机械毕业设计（论文）-液态金属冷却定向凝固设备设计.doc

摘要
设计了一种新型的液态金属冷却定向凝固设备,可以实现高温合金的熔炼、高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC)定向凝固工艺。并对设备的炉体结构、抽拉系统、加热系统,液态金属冷却系统。
关键词:液态金属冷却;定向凝同;温度梯度
ABSTRACT
This paper presents a new type of directionaI solidification equipment,which can implement superalloy rate solidification(HRS)and Liquid etaI cooling(LMC) directionaI solidification ,the furnace structure。withdrawing systems,mould heating systems,liquid metaI cooling system and baffle of this equipment.
Key words:liquid metal cooling;directionaI solidification;temperature gradient
第一章引言
结晶器简介
结晶器是用于结晶操作的设备。结晶器的类型很多,按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器;按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆(即母液和晶体的混合物)循环结晶器;按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。
一种槽形容器,器壁设有夹套或器内装有蛇管,用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度,可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大,但晶体易连成晶簇,夹带母液,影响产品纯度。这种结晶器结构简单,生产强度较低,适用于小批量产品(如化学试剂和生化试剂等)的生产。
强制循环蒸发结晶器
一种晶浆循环式连续结晶器(图1)。操作时,料液自循环管下部加入,与离开结晶室底部的晶浆混合后,由泵送往加热室。晶浆在加热室内升温(通常为2~6℃),但不发生蒸发。热晶浆进入结晶室后沸腾,使溶液达到过饱和状态,于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上,使晶体长大。作为产品的晶浆从循环管上部排出。强制循环蒸发结晶器生产能力大,但产品的粒度分布较宽。
  
DTB型蒸发结晶器
即导流筒-挡板蒸发结晶器,也是一种晶浆循环式结晶器。器下部接有淘析柱,器内设有导流筒和筒形挡板,操作时热饱和料液连续加到循环管下部,与循环管内夹带有小晶体的母液混合后泵送至加热器。加热后的溶液在导流筒底部附近流入结晶器,并由缓慢转动的螺旋桨沿导流筒送至液面。溶液在液面蒸发冷却,达过饱和状态,其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积,使晶体长大。在环形挡板外围还有一个沉降区。在沉降区内大颗粒沉降,而小颗粒则随母液入循环管并受热溶解。晶体于结晶器底部入淘析柱。为使结晶产品的粒度尽量均匀,将沉降区来的部分母液加到淘析柱底部,利用水力分级的作用,使小颗粒随液流返回结晶器,而结晶产品从淘析柱下部卸出。
奥斯陆型蒸发结晶器
又称为克里斯塔尔结晶器, 一种母液循环式连续结晶器。操作的料液加到循液压控制系统。

  
环管中,与管内循环母液混合,由泵送至加热室。加热后的溶液在蒸发室中蒸发并达到过饱和,经中心管进入蒸发室下方的晶体流化床(见流态化)。在晶体流化床内,溶液中过饱和的溶质沉积在悬浮颗粒表面,使晶体长大。晶体流化床对颗粒进行水力分级,大颗粒在下,而小颗粒在上,从流化床底部卸出粒度较为均匀的结晶产品。流化床中的细小颗粒随母液流入循环管,重新加热时溶去其中的微小晶体。若以冷却室代替奥斯陆蒸发结晶器的加热室并除去蒸发室等,则构成奥斯陆冷却结晶器。这种设备的主要缺点是溶质易沉积在传热表面上,操作较麻烦,因而应用不广泛。
自从20世纪60年代以来,高温合金的发展极大地促进了定向凝固技术的进步。早期的发热铸烈法由于不能获得稳定的凝固组织已经很少使用。功率降低法使用多组加热元件自下而上逐步切断功率以实现定向凝固,但由于切断功率只能分组进行,铸件轴向的凝固组织仍然不能很好地控制,特别是很难得到均匀一致的定向组织。
Bridgman方法利用了铸型移出技术,这种相对高速率的凝固技术始于20世纪70年代,现已发展成更先进的沸腾床(流态床)法,液态金属冷却法等定向凝固技术。 HRS能充分利用各种类烈的辐射挡板来隔离炉子的冷热区,从而有效地提高了温度梯度。这些挡板采用固定在铸形热发生器下面的碳基材料挡板或是水冷挡板环的形式。
Bridgman方法在凝固开始的时候,主要通过铸件把热传导到水冷板产生冷却。然而,随着铸件的拉出,其