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摘要
設(shè)計(jì)了一種新型的液態(tài)金屬冷卻定向凝固設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)高溫合金的熔煉、高速凝固(HRS)和液態(tài)金屬冷卻(LMC)定向凝固工藝。并對(duì)設(shè)備的爐體結(jié)構(gòu)、抽拉系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)，液態(tài)金屬冷卻系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：液態(tài)金屬冷卻；定向凝同；溫度梯度
ABSTRACT
This paper presents a new type of directionaI solidification equipment，which can implement superalloy smelting．high rate solidification(HRS)and Liquid etaI cooling(LMC) directionaI solidification process．Moreover，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
1.1 結(jié)晶器簡(jiǎn)介
結(jié)晶器是用于結(jié)晶操作的設(shè)備。結(jié)晶器的類(lèi)型很多，按溶液獲得過(guò)飽和狀態(tài)的方法可分蒸發(fā)結(jié)晶器和冷卻結(jié)晶器；按流動(dòng)方式可分母液循環(huán)結(jié)晶器和晶漿（即母液和晶體的混合物）循環(huán)結(jié)晶器；按操作方式可分連續(xù)結(jié)晶器和間歇結(jié)晶器。
一種槽形容器，器壁設(shè)有夾套或器內(nèi)裝有蛇管，用以加熱或冷卻槽內(nèi)溶液。結(jié)晶槽可用作蒸發(fā)結(jié)晶器或冷卻結(jié)晶器。為提高晶體生產(chǎn)強(qiáng)度，可在槽內(nèi)增設(shè)攪拌器。結(jié)晶槽可用于連續(xù)操作或間歇操作。間歇操作得到的晶體較大，但晶體易連成晶簇，夾帶母液，影響產(chǎn)品純度。這種結(jié)晶器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)強(qiáng)度較低，適用于小批量產(chǎn)品（如化學(xué)試劑和生化試劑等）的生產(chǎn)。
強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器
一種晶漿循環(huán)式連續(xù)結(jié)晶器（圖1）。操作時(shí),料液自循環(huán)管下部加入，與離開(kāi)結(jié)晶室底部的晶漿混合后，由泵送往加熱室。晶漿在加熱室內(nèi)升溫（通常為2～6℃），但不發(fā)生蒸發(fā)。熱晶漿進(jìn)入結(jié)晶室后沸騰，使溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，于是部分溶質(zhì)沉積在懸浮晶粒表面上，使晶體長(zhǎng)大。作為產(chǎn)品的晶漿從循環(huán)管上部排出。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器生產(chǎn)能力大，但產(chǎn)品的粒度分布較寬。
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DTB型蒸發(fā)結(jié)晶器
即導(dǎo)流筒-擋板蒸發(fā)結(jié)晶器，也是一種晶漿循環(huán)式結(jié)晶器。器下部接有淘析柱，器內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒和筒形擋板，操作時(shí)熱飽和料液連續(xù)加到循環(huán)管下部，與循環(huán)管內(nèi)夾帶有小晶體的母液混合后泵送至加熱器。加熱后的溶液在導(dǎo)流筒底部附近流入結(jié)晶器，并由緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳沿導(dǎo)流筒送至液面。溶液在液面蒸發(fā)冷卻，達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)，其中部分溶質(zhì)在懸浮的顆粒表面沉積，使晶體長(zhǎng)大。在環(huán)形擋板外圍還有一個(gè)沉降區(qū)。在沉降區(qū)內(nèi)大顆粒沉降，而小顆粒則隨母液入循環(huán)管并受熱溶解。晶體于結(jié)晶器底部入淘析柱。為使結(jié)晶產(chǎn)品的粒度盡量均勻，將沉降區(qū)來(lái)的部分母液加到淘析柱底部，利用水力分級(jí)的作用，使小顆粒隨液流返回結(jié)晶器，而結(jié)晶產(chǎn)品從淘析柱下部卸出。
奧斯陸型蒸發(fā)結(jié)晶器
又稱(chēng)為克里斯塔爾結(jié)晶器， 一種母液循環(huán)式連續(xù)結(jié)晶器。操作的料液加到循液壓控制系統(tǒng)。
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環(huán)管中，與管內(nèi)循環(huán)母液混合，由泵送至加熱室。加熱后的溶液在蒸發(fā)室中蒸發(fā)并達(dá)到過(guò)飽和，經(jīng)中心管進(jìn)入蒸發(fā)室下方的晶體流化床(見(jiàn)流態(tài)化)。在晶體流化床內(nèi)，溶液中過(guò)飽和的溶質(zhì)沉積在懸浮顆粒表面,使晶體長(zhǎng)大。晶體流化床對(duì)顆粒進(jìn)行水力分級(jí),大顆粒在下，而小顆粒在上，從流化床底部卸出粒度較為均勻的結(jié)晶產(chǎn)品。流化床中的細(xì)小顆粒隨母液流入循環(huán)管，重新加熱時(shí)溶去其中的微小晶體。若以冷卻室代替奧斯陸蒸發(fā)結(jié)晶器的加熱室并除去蒸發(fā)室等，則構(gòu)成奧斯陸冷卻結(jié)晶器。這種設(shè)備的主要缺點(diǎn)是溶質(zhì)易沉積在傳熱表面上，操作較麻煩，因而應(yīng)用不廣泛。
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