合金熔化保温炉制造技术

感应炉，包括：炉容器；位于该上部炉容器下方的感应线圈；和位于该感应线圈内并且可连通地连接到该炉容器的含熔体的容器，其中将该含熔体的容器定位于该感应线圈内限定了该含熔体的容器的外表面与该感应线圈的内表面之间的间隙。用于直接冷硬铸造的系统，包括：至少一个感应炉；可操作以除去熔融金属中的杂质的至少一个在线过滤器；连接至与气体关联的供给口的至少一个气体源；和用于通过浇铸使金属凝固的至少一个设备。冷却感应炉的方法，包括：将气体引入感应线圈与位于该感应线圈内的含熔体的容器之间的间隙中；和使该气体经过该间隙循环。

Alloy melting heat preservation furnace

Induction furnace, comprising a furnace container; the induction coil is located below the upper part of the furnace vessel; and in the induction coil and is communicably connected to the furnace with melt container container, the container will melt in the location containing the induction coil is defined in the gap between the inner surface of the melt containing container the outer surface of the induction coil. A system for direct chill casting includes at least one induction furnace; operation with at least one online filter to remove impurities in the molten metal; at least one gas source connected to the gas and associated supply port; and for the at least one device by casting metal solidification. The method of cooling induction furnace includes introducing gas into the gap between the induction coil and the melt containing container in the induction coil, and making the gas circulate through the gap.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合金熔化保温炉相关申请的交叉引用本申请要求以下申请的在先申请日权益：2014年11月18日提交的共同待决美国专利申请号14/546,682；以及2013年11月23日提交的美国临时专利申请号61/908,065，上述所有申请通过引用并入本文中。
感应熔化保温炉，更具体地涉及这样的可用于合金例如铝锂(“Al-Li”)合金的加工中的设备。
技术介绍
传统上采用感应熔化炉技术(通常是无芯或槽感应型)来使Al-Li合金和某些其他高度合金化的铝合金熔化。由于锂在铝中的化学活性，没有使用标准炉、烧燃烧气体的炉的设计。为了熔化Al-Li合金，使用感应炉的电磁场施加间接感应产生的热，其中该炉中的金属与该磁场耦合以产生热。无芯感应炉典型地具有围绕炉体的周围的连续线圈(通常为铜)。槽感应炉具有在外部安装于该炉的主体的感应线圈，并且采用通过法以经过加热区转移熔融金属。槽感应炉通常大于无芯感应炉，并且被开发，原因在于无芯感应炉具有实际的尺寸限制。对于上述两种类型的感应炉，经由该磁场形成以及来自该熔融金属自身的热能要求使用水或二醇或其混合物来液体冷却该感应线圈。水通常用作冷却剂，但如果发生炉衬里失效则这会产生安全问题。熔融金属可透过该炉衬里并且到达冷却线圈，并且如果熔融金属透过该冷却线圈自身，则可能由铝水接触导致铝爆炸。大量的出版物，包括由TheAluminumAssociation(USA)出版的GuidelinesforHandlingMoltenAluminum讨论了爆炸以及保持熔融铝远离水的要求。在熔化和加工Al-Li合金时，与水的灾难性爆炸的潜力大于常规的(不含锂的)铝合金。因此，几个炉制造商提供将水以外的冷却剂、尤其是卤代二醇用于线圈冷却的炉冷却系统。典型的铝合金使用标准工业耐火材料作为用于感应炉的工作衬里。这些包括作为就地浇铸衬里安装的莫来石、氧化铝和二氧化硅基材料、耐火砖和灰浆衬里、和预铸造定制(made-to-fit)坩埚。将这些材料与其他中间材料一起插入炉体内以将熔融铝分离而不接触炉感应线圈。认为暴露于熔融金属的衬里材料可膨胀，并且根据需要将其周期地更换。