喷射成形降温系统及采用该系统降低锭坯温度的方法本申请是对申请日为2015年1月29日，申请号为201510046567.7，发明创造名称
为：喷射成形降温系统及采用该系统降低钢坯温度的方法这一发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及金属材料锭坯喷射成形领域，具体涉及一种喷射成形降温系统及采用
该系统降低锭坯温度的方法。
背景技术
锭坯喷射成形技术是一种使液态的金属合金在惰性气体的作用下形成固态、半固
态、液态的雾状微小颗粒沉积在接收器上形成锭坯的一种先进技术。
现有技术中的锭坯喷射成形的雾化室结构如图1所示，其包括漏包，金属液柱，雾
化器，进气口，锭坯，托盘，旋转轴，移动轴，出气口，雾化箱体。工作时雾化金属的惰性气体
由进气口经雾化器喷入雾化室，在起雾化作用的惰性气体的作用下，金属液体从漏包中受
重力作用流出形成金属液柱，金属液柱被从雾化器中喷射出来的惰性气体雾化成微小的固
态、半固态或液态的细微金属颗粒，这些金属颗粒沉积在托盘上，由于不断地雾化沉积，最
终在托盘上堆积成锭坯，在整个雾化堆积过程中，托盘随旋转轴做旋转运动，旋转轴安装在
移动轴上，移动轴随喷射成形过程的进行向下移动，以形成锭坯。在整个喷射成形过程中金
属液柱冷凝释放出大量的热量，其中一部分热量从安装在雾化箱体上的出气口排出，但另
一部分热量聚集在雾化室内，使雾化室的温度迅速升高，雾化室温度过高，会影响冷却速度
及锭坯自身的温度，锭坯的冷却速度过慢，构成锭坯的晶体粗大，其力学性能和机加工性能
受到很大影响，某些时候甚至会造成得不到需要的组织。因此需要找出给雾化室降温的方
法，现有设备没有降温系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷射成形降温系统及采用该系统降低锭坯温度的方法，
本发明通过在雾化室内设置冷却系统，通过冷却系统对托盘或锭坯降温，借以提高锭坯的
降温速度，提高锭坯的机械性能，以克服现有技术存在的上述不足。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种喷射成形降温系统，包括喷射成形装置和冷却系统，所述冷却系统包括吸热
结构、冷却装置、循环动力泵、导热介质和导热介质输送管路，所述导热介质输送管路依次
连接所述吸热结构、所述冷却装置和所述循环动力泵并构成导热回路；
所述吸热结构位于所述喷射成形装置的雾化室内，用以冷却锭坯或托盘，所述冷
却装置位于所述喷射成形装置的雾化室外，用以冷却由于吸收雾化室热量后温度升高的导
热介质；
所述导热介质在所述循环动力泵的作用下在所述导热回路内循环流动，借以在雾
化室内吸热在冷却装置散热。
进一步的，本发明还包括导热介质存储容器，所述导热介质存储容器设置在所述
冷却装置与所述循环动力泵之间，用以存储经冷却装置冷却的导热介质。
优选的，所述雾化室内设有浸锭箱，所述浸锭箱内盛装有所述导热介质，以形成所
述吸热结构，所述浸锭箱内为导热腔室，所述浸锭箱的侧壁上设有导热介质进口和导热介
质出口，所述浸锭箱的侧壁底部气密地固定在底板上，所述底板上通过密封套气密地滑动
连接有移动轴，所述移动轴延伸至所述雾化室内，所述移动轴具有空心筒状的容纳腔，所述
容纳腔内转动连接有旋转轴，所述浸锭箱的顶部设有开口，所述旋转轴从所述开口向雾化
室内延伸并且所述旋转轴的延伸端固定连接有托盘。
进一步的，本发明还包括防尘机构，所述防尘机构包括：
盖板，其底部固定在所述浸锭箱的侧壁的上端，所述盖板上设有供液包通过的通
孔；
挡块，固定在所述盖板的上表面；
滑板，可在所述盖板的上表面滑动地设置在所述盖板的上表面，所述滑板位于所
述挡块与所述通孔之间，所述滑板靠近所述通孔的侧缘向下向远离所述通孔的轴心延伸形
成挤压部，所述挤压部与所述托盘的外缘配合；以及
