CN100354589C - 真空熔炼炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空熔炼炉，其包括熔炼室、坩埚、模腔、中真空计、低真空计、高真空阀、前级真空泵、低真空阀、保护气体源和加热电源，该真空熔炼炉还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口与高真空阀连接，该低真空计和低真空阀分别与该牵引分子泵的排气口连接。且在牵引分子泵轴承与抽气通道之间加设挡尘器、分压强监控仪和活性吸气材料辅助蒸发源。本发明的真空熔炼炉特别适用于易氧化的金属材料及合金的熔炼，尤其适用于钕铁硼永磁合金的熔炼。本发明的真空熔炼炉结构简单、可减少抽气时间和节省抽气能耗，提高生产效率，并提高熔炼产品的质量。

Description

真空熔炼炉
【技术领域】
本发明涉及一种特殊冶金与材料制备，尤其涉及一种真空熔炼炉。
【背景技术】
传统真空熔炼炉由熔炼室、坩埚、模腔、中真空计、低真空计、高真空阀、罗茨泵、油扩散泵、前级真空泵、低真空阀、保护气体源、加热电源等组成，其中罗茨泵和油扩散泵为主抽气泵。此类型的真空熔炼炉存在结构复杂、抽气效率低和能耗高的缺点。
【发明内容】
为了克服现有的真空熔炼炉存在结构复杂、抽气效率低和能耗高的缺点，本发明提供一种结构简单、减少抽气时间和节省抽气能耗的真空熔炼炉。
为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种真空熔炼炉，其包括熔炼室、坩埚、模腔、中真空计、低真空计、高真空阀、前级真空泵、低真空阀、保护气体源和加热电源，其特征在于：该真空熔炼炉还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口与高真空阀连接，该低真空计和低真空阀分别与该牵引分子泵的排气口连接。
该真空熔炼炉还包括活性材料辅助蒸发源，其位于该熔炼室内，其用于捕集熔炼过程中放出的杂质气体。
该真空熔炼炉还包括分压强监控仪，其与该熔炼室连接，其对杂质气体进行监控，并根据监控结果，控制该活性吸气材料辅助蒸发源的蒸发量，以及时捕集杂质气体。
该真空熔炼炉还包括与真空兼容的除尘器，其位于该熔炼室与高真空阀和低真空阀之间。
该真空熔炼炉还包括与真空兼容的挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。
本发明的有益效果是，本发明的真空熔炼炉由于采用牵引分子泵取代罗茨泵和油扩散泵作为主抽气泵，因此简化了真空熔炼炉的结构，抽气时间减少了50％，生产效率提高了25％，抽气总能耗降低了70％。
本发明的真空熔炼炉由于设有活性吸气材料(例如：Ti、Al、Mg、Zn等)辅助蒸发源，因此在熔炼过程中，辅助蒸发源间断、或连续蒸发，及时捕集熔炼过程中放出的杂质气体，从而大幅度减少了熔炼材料的氧化和蒸发损耗，显著提高了熔炼产品的质量。
本发明的真空熔炼炉由于设有分压强监控仪，以实时、动态监控熔炼过程中杂质气体的含量，因此能智能控制辅助蒸发源的最佳蒸发量。
本发明的真空熔炼炉由于在熔炼室与高真空阀和低真空阀之间加设除尘器，因此延长了真空泵的清洗周期，提高了生产效率。
本发明的真空熔炼炉由于在牵引分子泵轴承与抽气体通道之间设有挡尘装置，因此可堵截粉尘向轴承侧扩散，从而大幅度提高了牵引分子泵轴承寿命。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例真空熔炼炉的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明第一实施例的真空熔炼炉由熔炼室1、坩埚2、辅助蒸发源3、中真空计4、低真空计5和6、高真空阀7、牵引分子泵8、前级真空泵9和10、低真空阀11和12、保护气体源13、加热电源14、分压强监控仪15和模腔16组成。
坩埚2、辅助蒸发源3和模腔16位于熔炼室1内，中真空计4、低真空计5、高真空阀7、低真空阀12、保护气体源13、加热电源14和分压强监控仪15分别与熔炼室1连接，低真空阀12还与前级真空泵10连接，牵引分子泵8的进气口与高真空阀7连接，低真空计6和低真空阀11分别与牵引分子泵8的排气口连接，前级真空泵9与低真空阀11连接。
本发明的真空熔炼炉采用高抽速牵引分子泵(例如中国专利ZL92101300.0和ZL87101116.6所述的牵引分子泵，以及由此发展起来的其它牵引分子泵，简称牵引分子泵)取代传统真空熔炼炉的罗茨泵+油扩散泵，因此其能大幅度简化熔炼炉的结构，减少抽气时间，节省抽气能耗。
中国专利ZL92101300.0所述的牵引分子泵，其由动轮、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一个由一条沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有动密封，动密封与抽气槽内侧之间，以及抽气槽壁与泵壳，或者静轮之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口，该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。
中国专利ZL87101116.6所述的牵引分子泵，其由动轮、动密封、转轴、静叶轮、泵壳、进气口和排气口等组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上，该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级双拖动面的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，并在该圆盘外侧设动密封；b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一个具有二个拖动面的抽气槽，动轮、静叶轮、转轴、泵壳之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮和转轴之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。
本实施例采用牵引分子泵8取代传统真空熔炼炉的罗茨泵和油扩散泵，其熔炼过程简述如下：
a.将熔炼材料放入坩埚2，关闭熔炼炉炉门；
b.关闭高真空阀7，打开低真空阀11，启动前级真空泵9和牵引分子泵8，让牵引分子泵8处于待命状态；
c.开启低真空阀12和前级真空泵10；
d.熔炼室1压强降至牵引分子泵8的最高工作压强以下(通常为100-300Pa)时，关闭低真空阀12和前级真空泵10，打开高真空阀7，熔炼室1切换成牵引分子泵8抽气。切换牵引分子泵8时，熔炼室1的最佳压强为100-200Pa；
e.当熔炼室1的压强达到预熔要求(通常为1-10Pa)时，用加热电源14对熔炼材料进行预熔，并用中真空计4对熔炼室1的真空度进行监控。当真空度低于预熔要求时，暂停预熔，待真空度回升后，再继续预熔。由于牵引分子泵8的抽气流量大，故预熔过程通常可一次完成，不需要分段加热；
f.预熔结束后，熔炼室1继续由牵引分子泵8抽气；
g.熔炼室1达到熔炼压强(通常为1-2Pa)时，关闭高真空阀7，停止牵引分子泵8和前级真空泵9，熔炼室1注入保护气体(通常为104Pa高纯氩气)，用加热电源14按传统工艺进行熔炼；
h.熔炼过程中，用分压强监控仪15对有害气体进行实时监控，并根据监控结果，智能控制辅助蒸发源3的蒸发量，及时吸收有害气体。
本发明第二实施例的真空熔炼炉与第一实施例的类似，其与第一实施例的差别在于熔炼室1与高真空阀7和低真空阀12之间加设除尘器，除尘器可采用与真空兼容的任何类型的除尘器，例如静电除尘器、磁力除尘装置等。本实施例适用于粉尘较多的熔炼场合，以延长前级真空泵9和10的清洗周期，提高生产效率。
本发明第三实施例的真空熔炼炉与第一实施例类似，其与第一实施例的差别在于牵引分子泵8的轴承与被抽气体通道之间设有迷宫结构的挡尘器，并在轴承侧导入一定量的气流流经迷宫结构，形成与粉尘扩散方向相反的逆向气流，从而堵截粉尘向轴承侧扩散，该气流最终由前级真空泵抽走。逆向气流的流量应尽量大一些，以牵引分子泵的排气口压强不超过许可值为极限。
本发明的真空熔炼炉特别适用于易氧化的金属材料及合金的熔炼，尤其适用于钕铁硼永磁合金的熔炼。
本发明的真空熔炼炉的分压强监控仪15和辅助蒸发源3还可以用于其它真空熔炼炉。
本发明的真空熔炼炉的基本抽气结构还可以用于真空烧结炉和真空热处理炉。