支承材料(通常不与熔融铝合金直接接触)通常具有比直接接触的那些长的寿命，并且在工作衬里更换期间通常不惯例地更换支承材料。由于锂在铝中的化学活性，Al-Li合金需要特殊的工作衬里耐火材料。典型地将氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)基耐火材料用于无芯感应炉，而将碳化硅(SiC)基耐火材料用于离开感应器的非磁性区域中。对于小的实验室规模的感应炉，使用SiC坩埚。MgO的主要缺点是其相对低的耐热疲劳性。这需要使该炉保持热并且不定期地排干。由于在已将炉用于熔融金属后该炉通常不能在没有使该耐火材料开裂的情况下被冷却，因此这在合金变化过程中也造成问题。根据经验，如果使MgO炉衬里冷却到低于1000℉，其将开裂并且变得不可用。由于铝在1260℉下熔化并且在1400℉下合金化，因此该衬里必须永久地保持在1400℉。因此，需要外部装置以随时保持该炉中的热量，即使在不使用时以及炉操作周期之间。已将引入感应以外的技术的炉用于熔化Al-Li合金，包括电阻加热的真空炉。铝-锂合金化方法也采用了锂的炉后在线合金化的技术使得锂不接触或污染传统的炉耐火材料；参见美国专利号4,248,630。与Al-Li熔体结合使用时，含有游离的二氧化硅和/或磷酸盐的耐火产品尤其不好，原因在于锂优先侵蚀这些材料，这导致陶瓷的几乎立即的破坏。美国专利号5,028,570(“'570专利”)教导了用于航空航天应用的铝-锂合金，其典型地含有约2-3％锂，这显著地增加了铝的强度并且相对于纯铝减少了该合金的重量。只发现了两种能够提供这些合金的合理包容的耐火材料。它们是结合氧化物的氧化镁和结合氮化硅的碳化硅。'570专利记载了结合氮化硅的MgO，其对于熔融Al-Li更耐腐蚀。另外，由碳化硅和氧化铝组成的干燥振动式混合物(由AlliedMineralCorporation,Columbus,OhioandSaintGobainCorpofAmerica,Amherst,Massachusetts制造和销售)也用于常规的用于熔化铝锂合金的无芯感应炉。由板状氧化铝(含有96％高纯度板状氧化铝、约2％二氧化硅和2％氧化钛)制成的预铸造和烧成的坩埚也用作铝锂应用中的含熔体的容器的主要衬里材料。但是，所有的上述耐火材料都与铝锂合金反应并且产生倾向于并发展剥落结合发状裂纹的网络的合金。在装料或排渣或炉壁清洁过程中产生问题-耐火材料经历进一步的机械误用。该机械误用使来自热循环在耐火材料中存在的发状裂纹增加。这结合耐火衬里与含锂熔体之间的化学反应以及进而填充有来自熔体的低熔点共晶的炉，导致合金的捕集的半固体、固体、半液体或完全液体翅片的较厚部分在该容器的耐火衬里内形成网络，其中这样的网络缓慢地发展到该衬里的外壁。由于感应能量能够容易地与衬里内捕集的一定厚度(超过1.5mm)的铝或铝合金翅片的网络耦合，因此在电磁功率的所需输入下和特定频率下操作该炉时，翅片的网络变得过热并且迅速地发展到该耐火衬里的外边界。产生的耐火衬里的失效在该炉的寿命中成为强限制因素。如果该耐火衬里的失效只将自身表现为纯粹的花费，则其只保持为可解决的成本项目。但是，液体铝锂合金经过含熔体的容器的受损的耐火衬里向该感应线圈的突然前进产生灾难性爆炸的可能性，如果其到达该感应线圈的甚至一个或两个匝。因此，缺少对于熔融铝锂合金化学惰性的耐火材料，存在将该感应线圈与含熔体的容器的耐火衬里完全隔离的明显需要。典型的感应炉在非常低的电频率下工作。为了在熔化工艺的过程中获得熔体的搅拌，低频率对于获得快速的熔化率是重要的。但是，快速的熔化率使得在熔体中保持锂的任务更为困难，除非在该熔体上方连续地保持严格控制的惰性气氛。美国专利号5,032,171记载了使用低频感应电源以剧烈地搅拌该熔体使得促进锂的除去。使用较高频率的感应炉时，发生较少的搅拌，原因在于熔融金属的移动是操作频率的反函数。较高的频率导致较小的搅拌，但是，较高的频率也导致将较靠近含熔体的容器的内壁的感应能量中的更多耦合，如果翅片是存在的强耦合并由此导致翅片的过热，这进一步加速耐火材料的劣化。因此在电源中采用较低频率不能减轻耐火衬里的劣化。与使用低频(以实现快速熔化)相关的另一问题是产生的强制搅拌，其导致非金属性颗粒和不需要的氧化物夹带到该熔体中。由于较低的频率导致较多的熔体搅拌，因此常常进行操作频率的折中以适于操作，但只是以对耐火衬里造成更多损伤并且削弱对浴温度的控制为代价。对于废料熔化，其中品质次于生产率，典型地采用较低的频率。当生产高品质熔体时，以生产率为代价，采用较高频率以减少所不需要的搅拌。与Al-Li熔体关联的另一基本因素是熔融Al-Li合金中氢溶解度的程度。由于氢在纯熔融锂(其在仅400℉下熔化)中完全可溶，因此1400℉下的熔融Al-Li合金在合金化熔体中俘获大量的氢。例如，典型的不含锂的航空航天铝合金AA7050的炉熔体在反射熔化炉中新制备的熔体中将会具有的氢含量为0.5cc/100gms的熔融合金。与其相比，在气氛受控的感应炉内熔化的1.2％Li合金的新制备熔体中溶解的氢的量为1.5cc/本文档来自技高网...