压缩弹簧，其一端固定在所述挡块上，其另一端压紧在所述滑板上，用以推动所述
滑板在所述盖板的上表面滑动，借以将所述挤压部压紧在所述托盘的侧缘。
进一步的，所述防尘机构还包括：
定位块,可沿远离/靠近所述通孔的轴心的方向滑动地安装在所述盖板的上表面
上，所述滑板上设有与所述定位块配合的定位挡块，用以限制所述滑板向靠近所述通孔的
轴心滑动的位置；以及
定位块锁紧装置，用将所述定位块锁紧在所述盖板上的滑动位置。
优选的，所述吸热结构还可为如下结构：
所述托盘的底部气密地固定有内导热套，形成所述内导热套的内壁与所述托盘的
底部围成内导热腔室，所述内导热套外转动连接在外导热套内，所述外导热套固定在固定
套上，所述内导热套的侧壁上设有导热介质进口和导热介质出口，所述外导热套与所述导
热介质进口对应的位置设有第一环形槽，所述导热介质输送管路穿过所述外导热套的侧壁
与所述第一环形槽连通以形成导热介质流入通道，所述外导热套与所述导热介质出口对应
的位置设有第二环形槽，所述导热介质输送管路穿过所述外导热套的侧壁与所述第二环形
槽连通以形成导热介质流出通道；
所述固定套内固定连接有固定轴，所述固定轴内转动连接有旋转轴，所述旋转轴
的上端与所述内导热套固定连接；
所述导热介质出口连接有导热介质内管，所述导热介质内管的另一端延伸到所述
导热腔室的顶部并且靠近所述导热腔室的内壁。
进一步的，所述导热腔室内设置有若干隔板，所述隔板的上端固定在所述托盘的
底部，所述隔板上设有导流孔，所述隔板两侧通过所述导流孔贯通。
进一步的，所述隔板为若干同心设置并且轴心与所述托盘的中心重合的圆形隔
板、若干中心重合并且该中心与托盘的中心重合的矩形隔板、若干从托盘的中心向外呈放
射延伸的隔板或从所述托盘的中心向外呈渐开线延伸的隔板中的一种。
优选的，所述导热介质进口在所述导热腔室的位置低于所述导热介质出口在所述
导热腔室的位置。
采用上述系统降低锭坯温度的方法，包括如下步骤：
S1、在所述循环动力泵的作用下，将所述导热介质导入冷却系统内；
S2、在所述循环动力泵的作用下，所述导热介质在所述吸热结构内流动并且吸收
托盘的热量或者吸收锭坯的热量；
S3、在所述循环动力泵的作用下，将吸收托盘的热量或吸收锭坯的热量后温度升
高的导热介质从所述吸热结构内导入冷却装置内进行降温。
本发明的有益效果为：
1)喷射成形过程中，采用导热介质直接冷却锭坯或托盘，达到降低锭坯温度的目
的，得到性能满足要求的锭坯
在雾化室的腔室内设置吸热结构，在循环动力泵的作用下，低温的导热介质流经
吸热结构时导热介质直接与锭坯或托盘接触进行热交换，降温速度快，随着温度升高的导
热介质沿导热介质输送管路的流动，最后汇入冷却装置，经冷却装置降温导热介质的温度
下降，温度下降后的导热介质随介质输送管路继续流入吸热结构内，如此循环，借以提高雾
化室内的降温速度，对降温速度的控制会得到不同机械性能的锭坯，冷却速度越快，晶粒越
均匀，其机械性能越好；
2)采用锭坯进入导热介质进行散热的浸入式的吸热结构，导热介质直接接触锭
坯，通过热传递的方式进行降温，吸热效率高，降温速度快
在雾化室内设置浸锭箱，浸锭箱内盛装导热介质，以形成吸热结构，移动轴滑动连
接在底板上，随着喷射成形过程的进行，移动轴带动锭坯向下滑动，借以将锭坯进入盛装有
导热介质的吸热结构内，导热介质与锭坯表面接触，采用热传递的吸热方式，吸热效率高，
锭坯的降温速度快，又，在循环动力泵的作用下，导热介质在导热回路内循环流动，借以将
吸热结构内的温度高的导热介质输送到冷却装置进行降温，同时向吸热结构内补充温度低
的导热介质，以保证较高的吸热效率；又，采用浸入式吸热结构直接对锭坯进行降温，可将
锭坯的下部大部分进入导热介质内，保证锭坯轴向的各部分冷却速度一致，避免锭坯沿轴
向的性能偏差；
3)防止喷射成形过程中灰尘附着在锭坯表面引起的杂质夹杂的现象