Claims (10)

1.一种真空熔炼炉，其包括熔炼室、坩埚、模腔、中真空计、低真空计、高真空阀、前级真空泵、低真空阀、保护气体源和加热电源，其特征在于：该真空熔炼炉还包括牵引分子泵，该牵引分子泵的进气口与高真空阀连接，该低真空计和低真空阀分别与该牵引分子泵的排气口连接。
2.根据权利要求1所述的真空熔炼炉，其特征在于：该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴和泵壳组成，动轮上至少有一个由一条沿圆周方向的抽气槽构成的抽气单元，抽气槽中有多个动密封，动密封与抽气槽内侧之间，以及抽气槽壁与泵壳，或者静轮之间留有工作间隙，动密封的两侧分别设有进气口和排气口，相邻动密封之间设有动密封排气口，该抽气槽中有两个以上的拖动面，抽气槽的截面可以是矩形，该抽气槽的开口可以在圆周的侧面上，或者在横截面上。
3.根据权利要求1所述的真空熔炼炉，其特征在于：该牵引分子泵由动轮、动密封、转轴、静叶轮、泵壳、进气口和排气口等组成，动轮固定在转轴上，静叶轮和动密封固定在泵壳上，该动轮、静叶轮构成的叶轮组合中至少有一级双拖动面的基本抽气单元，该基本抽气单元包括：a.两只平圆盘构成的动轮，两圆盘中至少有一只盘在靠近转轴处设有气孔，并在该圆盘外侧设动密封；b.静叶轮由若干条螺旋状叶片及固定装置组成，静叶轮安装在二动轮中间，静叶轮上二相邻叶片与二侧的动轮之间的空间构成一个具有二个拖动面的抽气槽，动轮、静叶轮、转轴、泵壳之间在径向与轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道；c.动密封安装在设有气孔的动轮的外侧，动密封与动轮和转轴之间在径向和轴向留有工作间隙，径向间隙兼作气体通道。
4.根据权利要求1或2或3所述的真空熔炼炉，其特征在于该真空熔炼炉还包括辅助蒸发源，其位于该熔炼室内，其用于捕集熔炼过程中放出的杂质气体。
5.根据权利要求4所述的真空熔炼炉，其特征在于该真空熔炼炉还包括分压强监控仪，其与该熔炼室连接，其对杂质气体进行监控，并根据监控结果，控制该辅助蒸发源的蒸发量，以及时捕集杂质气体。
6.根据权利要求1或2或3所述的真空熔炼炉，其特征在于该真空熔炼炉还包括与真空兼容的除尘器，其位于该熔炼室与高真空阀和低真空阀之间。
7.根据权利要求1或2或3所述的真空熔炼炉，其特征在于该真空熔炼炉还包括挡尘器，其位于该牵引分子泵的轴承与被抽气体通道之间。
8.根据权利要求7所述的真空熔炼炉，其特征在于该挡尘器呈迷宫结构。
9.根据权利要求8所述的真空熔炼炉，其特征在于该真空熔炼炉还在该挡尘器靠轴承侧导入与粉尘扩散方向相反的逆向气流。
10.根据权利要求1或2或3所述的真空熔炼炉，其特征在于启用该牵引分子泵时，熔炼室的压强为100-300Pa。
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