CN114985687B - 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 - Google Patents
一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114985687B CN114985687B CN202210786126.0A CN202210786126A CN114985687B CN 114985687 B CN114985687 B CN 114985687B CN 202210786126 A CN202210786126 A CN 202210786126A CN 114985687 B CN114985687 B CN 114985687B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- casting
- ingot
- electromagnetic induction
- base
- spiral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D46/00—Controlling, supervising, not restricted to casting covered by a single main group, e.g. for safety reasons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
- B22D7/064—Cooling the ingot moulds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
- B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
- B22D7/10—Hot tops therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明涉及一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法，属于浇铸方法技术领域。一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具，包括底座，均安装在底座上的锭模本体和浇注管，以及安装锭模本体上方的冒口，其特征在于，所述锭模本体的锭模壳体的壳壁内部设置有螺旋状的水道，锭模壳体的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管A。同时，还公开了电磁加热和水冷双功能浇铸模具的使用该方法。本申请的模具及浇铸方法，可以获得内外晶粒一致，且晶粒尺寸控制在500‑1000微米的细小范围内。避免了晶粒内外差异造成的最终产品的晶粒不一致和粗大。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法，属于浇铸方法技术领域。
背景技术
金属靶材是半导体领域使用的核心材料之一，尤其是大吨位靶材（1000kg以上），目前国内靶材存在一些列问题：1、本体金属的纯度问题，通常只达到4N，100ppm的杂质含量具有较大的不稳定性；2、常规敞口熔炼无法很精准的控制氧含量，也无法脱出易挥发杂质；3、由于铸锭尺寸巨大，浇铸后芯部持续高温，1000kg以上铸锭浇铸后2小时内芯部仍为液态，晶粒仍在持续生长，造成芯部晶粒尺寸巨大，可以达到厘米级晶粒，同时还造成内外晶粒尺寸差异巨大；4、坩埚本体高温下对材料的污染。
现在使用的浇铸模具，具有如下的问题：1、使用前需要烘模，例如铜铸造，模具需要使用烘包器烘到380-400℃；2、在真空炉的操作中，由于需要烘模，需要设置双室，模具烘完后才能吊入锭模室组装，费时费力，天然气烘包热效率还低；3、锭模本体需要做很厚，增加潜热，对冷却速度的提升微乎其微；4、冒口无法加热，会造成锭子的缩口很深，缩口无法使用需切除，造成成品率下降。
为了解决现有的浇铸模具在浇铸大吨位靶材时，模具存在的问题，本领域技术人员一直在研究改进浇铸的模具。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具，并基于设计的浇铸模具设计了相应的浇铸方法。
本发明是通过如下的技术方案，解决上述技术问题：
一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具，包括底座，均安装在底座上的锭模本体和浇注管，以及安装锭模本体上方的冒口，其特殊之处在于，所述锭模本体的锭模壳体的壳壁内部设置有螺旋状的水道，锭模壳体上设置有水道的进口及出口，锭模壳体的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管A。
在上述技术方案的基础上，本申请对上述技术方案，做出如下的完善及改进：
进一步，所述冒口的冒口外壳的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管B。
进一步，所述浇注管的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管。
进一步，所述底座的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管，并且在底座的的壳壁内部设置有螺旋状的水道。
进一步，所述底座上设置有锭模本体安装槽和浇注管安装槽，锭模本体安装槽和浇注管安装槽之间设置有流道。
电磁感应加热的螺旋铜管、螺旋铜管A和螺旋铜管B都有相应的进口和出口。
一种使用电磁加热和水冷双功能浇铸模具的浇铸方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、预热：熔炼快要浇铸的时候，开启电磁感应加热，对锭模本体上的螺旋通管A、冒口上的的螺旋铜管B、浇注管上的螺旋铜管、底座的螺旋铜管进行电磁感应加热，将模具加热到0-00℃，确保浇铸后铸锭的表面质量，因为电磁加热的持续可调性和温度监控可以非常准确的控制温度范围在很小的范围内波动，控制不同炉次锭子表面质量的高品质和一致性；
步骤2、浇铸，不同材质控制熔体的温度在熔点以上80-150℃不等进行浇铸，浇铸速度根据成分及容量不同控制在10-90s内完成浇铸，将熔炼的金属液由浇注管注入，金属液经过底座上的流道注入锭模本体，底铸工艺有助于熔体的充型，减少缺陷产生；
上表为：不同材质控制熔体的温度。