设置防尘机构，随着移动轴的下降，压缩弹簧推动滑板在盖板的上表面向通孔的
轴心滑动，借以减小锭坯的上端在水平方向的暴露面积，从而减小雾化室内盖板上部的灰
尘附着在锭坯上的几率，尽可能地避免锭坯夹杂杂质，保证形成锭坯的各部分的性能的均
匀性，保证锭坯的物理、化学性能的稳定性；
通过设置定位块和定位块锁紧装置，定位块距离通孔的轴心可调节，并且通过定
位块锁紧装置将所述定位块锁紧在某一滑动位置上，使锭坯的上端在水平方向的暴露面积
调整到合适大小，该面积的大小以不影响金属液柱沉积到锭坯的前提下尽可能的小；
4)将导热腔室设置在托盘的底部，导热腔室内盛装导热介质，导热介质与托盘底
部直接接触，以热传递的方式通过降低托盘的温度来达到对锭坯降温的目的，得到机械性
能足够的锭坯；
5)在对托盘底部吸热的吸热结构内设置隔板，保证在托盘的底部隔板形成导热介
质流动的回路，导热介质在循环动力泵的作用下从下向上流动，当流动到隔板的下端，在隔
板的作用下从导热腔室的中心向周边流动，并且随着导热介质的流动，其温度逐渐升高，即
在导热腔室的顶部越靠近导热腔室的壁的位置导热介质的温度越高，提高导热介质与托盘
底部的吸热效率，通过提高托盘底部的冷却速度来提高沉积在托盘上部的锭坯的冷却速
度，从而得到性能满足要求的锭坯；设置导热介质内管，导热介质内管的一端与导热介质出
口连通，导热介质内管的另一端连通到导热腔室的顶部并且靠近导热腔室的壁的位置，温
度高的导热介质经导热介质内管导出导热腔室，亦即导热介质内管将温度高的导热介质与
温度低的导热介质区分开，避免温度高的导热介质导出时加热到还没有完全与托盘底部进
行热交换的温度低的导热介质，利于提高该吸热结构的热交换效率，提高了对托盘底部的
冷却速度；
6)所述导热介质进口在所述导热腔室的位置低于所述导热介质出口在所述导热
腔室的位置，温度低的导热介质从导热腔室的下部进入，在循环动力泵的作用下克服重力
向上流动，然后与锭坯或托盘的底部接触，由于导热介质向上流动时要克服自身重力，导热
介质上升速度慢，保证导热介质与锭坯或托盘充分的接触时间，保证吸热结构较高的热交
换效率，借以提高锭坯的降温速度，得到性能优越的锭坯。
附图说明
图1是本发明中的背景技术的结构示意图；
图2是实施例一的结构示意图；
图3是实施例一所述的吸热结构的工作原理图；
图4是图3的俯视图；
图5是实施例二的结构示意图；
图6是实施例二所述的吸热结构的结构示意图。
图中，1、漏包；2、液柱；3、雾化器；4、进气口；5、锭坯；6、托盘；7、旋转轴；8、移动轴；
9、出气口；10、雾化室；11、定位块；12、滑板；121、挤压部；13、压缩弹簧；14、盖板；15、导热介
质出口；16、浸锭箱；17、导热介质进口；18、密封套；19、底板；20、导板；21、挡块；22、导热介
质输入管；23、导热介质输出管；24、冷却装置；25、导热介质存储容器；26、循环动力泵；27、
内导热套；28、外导热套；281、第一环形槽；282、第二环形槽；29、导热介质内管；30、固定套；
31、隔板；32、固定轴。
具体实施方式
实施例一
如图2-4所示，一种喷射成形降温系统，包括喷射成形装置和冷却系统，所述冷却
系统包括吸热结构、冷却装置24、循环动力泵26、导热介质和导热介质输送管路，所述导热
介质输送管路依次连接所述吸热结构、所述冷却装置24和所述循环动力泵26并构成导热回
路；
所述吸热结构位于所述喷射成形装置的雾化室10内，用以冷却锭坯5或托盘6，所
述冷却装置24位于所述喷射成形装置的雾化室10外，用以冷却由于吸收雾化室10热量后温
度升高的导热介质；
所述导热介质在所述循环动力泵26的作用下在所述导热回路内循环流动，借以在
雾化室10内吸热在冷却装置24散热。
本实施例还包括导热介质存储容器25，所述导热介质存储容器25设置在所述冷却
装置24与所述循环动力泵26之间，用以存储经冷却装置24冷却的导热介质。
所述雾化室10内设有浸锭箱16，所述浸锭箱16内盛装有所述导热介质，以形成所
述吸热结构，所述浸锭箱16内为导热腔室，所述浸锭箱16的侧壁上设有导热介质进口17和
导热介质出口15，所述浸锭箱16的侧壁底部气密地固定在底板19上，所述底板19上通过密
封套18气密地滑动连接有移动轴8，所述移动轴8延伸至所述雾化室10内，所述移动轴8具有
空心筒状的容纳腔，所述容纳腔内转动连接有旋转轴7，所述浸锭箱16的顶部设有开口，所
述旋转轴7从所述开口向雾化室10内延伸并且所述旋转轴7的延伸端固定连接有托盘6。
本实施例还包括防尘机构，所述防尘机构包括：
盖板14，其底部固定在所述浸锭箱16的侧壁的上端，所述盖板14上设有供液包通
过的通孔；
挡块21，固定在所述盖板14的上表面；
滑板12，可在所述盖板14的上表面滑动地设置在所述盖板14的上表面，所述滑板
12位于所述挡块21与所述通孔之间，所述滑板12靠近所述通孔的侧缘向下向远离所述通孔
的轴心延伸形成挤压部121，所述挤压部121与所述托盘6的外缘配合；以及
压缩弹簧13，其一端固定在所述挡块21上，其另一端压紧在所述滑板12上，用以推
动所述滑板12在所述盖板14的上表面滑动，借以将所述挤压部121压紧在所述托盘6的侧
缘；
定位块11,可沿远离/靠近所述通孔的轴心的方向滑动地安装在所述盖板14的上
表面上，所述滑板12上设有与所述定位块11配合的定位挡块21，用以限制所述滑板12向靠
近所述通孔的轴心滑动的位置；
定位块11锁紧装置，用将所述定位块11锁紧在所述盖板14上的滑动位置。
本实施例中，盖板14的上表面还固定连接有导板20，每一个滑板12的两侧均设有
一个导板20，导板20与滑板12滑动连接，设置导板20用以限定滑板12在盖板14上表面的滑
动方向，使滑板12的沿靠近/远离通孔的方向滑动。
所述导热介质进口17在所述导热腔室的位置低于所述导热介质出口15在所述导
热腔室的位置。与导热介质进口17连接的介质输送管路为导热介质输入管22，与导热介质
出口15连接的导热介质输送管路为导热介质输出管23。
采用上述系统降低锭坯温度的方法，包括如下步骤：
S1、在所述循环动力泵26的作用下，将所述导热介质导入冷却系统内；
S2、在所述循环动力泵26的作用下，所述导热介质在所述吸热结构内流动并且吸
收托盘6的热量或者吸收锭坯5的热量；
S3、在所述循环动力泵26的作用下，将吸收托盘6的热量或吸收锭坯5的热量后温
度升高的导热介质从所述吸热结构内导入冷却装置24内进行降温。
水是一种很好的冷却、导热介质，在所有的液体中水的比热容最大，为4.18J/g·
℃。因此水可以作为优质的热交换介质，本实施例中的导热介质利用了水的这一主要特性。
通过水的循环及相应的装置来达到使喷射成形的锭坯5能随喷射过程逐渐浸入水中达到锭
坯5快速冷却的目的，进而得到性能满足要求的锭坯5。
相比图1中的现有技术，使用本实施例时，金属液体由漏包1流出，惰性气体从进气
口4进入雾化器3后通过雾化器3喷射到液柱2上把金属液体雾化成微小的颗粒(固态、半固
态、液态)，这些微小的颗粒沉积在托盘6上，逐渐堆积成锭坯5，托盘6固定在旋转轴7上，旋
转轴7安装在移动轴8上，所述导热回路内盛装有导热介质，在循环动力泵26的作用下，导热
介质进入浸锭箱16构成的吸热结构内，喷射成形过程中，锭坯5对移动轴8的下降浸入到浸
锭箱16内，锭坯5浸没在浸锭箱16内的导热介质内，导热介质与浸锭箱16之间通过热传递的
方式发生热量交换，导热介质的温度升高，锭坯5的温度下降，然后吸收锭坯5的热量的导热
介质从导热介质出口15流出，随后在循环动力泵26的作用下流入冷却装置24，冷却装置24
可选用冷却塔，经冷却装置24的冷却温度高的导热介质的温度下降并且流入到导热介质存
储容器25，当选用水作为导热介质时，导热介质存储容器25相应选用水箱即可，自此导热介
质在导热回路内完成一个循环，随着导热介质在导热回路内的持续循环流动，锭坯5的温度
得以快速冷却，从而得到性能优异的锭坯5。雾化室10内的另一部分热量经出气口9流出。
另，在热交换过程中，设置防尘机构起到不影响喷射成形的同时防止灰尘附着在
锭坯5的表面，随着移动轴8的下降，压缩弹簧13推动滑板12在盖板14的上表面向通孔的轴
心滑动，借以减小锭坯5的上端在水平方向的暴露面积，从而减小雾化室10内盖板14上部的
灰尘附着在锭坯5上的可能，尽可能地避免锭坯5夹杂杂质，保证形成锭坯5的各部分的性能
的均匀性，保证锭坯5的物理、化学性能的稳定性；
通过设置定位块11和定位块11锁紧装置，定位块11距离通孔的轴心可调节，并且
通过定位块11锁紧装置将所述定位块11锁紧在某一滑动位置上，使锭坯5的上端在水平方
向的暴露面积调整到合适大小，该面积的大小以不影响金属液柱2沉积到锭坯5的前提下尽
可能的小。
实施例二
如图5-6所示，相比实施例一，本实施例的不同之处在于吸热结构的结构不同，本
实施例的吸热结构如下：所述托盘6的底部气密地固定有内导热套27，形成所述内导热套27
的内壁与所述托盘6的底部围成内导热腔室，所述内导热套27外转动连接在外导热套28内，
所述外导热套28固定在固定套30上，所述内导热套27的侧壁上设有导热介质进口17和导热
介质出口15，所述外导热套28与所述导热介质进口17对应的位置设有第一环形槽281，所述
导热介质输送管路穿过所述外导热套28的侧壁与所述第一环形槽281连通以形成导热介质
流入通道，所述外导热套28与所述导热介质出口15对应的位置设有第二环形槽282，所述导
热介质输送管路穿过所述外导热套28的侧壁与所述第二环形槽282连通以形成导热介质流
出通道；所述固定套30内固定连接有固定轴32，所述固定轴32内转动连接有旋转轴7，所述
旋转轴7的上端与所述内导热套27固定连接；所述导热介质出口15连接有导热介质内管29，
所述导热介质内管29的另一端延伸到所述导热腔室的顶部并且靠近所述导热腔室的内壁。
所述导热腔室内还设置有若干隔板31，所述隔板31的上端固定在所述托盘6的底
部，所述隔板31上设有导流孔，所述隔板31两侧通过所述导流孔贯通。所述隔板31为若干同
心设置并且轴心与所述托盘6的中心重合的圆形隔板31、若干中心重合并且该中心与托盘6
的中心重合的矩形隔板31、若干从托盘6的中心向外呈放射延伸的隔板31或从所述托盘6的
中心向外呈渐开线延伸的隔板31中的一种。
在对托盘6底部吸热的吸热结构内设置隔板31，保证在托盘6的底部隔板31形成导
热介质流动的回路，导热介质在循环动力泵26的作用下从下向上流动，当流动到隔板31的
下端，在隔板31的作用下从导热腔室的中心向周边流动，并且随着导热介质的流动，其温度
逐渐升高，即在导热腔室的顶部越靠近导热腔室的壁的位置导热介质的温度越高，提高导
热介质与托盘6底部的吸热效率，通过提高托盘6底部的冷却速度来提高沉积在托盘6上部
的锭坯5的冷却速度，从而得到性能满足要求的锭坯5；设置导热介质内管29，导热介质内管
29的一端与导热介质出口15连通，导热介质内管29的另一端连通到导热腔室的顶部并且靠
近导热腔室的壁的位置，温度高的导热介质经导热介质内管29导出导热腔室，亦即导热介
质内管29将温度高的导热介质与温度低的导热介质区分开，避免温度高的导热介质导出时
加热到还没有完全与托盘6底部进行热交换的温度低的导热介质，利于提高该吸热结构的
热交换效率，提高了对托盘6底部的冷却速度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种
形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技
术方案，均落在本发明的保护范围之内。