【技术保护点】
感应炉，包括：上部炉容器；位于该上部炉容器下方的感应线圈；和位于该感应线圈内并且可连通地连接到该上部炉容器的含熔体的容器，其中将该含熔体的容器定位于该感应线圈内限定了该含熔体的容器的外表面与该感应线圈的内表面之间的间隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.23 US 61/908,065;2014.11.18 US 14/546,6811.感应炉，包括：上部炉容器；位于该上部炉容器下方的感应线圈；和位于该感应线圈内并且可连通地连接到该上部炉容器的含熔体的容器，其中将该含熔体的容器定位于该感应线圈内限定了该含熔体的容器的外表面与该感应线圈的内表面之间的间隙。2.权利要求1的感应炉，还包括：与该间隙关联的至少一个供给口和至少一个排放口至该供给口以及连接至该供给的气体源。3.权利要求2的感应炉，其中该气体源包括选自由氩、氦、氖、氪、氙和氡组成的组中的至少一种惰性气体，经过该感应线圈与该含熔体的容器之间的间隙使该气体循环。4.权利要求2的感应炉，其中该气体源包括含有氦的气体混合物，其中氦浓度为至少8体积％。5.权利要求2的感应炉，其中该气体源包括约80％氩和约20％氦的混合物。6.权利要求2的感应炉，其中该气体源包括空气。7.权利要求2的感应炉，其中来自该气体源的气体可操作以在该供给口和该排放口之间循环。8.权利要求2的感应炉，其中在该炉的外部将循环的气体冷却并且再循环回到该间隙中。9.权利要求8的感应炉，其中将该间隙中该循环的气体的温度保持在低于150℉。10.权利要求8的感应炉，还包括净化器，其中该气体经配置以在使其再循环前经过该净化器。11.权利要求10的感应炉，其中该净化器包括除湿器并且该除湿器可操作以将该气体中的水分去除到低于10ppm。12.权利要求8的感应炉，还包括氢分析器，该氢分析器可操作以测定该循环的气体中的氢的量并且响应于预定水平的氢而将该气体排出到排气阀。13.权利要求1的感应炉，其中该间隙为至少1/2英寸。14.权利要求1的感应炉，其中该炉经配置以倾斜。15.权利要求1的感应炉，其中该感应线圈为冷却的感应线圈。16.权利要求1的感应炉，还包括位于该含熔体的容器的外表面处或附近的至少一个传导云母栅板，所述栅板连接至电路以检测该熔体的泄露。17.权利要求16的感应炉，还包括位于至少三个位置的多个云母栅板，该至少三个位置包括(i)该含熔体的容器的外柱形表面；(ii)该含熔体的容器的底部；和(iii)感应线圈的内周。18.权利要求1的感应炉，还包括真空产生设备，其连接至该上部炉容器并且可操作以用于该含熔体的容器中的合金熔体的脱气，所述真空产生设备对该炉中的合金熔体的表面施加真空。19.权利要求1的感应炉，其中该上部炉容器包括：碳化硅基材料的耐熔融铝的工作衬里；高温耐火材料的中间层；和最外层，其包括约70％氧化铝、约10％二氧化硅、约3％氧化钙和粘结剂材料，以容许该工作衬里的膨胀和收缩。20.权利要求19的感应炉，其中该工作衬里具有约1,000-约50,000,000μΩcm的电阻率。21.权利要求19的感应炉，其中该工作衬里包括纯等级碳化硅(SiC)；结合氮化物的碳化硅；具有用于控制化学传导性的硫酸钡添加剂的氧化钇稳定化...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·V·蒂拉克，
申请(专利权)人：美国阿尔美有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US