[发明专利]使用环状元件的悬浮熔化方法

说明书

本发明是有关于一种悬浮熔融方法、以及一种用于生产铸件的装置。此装置包括导电材料的环状元件，以将熔融批料的铸件引入铸模。在此方法中，环状元件被引入感应线圈之间的交变电磁场的区域，以浇铸熔融批料，从而通过影响感应磁场，以使熔融金属以受控的方式流动进入铸模中。

本发明是有关于一种悬浮熔融方法、以及一种用于生产铸件的装置。此装置包括导电材料的环形元件，以将熔融批料的铸件引入铸模。在此方法中，环形元件被引入感应线圈之间的交变电磁场的区域，以浇铸熔融批料，从而通过影响感应磁场，以启动流至铸模中的熔融物的目标流动。

先前技术

悬浮熔融过程为现有已知技术。因此，专利案DE 422 004揭示了一种熔融方法，其中待熔融的传导材料被感应电流加热，同时通过电动力作用(electrodynamic action)以维持悬浮。其中还描述了一种浇铸方法，通过磁体将熔融材料压入铸模中，此为电动力压入浇铸(Electrodynamic pressed casting)，此方法可以在真空下进行。

专利案US 2,686,864A也描述了一种过程，其中待熔融的传导材料处于悬浮状态(例如，在真空中在一个或多个线圈的影响下，且没有使用坩埚(crucible))。在一实施例中，两个同轴线圈(coaxial coils)可用于保持材料的悬浮。在熔融后，将材料滴落或浇铸(casting)到铸模中。这里描述的过程可以保持60公克的铝部分处于悬浮。通过降低磁场强度，将熔融金属移出，使熔融金属向下离开通过圆锥状线圈。如果磁场强度快速降低，熔融金属以熔融状态从装置中掉落出去。已经认识到，此线圈布置的“弱点”在于线圈的中心，使得可通过这种方式所产生熔融金属产量受限。

专利案US 4,578,552A也公开了一种悬浮熔融方法与装置。同样的线圈用于加热和固持熔融物、其改变所施加的控制加热功率的交流电的频率，同时维持电流恒定。

悬浮熔融的特别优点在于其避免了在其他方法期间与熔融物接触的坩埚材料或其他材料的熔融物的污染。反应性熔融物(例如，钛合金)与坩埚材料反应也被避免了，否则其将迫使将陶瓷坩埚变更为在冷坩埚方法中操作的铜坩埚。悬浮熔融物仅与周围空气接触，例如，可以是真空或惰性气体。因为不需要害怕与坩埚材料发生化学反应，熔融物也可以加热到非常高的温度。与冷坩埚熔融相比，因为几乎所有引入熔融物的能量都被转移到冷坩埚壁中，毫无疑问地冷坩埚熔融的加温效能非常低，其导致高功率输入时，温度上升仍非常缓慢。在悬浮熔融中，唯一的损失是由于辐射和蒸发，其相较于在冷坩埚中的热传导是非常低的。因此，由于较低的功率输入，可在更短的时间内实现更高的熔融物过度加热(overheating)。

另外，特别是与冷坩埚中的熔融物相比，在悬浮熔融期间受污染材料的废料(scrap)减少。然而，悬浮熔融尚未在实践中确立。其原因在于，在悬浮熔融方法中，仅相对少量的熔融材料可以维持于悬浮(参见专利案DE 696 17 103T2，第2页，第1段)。

此外，为了施行悬浮熔融方法，线圈场(coil field)的劳仑兹力(Lorentz force)须能补偿批料的重力，以维持其悬浮。劳仑兹力将批料向上推出线圈场。为提高磁场的产生效能，旨在减少相对铁氧体磁极(opposing ferrite poles)之间的间距。此间距减少允许在较低电压下产生固持预定熔融物重量所需的磁场。通过这种方式，可以改善工厂的固持效能，以悬浮更大的批料。此外，因为感应线圈的损耗减少，加热效能也提高。

铁氧体磁极之间的间距越小，感应磁场越大。然而，因为用于浇铸的场强度必须降低，随着间距的减小，铁氧体磁极和感应线圈受到污染的风险随之提高。这不仅降低了垂直方向上的固持力，而且还降低了水平方向上的固持力。此导致略在线圈场上方的悬浮熔融物的水平膨胀，其使熔融物极度困难不接触铁氧体磁极而通过铁氧体磁极之间的狭窄间隙落入位于下方的铸模中。因此，通过减小铁氧体磁极的间距来提高线圈场的承载能力是通过接触可能性所决定的实际限制。