步骤3，浇铸完成，10min表面凝壳，同时铸锭顶部冒口处补缩完成，停止电磁感应加热，同时电磁感应加热的螺旋铜管内部持续流动并加大水压（压力从0.2MPa提升到0.5MPa以上）高流速，提高换热增强冷却温度梯度，同时，向水道内通水，通水压力0.5MPa以上，形成持续冷源。双水道高压力大流量冷却通道可提供从锭模外壁到内壁50-80℃/mm的温度梯度，促进内部快速结晶，使内部晶粒正常不至于生长过大，同时内外一致。
本申请设计的电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法，具有如下优点：
1、模具的冒口、锭模本体、底座甚至包括浇铸管都设置了电磁感应加热的螺旋铜管，整套模具可以在最初装炉的时候整体组装完成，这样的话真空炉一个腔体就足够了；
2、熔炼快要浇铸的时候，开启线圈的电磁感应加热，将模具加热到380-400℃，确保浇铸后铸锭的表面质量。因为电磁加热的持续可调性和温度监控可以非常准确的控制温度范围在很小的范围内波动，控制不同炉次锭子表面质量的高品质和一致性；
3、浇铸完成后10min表面凝壳后，停止电磁感应加热，同时感应线圈内部持续流动并加大水压高流速，形成持续冷源，促进内部快速结晶，使内部晶粒正常不至于生长过大，同时内外一致；晶粒内外一致可减少之后的锻造破碎难度；获得内外晶粒一致，且晶粒尺寸控制在500-1000微米的细小范围内，避免了晶粒内外差异造成的最终产品的晶粒不一致和粗大。
附图说明
图1为本申请的一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具的立体结构示意图；
图2为图1的正视图；
图3为锭模本体的剖视图；
图4为冒口的结构示意图。
附图标记记录如下：底座-1，锭模本体-2，浇注管-3，冒口-4，
锭模壳体-2.1，水道-2.2，螺旋铜管A-2.3，冒口外壳-4.1，螺旋铜管B-4.2。
具体实施方式
以下实施例结合附图，仅是为了对权利要求书中所记载的技术方案加以说明，并非是对权利要求保护范围的限制。
结合附图1-4，一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具，包括底座1，均安装在底座1上的锭模本体2和浇注管3，以及安装锭模本体2上方的冒口4，所述锭模本体2的锭模壳体2.1的壳壁内部设置有螺旋状的水道2.2，锭模壳体2.1的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管A2.3；
其中，所述冒口4的冒口外壳4.1的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管B4.2；
所述浇注管3的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管；
所述底座1的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管，并且在底座1的的壳壁内部设置有螺旋状的水道；且底座1上设置有锭模本体安装槽和浇注管安装槽，锭模本体安装槽和浇注管安装槽之间设置有流道。
上述的电磁加热和水冷双功能浇铸模具的浇铸方法，包括如下步骤：
步骤1、预热：熔炼快要浇铸的时候，开启电磁感应加热，对锭模本体2上的螺旋通管A2.3、冒口4上的的螺旋铜管B4.2、浇注管3上的螺旋铜管、底座1的螺旋铜管进行电磁感应加热，将模具加热到380-400℃，确保浇铸后铸锭的表面质量，因为电磁加热的持续可调性和温度监控可以非常准确的控制温度范围在很小的范围内波动，控制不同炉次锭子表面质量的高品质和一致性；
步骤2、浇铸，不同材质控制熔体的温度在熔点以上80-150℃不等进行浇铸，浇铸速度根据成分及容量不同控制在10-90s内完成浇铸，将熔炼的金属液由浇注管注入，金属液经过底座上的流道注入锭模本体2，底铸工艺有助于熔体的充型，减少缺陷产生；
步骤3，浇铸完成，10min表面凝壳后，停止电磁感应加热，同时电磁感应加热的螺旋铜管内部持续流动并加大水压（压力从0.2MPa提升到0.5MPa以上）高流速，提高换热增强冷却温度梯度，同时，向水道内通水，通水压力0.5MPa以上，形成持续冷源。双水道高压力大流量冷却通道可提供从锭模外壁到内壁50-80℃/mm的温度梯度，促进内部快速结晶，使内部晶粒正常不至于生长过大，同时内外一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种使用浇铸模具的浇铸方法，所述浇筑模具包括底座（1），均安装在底座（1）上的锭模本体（2）和浇注管（3），以及安装锭模本体（2）上方的冒口（4），其特征在于，所述锭模本体（2）的锭模壳体（2.1）的壳壁内部设置有螺旋状的水道（2.2），锭模壳体（2.1）的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管A（2.3）；
所述冒口（4）的冒口外壳（4.1）的外侧设置电磁感应加热的螺旋铜管B（4.2）；
所述浇注管（3）的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管；
所述底座（1）的外侧壁上设置有电磁感应加热的螺旋铜管，并且在底座（1）的的壳壁内部设置有螺旋状的水道；
所述底座（1）上设置有锭模本体安装槽和浇注管安装槽，锭模本体安装槽和浇注管安装槽之间设置有流道；
其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、预热：熔炼快要浇铸的时候，开启电磁感应加热，对锭模本体（2）上的螺旋通管A（2.3）、冒口（4）上的的螺旋铜管B（4.2）、浇注管（3）上的螺旋铜管、底座（1）的螺旋铜管进行电磁感应加热，将模具加热到380-400℃，确保浇铸后铸锭的表面质量，因为电磁加热的持续可调性和温度监控可以非常准确的控制温度范围在很小的范围内波动，控制不同炉次锭子表面质量的高品质和一致性；
步骤2、浇铸，不同材质控制熔体的温度在熔点以上80-150℃不等进行浇铸，浇铸速度根据成分及容量不同控制在10-90s内完成浇铸，将熔炼的金属液由浇注管（3）注入，金属液经过底座（1）上的流道注入锭模本体（2）；
步骤3，浇铸完成，10min表面凝壳后，停止电磁感应加热，同时电磁感应加热的螺旋铜管内部持续流动并加大水压高流速，提高换热增强冷却温度梯度，同时，向水道（2.2）内通水，通水压力0.5MPa以上，形成持续冷源；双水道高压力大流量冷却通道可提供从锭模外壁到内壁50-80℃/mm的温度梯度，促进内部快速结晶，使内部晶粒正常不至于生长过大，同时内外一致。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210786126.0A CN114985687B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210786126.0A CN114985687B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114985687A CN114985687A (zh) | 2022-09-02 |
