)際生產(chǎn)中多晶的情況居多，尤其是在獲得平行柱狀晶的情況下，更需要高的冷卻速度，以盡快導(dǎo)出熱量；此時(shí)常規(guī)的空冷或者水冷的辦法是不能滿足要求的。

常用的冷卻方法有三種：功率降低法，高速凝固法和液態(tài)金屬冷卻法，由于液態(tài)金屬和固液界面之間的換熱系數(shù)較大，因此它能夠有效提高鑄件和凝固過程中的溫度梯度，目前在定向凝固過程中已獲得了廣泛的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用于定向凝固的冷卻裝置，以提高冷卻效率，減少冷卻液用量，降低成本。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種用于定向凝固的冷卻裝置，包括帶有加熱線圈的熔煉爐、保溫爐、模殼和儲(chǔ)液器，其特征在于所述保溫爐的上蓋上有澆注口，在該澆注口的上方設(shè)置所述帶有加熱線圈的熔煉爐，該熔煉爐下部的出液口正對(duì)準(zhǔn)保溫爐上蓋上的澆注口；所述保溫爐內(nèi)腔能容置模殼，其內(nèi)腔中部有上隔板將保溫爐內(nèi)腔分隔為上加熱區(qū)和下加熱區(qū)，上下加熱區(qū)內(nèi)設(shè)置電加熱元件，保溫爐下開口處設(shè)有下隔板；在保溫爐下沿設(shè)置環(huán)形噴頭，該環(huán)形噴頭經(jīng)冷卻系統(tǒng)接通泵的出口，該泵的進(jìn)口接通所述儲(chǔ)液器的下部；所述儲(chǔ)液器置于保溫爐的下方，一個(gè)抽拉機(jī)構(gòu)承載所述模殼，構(gòu)成浸入式冷卻裝置。

一種用于定向凝固的冷卻裝置，包括帶有加熱線圈的熔煉爐、保溫爐、模殼和儲(chǔ)液器，其特征在于所述保溫爐的上蓋上有澆注口，在該澆注口的上方設(shè)置所述帶有加熱線圈的熔煉爐，該熔煉爐下部的出液口正對(duì)準(zhǔn)保溫爐上蓋上的澆注口；所述保溫爐內(nèi)腔能容置模殼，其內(nèi)腔中部有上隔板將保溫爐內(nèi)腔分隔為上加熱區(qū)和下加熱區(qū)，上下加熱區(qū)內(nèi)設(shè)置電加熱元件，保溫爐下開口處設(shè)有下隔熱板；在保溫爐下沿設(shè)置環(huán)形噴頭，所述環(huán)形噴頭經(jīng)一個(gè)冷卻系統(tǒng)接通一個(gè)泵的出口，該泵的進(jìn)口接通所述儲(chǔ)液器；所述模殼安置在所述儲(chǔ)液器上，儲(chǔ)液器由一個(gè)抽拉機(jī)構(gòu)承載，構(gòu)成非浸入式冷卻裝置。

本實(shí)用新型和之前的冷卻裝置相比，具有以下顯而易見的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

(1)固液界面前沿的溫度梯度大；首先本方案采用的冷卻液是低熔點(diǎn)液態(tài)金屬；其在常溫下為液態(tài)，沸點(diǎn)高，不易汽化；始終和冷卻表面有很好的潤濕效果，傳熱方式以對(duì)流換熱為主，傳熱效率高；而且液態(tài)金屬的密度往往大于水，故體積比熱大，因此使用它作為冷卻液，其冷卻效率遠(yuǎn)高于水；而且本方案中冷卻液不僅能對(duì)流導(dǎo)熱，還能有效隔絕加熱區(qū)對(duì)冷卻區(qū)的輻射換熱，使固液界面始終保持較大的溫度梯度。

(2)特殊的噴淋系統(tǒng)；之前的噴頭以針狀或板狀為主，在冷卻圓柱型表面時(shí)，會(huì)導(dǎo)致冷卻不均，本發(fā)明采用一種環(huán)狀噴頭，布置在冷卻面周圍，使其呈圓周狀整體冷卻，可以克服冷卻不均的缺陷。

(3)常見定向凝固過程中，模殼的加熱區(qū)和冷卻區(qū)用隔熱板隔開，以阻止熱輻射，提高固液界面的溫度梯度，但這樣做的缺陷有二；其一，模殼的形狀若不規(guī)則，隔熱板很難真正隔絕兩區(qū)的之間的熱輻射，其二，熔融金屬的溫度極高，長時(shí)間處于這樣的高溫狀態(tài)下，隔熱板會(huì)失去隔熱效果。這兩個(gè)缺點(diǎn)都導(dǎo)致隔熱板不能有效隔絕加熱區(qū)和冷卻區(qū)的熱輻射，使固液界面前沿的溫度梯度降低，冷卻效果變差。

在本方案中，冷卻液為液態(tài)金屬其密度大且呈鏡面分布，噴出時(shí)有很大的壓力(通過泵調(diào)節(jié))，因此冷卻液能完全隔絕上下兩區(qū)，有效地將加熱區(qū)的熱輻射反射回去，使下部冷卻區(qū)不受影響，從而提高固液界面前沿的溫度梯度。

(4)冷卻液循環(huán)系統(tǒng)；它的優(yōu)點(diǎn)有三；首先，可以在循環(huán)系統(tǒng)中方便地調(diào)節(jié)金屬液的流量和壓力，其次，通過循環(huán)系統(tǒng)將金屬液引出讓后降溫，以提高它的冷卻效率；第三，減少金屬液的用量，降低成本。

附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型的浸入式冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的非浸入式冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式