| CN114985687B true CN114985687B (zh) | 2025-02-14 |
Family
ID=83020513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210786126.0A Active CN114985687B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114985687B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201033350Y (zh) * | 2007-03-16 | 2008-03-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造装置 |
| CN109341339A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-02-15 | 江苏集萃先进金属材料研究所有限公司 | 一种底铸式感应悬浮冷坩埚及浇注方法 |
| CN217492625U (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-27 | 烟台扶摇特导新材料科技有限公司 | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200164938Y1 (ko) * | 1997-08-20 | 2000-01-15 | 박국경 | 전자 교반법에 의한 반용융 소재의 연속 제조장치 |
| JP5587845B2 (ja) * | 2011-09-20 | 2014-09-10 | 株式会社ナカキン | アルミ鋳造装置 |
-
2022
- 2022-07-06 CN CN202210786126.0A patent/CN114985687B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201033350Y (zh) * | 2007-03-16 | 2008-03-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种100吨级以上单一材质超大型铸钢支承辊的铸造装置 |
| CN109341339A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-02-15 | 江苏集萃先进金属材料研究所有限公司 | 一种底铸式感应悬浮冷坩埚及浇注方法 |
| CN217492625U (zh) * | 2022-07-06 | 2022-09-27 | 烟台扶摇特导新材料科技有限公司 | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114985687A (zh) | 2022-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103170596B (zh) | 一种多用途真空熔铸设备 | |
| CN100595352C (zh) | 太阳能级多晶硅大锭的制备方法 | |
| CN101602102B (zh) | 外加小温度梯度消除铸件缩孔缩松的凝固过程控制方法 | |
| CN107790658A (zh) | 一种铜合金真空连续熔炼铸造方法 | |
| CN105583396B (zh) | 一种制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法 | |
| CN114850450B (zh) | 难熔高活多元复杂合金悬浮感应熔炼负压吸铸装置及方法 | |
| TW200409823A (en) | Method and device for controlling solidification of molten alloy in induction furnace with water-cooled copper crucible | |
| CN111690832B (zh) | 冷坩埚感应熔炼-压铸装置及制备块体非晶材料的方法 | |
| CN107812903A (zh) | 一种铜合金真空连续熔炼铸造装置 | |
| CN104894443B (zh) | 一种5356铝合金铸锭的制备方法 | |
| JPS58138554A (ja) | 鋳造単結晶を作成する方法および鋳型 | |
| CN106890985A (zh) | 一种用于制造无缩孔铸件的铸造装置及方法 | |
| CN110814305A (zh) | 一种Cu-Fe复合材料双熔体混合铸造装备与工艺 | |
| CN108262455A (zh) | 一种制造高品质半固态轻合金铸件的一体化流变成形方法 | |
| CN202297866U (zh) | 多晶硅铸锭炉的氩气降温装置 | |
| CN110062671B (zh) | 活性金属的铸造方法 | |
| CN115106500B (zh) | 一种真空离心铸造设备用可移动感应加热装置 | |
| CN217492625U (zh) | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具 | |
| CN116237491A (zh) | 基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法 | |
| CN114985687B (zh) | 一种电磁加热和水冷双功能浇铸模具及浇铸方法 | |
| CN118002759A (zh) | 一种热控离心凝固装置及凝固方法 | |
| CN109475931B (zh) | 定向凝固冷却熔炉及使用这种熔炉的冷却方法 | |
| CN214977629U (zh) | 一种半固态压力铸造成形设备 | |
| CN110238360A (zh) | 一种叶轮、导叶的高温合金压力浇铸模具及浇铸工艺 | |
| CN205393483U (zh) | 钛镍合金连铸用复合结晶器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |