CN101745625B

CN101745625B - 一种多功能真空熔炼炉

Info

Publication number: CN101745625B
Application number: CN200910250801A
Authority: CN
Inventors: 周志明; 詹捷; 唐丽文; 罗静; 曹敏敏; 雷彬彬
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: CN101745625A

Abstract

一种多功能真空熔炼炉，包括炉体座，在炉体座上设置有保护气体源、照明装置、真空系统、非自耗电弧熔炼与吸铸装置、电磁悬浮熔炼与感应加热熔炼装置；在炉体座中部位置设置熔炼室，在熔炼室上设置炉门；在熔炼室上面，可拆卸式连接密封装置；在熔炼室的熔炼腔内，设置可拆卸的感应线圈，锥形的感应线圈与超音频电源连接；在炉体座上活动设置可移动式真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置，所述真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置连接或安装在熔炼室内，分别构成真空电磁悬浮熔炼与悬淬系统和真空非自耗电弧熔炼系统。本发明的真空熔炼炉适用于易氧化的金属材料及合金的熔炼，也适用于高温合金的熔炼、真空感应加热熔炼以及真空电磁悬浮熔炼与悬淬等。

Description

一种多功能真空熔炼炉

技术领域

本发明属于真空熔炼领域，尤其是一种利用真空非自耗电弧熔炼与吸铸技术，真空感应加热熔炼技术，真空电磁悬浮熔炼与悬淬技术相结合的用于特殊冶金和材料制备的一种多功能真空熔炼炉。

背景技术

现有技术中，真空感应熔炼炉、真空非自耗电弧熔炼炉以及真空电磁悬浮熔炼炉往往是都是单独设计，每种熔炼炉都有自己独立的真空系统和熔炼室，也有的采用共用一套真空系统，通过两个真空阀门来控制两个不同的熔炼室，从而实现两种不同的熔炼方法。名称为“一种真空电弧熔炼吸铸设备”、专利号为ZL03214389.3的实用新型专利和名称为“一种真空电弧熔炼吸铸装置”、专利号为ZL03214387.7的实用新型专利，所公开的真空电弧熔炼吸铸设备中，都具有真空系统和熔炼室，采用真空电弧熔炼的方式熔化金属，在将熔化的金属液体流入铸模中冷却成型。现有技术中，没有通过一套真空系统和一个熔炼室内实现上述多种功能的熔炼方法，大大增加了设备的部件数量、增大了结构复杂程度，其真空系统至少都有两套，而且操作不方便，大大增加了熔炼室等真空熔炼炉的制造成本，同时增大了设备的故障率。

发明内容

本专利针对现有技术的真空感应熔炼炉、真空非自耗电弧熔炼炉以及真空电磁悬浮熔炼炉往往是都是单独设计，每种熔炼炉都有自己独立的真空系统和熔炼室，导致设备的部件数量多、结构复杂程度、增加其制造成本等不足，结合真空非自耗电弧熔炼，真空感应熔炼和真空电磁悬浮熔炼技术，目的是提供一种通过一套真空系统和一个熔炼室可以实现真空非自耗电弧熔炼与吸铸，真空感应加热熔炼和真空电磁悬浮熔炼与悬淬的一种多功能真空熔炼炉。

本发明的技术方案：一种多功能真空熔炼炉，包括炉体座，在炉体座上设置有保护气体源、照明装置、真空系统、非自耗电弧熔炼与吸铸装置、电磁悬浮熔炼与感应加热熔炼装置；其特征在于：在炉体座中部位置设置熔炼室，在熔炼室上设置炉门；

在熔炼室上面，可拆卸式连接密封装置，移动杆的一端穿过密封装置深入熔炼室的熔炼腔内与连接板连接，连接板与中空陶瓷支撑杆连接，中空陶瓷支撑杆的下端与软充气管道相配合连接；移动杆的另一端与移动杆调节装置连接，通过调节移动杆调节装置可以使移动杆上下移动与旋转；在熔炼室的熔炼腔内，设置可拆卸的感应线圈，锥形的感应线圈与超音频电源连接；

在炉体座上活动设置可移动式真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置，真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置包括密封件、波纹管、波纹管固定板、阴极弧枪、阴极弧枪支架、电弧电源接线板、循环冷却水管接口、搅拌电流调节装置、熔炼电流调节装置、控制面板、控制手柄、电弧熔炼电线、钨极固定装置、钨极、电弧电源、带动其移动的手动或电动升降装置，通过密封件连接或安装在熔炼室上；

根据需要，将密封装置、移动杆、感应线圈、中空陶瓷支撑杆、连接板连接或安装在熔炼室内，或将所述真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置连接或安装在熔炼室内，分别构成真空电磁悬浮熔炼与悬淬系统和真空非自耗电弧熔炼系统；真空电磁悬浮熔炼与悬淬系统，对设置在感应线圈内的金属样品，进行真空电磁悬浮熔炼；真空非自耗电弧熔炼系统，对设置在熔炼室内的坩埚内的金属样品，进行真空非自耗电弧熔炼。

进一步的特征在于：在熔炼室的下面连接熔炼吸铸装置，将所述真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置连接或安装在熔炼室内，对设置在熔炼吸铸装置内的水冷铜坩埚中的金属样品，进行真空非自耗电弧熔炼；待金属样品完全熔化后，熄弧，并打开真空吸铸用真空室，熔融的合金液在负压的作用下吸铸到铜模中，快速冷却凝固得到合金锭。

在感应线圈内设置陶瓷坩埚，对设置在陶瓷坩埚内的金属样品，进行真空感应加热熔炼。

在密封装置上设置观察窗法兰，观察窗法兰上设置两根支撑杆，红外测温仪通过调节与固定装置活动设置在支撑杆上，透过观察窗法兰中的石英观察窗测量熔炼室内样品的温度。

所述的空系统，包括高真空测量系统、低真空测量系统、高真空阀、分子泵抽气管道、低真空阀、抽气管道、分子泵、前级真空泵；分子泵抽气管道的一端连接分子泵，另一端连接熔炼室和/或熔炼吸铸装置，抽气管道的一端连接前级真空泵，另一端连接熔炼室和/或熔炼吸铸装置；高真空测量系统、低真空测量系统、高真空阀、低真空阀分别设置在分子泵抽气管道或抽气管道上。

所述的保护气体源包括氩气瓶组及其管道和氦气瓶组及其管道，氩气瓶组通过氩气减压阀和氩气控制装置与熔炼室连接，将氩气通入熔炼室内；氦气瓶组通过氦气减压阀和氦气控制装置与熔炼室连接，将氦气通入熔炼室内。

所述的所述的照明装置，设置在熔炼室内，通电后发光照亮熔炼室的熔炼腔。

在感应线圈下方设置铜板或铜模。

本发明的多功能真空熔炼炉，具有如下特点：

本发明多功能真空熔炼炉，通过结构设计与优化，实现了真空非自耗电弧熔炼，真空感应熔炼和真空电磁悬浮熔炼等三种熔炼技术相结合，通过一套真空系统和一个熔炼室可以实现以上三种熔炼方法，从而可以大大减少真空系统、熔炼室等部件，结构简单、操作方便，能降低真空熔炼炉的制造成本，降低设备的故障率。

附图说明

图1是本发明多功能真空熔炼炉的结构示意图；

图2是真空电磁悬浮熔炼与悬淬的结构示意图；

图3是真空感应加热熔炼结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3中，本发明的多功能真空熔炼炉，包括炉体座，在炉体座上设置有保护气体源、照明装置、真空系统、非自耗电弧熔炼与吸铸装置、电磁悬浮熔炼与感应加热熔炼装置等。设置在炉体座中部位置的熔炼室13具有较好的密封性能，其内是熔炼腔，在熔炼室13上设置炉门18，炉门18位于熔炼室13的正前方，打开后就能放取物品，采用石英玻璃制作的炉门18透明，可作为观察窗便于观察熔炼腔内的情况。所述的保护气体源包括氩气瓶组1及其管道和氦气瓶组2及其管道，氩气瓶组1通过氩气减压阀4和氩气控制装置10与熔炼室13连接，将氩气按需通入熔炼室13内；氦气瓶组2通过氦气减压阀5和氦气控制装置9与熔炼室13连接，将氦气按需通入熔炼室13内；在熔炼室13的上下侧面分别设置有下、上不锈钢环7、16，下不锈钢环7和上不锈钢环16通过焊接与熔炼室13连接；超音频电源3通过输出电线8和超音频电源输出端口14(水冷)和连接法兰15连接在熔炼室13上，并与熔炼室13内的感应线圈59连接，感应线圈59是锥形，通电后能够产生磁场力和悬浮力；在熔炼室13的下面连接一个熔炼吸铸装置6，熔炼吸铸装置6可参考中国专利ZL03214389.3和ZL03214387.7所公开的技术方案，做成可以分别吸铸和电磁搅拌的装置。所述的照明装置39，设置在熔炼室13内，通电后发光照亮熔炼室13的熔炼腔。放气装置11用于将熔炼室13熔炼腔的气体向外释放，真空压力表12用于显示熔炼腔的真空度。在熔炼室13上面，可拆卸式连接密封装置17以将熔炼室13的熔炼腔密封，密封装置17上装有可移动杆法兰19，移动杆20的一端穿过密封装置17(可通过密封装置17上的法兰19)深入熔炼室13的熔炼腔内，其另一端与移动杆调节装置21连接，通过调节移动杆调节装置21可以使移动杆20上下移动与旋转，调节移动杆20相对于熔炼腔的位置和高度。红外测温仪25通过支撑杆24和调节与固定装置26可以实现上下、前后、左右移动，并透过观察窗法兰22中的石英观察窗23测量样品的温度，并与电脑连接，输出数据。

本发明的真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置，活动设置在炉体座上，是可移动式，在手工或机械装置作用下左右和上下移动，其包括密封件27、波纹管28、波纹管固定板29、阴极弧枪30、阴极弧枪支架31、电弧电源接线板32、循环冷却水管接口33、搅拌电流调节装置34、熔炼电流调节装置35、控制面板36、控制手柄37、电弧熔炼电线38、钨极固定装置44、钨极45、电弧电源53、带动其移动的手动或电动升降系统等，通过密封件27连接在熔炼室13上；即，根据需要将密封装置17连同其上的可移动杆法兰19、移动杆20、移动杆调节装置21、红外测温仪25从熔炼室13上移开后，本发明的真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置通过密封装置27连接在熔炼室13上。密封件27与熔炼室13相配合密封连接，波纹管28具有一定的伸缩性能，固定在波纹管固定板29上，在波纹管固定板29上面设置连接在阴极弧枪支架31上的阴极弧枪30，从电弧电源53连接出来的电弧熔炼电线38通过电弧电源接线板32而连接，向阴极弧枪30、钨极45等供电以产生需要的电弧；钨极固定装置44和钨极45设置在密封件27下端，伸入熔炼室13的熔炼腔内。

本发明的真空系统，包括高真空测量系统40、低真空测量系统41、高真空阀42、复合真空计57、分子泵抽气管道43、低真空阀46、48和51、抽气管道47、分子泵50、前级真空泵52等构成的真空系统；分子泵抽气管道43两端分别连接熔炼室13(和/或熔炼吸铸装置6)、分子泵50，抽气管道47两端分别连接熔炼室13(和/或熔炼吸铸装置6)、前级真空泵52，高真空测量系统40、低真空测量系统41、高真空阀42、低真空阀46、48和51等分别设置在分子泵抽气管道43或抽气管道47上，测量并显示相关管道或空腔的真空度，供操作时参考。

在炉体座上，为了方便操作，设置有工作台49、设备门装置54、设备总电源55、设备控制系统及面板56等，构成设备的总体框架；在熔炼室13的熔炼腔内设置感应线圈59，感应线圈59是锥形，通电后能够产生磁场力和悬浮力；在移动杆20的下端通过横向的连接板62连接一根大致呈竖直布置的中空陶瓷支撑杆60，中空陶瓷支撑杆60的下端可以与软充气管道63连接，使外部的冷却气体(氩气、氦气或空气等)通过软充气管道63、中空陶瓷支撑杆60吹向设置在感应线圈59内悬浮的金属样品或陶瓷坩埚66内的金属样品，进行多种方式的冷却，铜板或铜模64设置在感应线圈59下方，金属样品能落在铜板或铜模64内冷却；在移动杆调节装置21、移动杆20作用下，中空陶瓷支撑杆60的上端可以深入感应线圈59内，将金属样品放置在感应线圈59内。移动杆20、支撑杆调节控制装置61、连接板62、软充气管道63、铜板或铜模64、陶瓷坩埚66等构成电磁悬浮熔炼与感应加热熔炼系统等。

本发明的真空系统，熔炼室13(如果感应线圈59与其他部件产生位置干涉，应移开或拆掉)，保护气体源，从熔炼室13上移开密封装置17连同其上的可移动杆法兰19、移动杆20、移动杆调节装置21、红外测温仪25等零部件，将真空非自耗电弧熔炼装置(27-33的零部件)连接或安装在熔炼室13上，构成真空非自耗电弧熔炼系统，能对设置在熔炼室13内的坩埚内的金属样品，或设置在熔炼吸铸装置6内的水冷铜坩埚内的金属样品，进行真空非自耗电弧熔炼，如实施例1所示。上述装置加上熔炼吸铸装置6，构成真空非自耗电弧熔炼与吸铸系统，如实施例2所示。

本发明的真空系统，熔炼室13，感应线圈59，将真空非自耗电弧熔炼装置(27-33的零部件)从熔炼室13上移开，将密封装置17连同其上的可移动杆法兰19、移动杆20、移动杆调节装置21、红外测温仪25、中空陶瓷支撑杆60、连接板62等零部件连接或安装在熔炼室13上，构成真空电磁悬浮熔炼与悬淬系统，能对设置在感应线圈59内的金属样品，或设置在感应线圈59内的陶瓷坩埚66内的金属样品，进行真空感应加热熔炼，如实施例3或4所示。

实施例1：真空非自耗电弧熔炼

采用如图1中27-33真空非自耗电弧熔炼装置，换下图1中17-26的装置，取铜块与铬块重量比为75∶25，总重量约为5g，放入真空非自耗电弧熔炼炉的熔炼吸铸装置6内的水冷铜坩埚中，关闭炉门18，关闭高真空阀41，打开照明装置，打开低真空阀46和51，启动前级真空泵52，通过管道47抽熔炼室真空，待真空至5-10Pa后，关闭低真空阀46，启动分子泵50，打开高真空阀42，熔炼室切换为管道43抽真空，待真空至1.0×10^-3Pa后关闭高真空阀42，关闭分子泵50，打开氩气减压阀4和氩气控制装置10，充入氩气至0.4MPa，接通电弧熔炼电源53，接通电源起弧，通过熔炼电流调节装置35调节输入电流至200A，再通过搅拌电流调节装置34调节搅拌电流到20A，待合金锭完全熔化后，熄弧。待分子泵转速为零后，关闭分子泵电源，关闭低真空阀51，关闭前级真空泵52。

实施例2：真空非自耗电弧熔炼与吸铸

与实施例1一样采用如图1中27-33真空非自耗电弧熔炼装置，取铜块与铁块重量比为70∶30，总重量约为4g，放入真空非自耗电弧熔炼炉熔炼吸铸装置6内的水冷铜坩埚中，关闭炉门18，关闭高真空阀41，打开低真空阀46、48和51，启动前级真空泵52，通过管道47抽熔炼室真空，待真空至5-10Pa后，关闭低真空阀46和48，启动分子泵50，打开高真空阀42，熔炼室切换为管道43抽真空，待真空至1.2×10^-3Pa后关闭高真空阀42，打开氩气减压阀4和氩气控制装置10，充入氩气至0.5MPa，关闭分子泵50，接通电弧熔炼电源53，接通电源起弧，通过熔炼电流调节装置35调节输入电流至200A，待合金锭完全熔化后，熄弧，并迅速打开真空吸铸用真空室，熔融的合金液在负压的作用下吸铸到铜模中，快速冷却凝固得到合金锭。待分子泵转速为零后，关闭分子泵电源，关闭低真空阀51，关闭前级真空泵52。

实施例3：真空电磁悬浮熔炼与悬淬

采用如图1中17-26的装置，换下图1中27-33真空非自耗电弧熔炼装置，采用附图2所示的装置。取钕铁硼合金块体重量约为1g，放入附图2所示的中空的陶瓷支撑杆60上，调节位置，使合金块体位于线圈中央，关闭炉门18，关闭高真空阀41，打开照明装置，打开低真空阀46和51，启动前级真空泵52，通过管道47抽熔炼室真空，待真空至5-10Pa后，关闭低真空阀46，启动分子泵50，打开高真空阀42，熔炼室切换为管道43抽真空，待真空至8.0×10^-4Pa后关闭高真空阀42，关闭分子泵50，打开氩气减压阀4和氩气控制装置10，充入氩气至0.4MPa，打开氦气减压阀5并调节到合适的压力，打开红外测温仪25，打开超音频电源3，通过不断调节熔炼电流使合金块体在感应线圈中悬浮起来，合金样品在悬浮过程中不断加热，通过红外测温仪输出的数据判断合金样品是否熔化，待合金样品完全熔化后，保持10-20秒后，打开氦气控制装置9，调节氦气流，氦气通过软充气管63和中空陶瓷支撑杆61对合金样品进行冷却，待合金样品完全凝固并降低到一定温度后，迅速断电，得到圆形或者椭圆形的合金样品。待分子泵转速为零后，关闭分子泵电源，关闭低真空阀51，关闭前级真空泵52。悬淬合金样品与电磁悬浮一样，待合金样品在感应线圈中悬浮并完全熔化后，通过调节移动杆调节装置21可以使移动杆20先向下移动，待支撑杆顶端移出感应线圈外一段距离时，通过旋转移动杆20使连接板62带动软充气管道63和中空陶瓷支撑杆61向里面移动，从而偏出感应线圈，然后迅速断电，熔融的合金样品在重力的作用下迅速下落到铜板或铜模64上快速凝固。待分子泵转速为零后，关闭分子泵电源，关闭低真空阀51，关闭前级真空泵52。

实施例4：真空感应加热熔炼

采用与实施例3一样如图1中17-26的装置，换下图1中27-33真空非自耗电弧熔炼装置，所不同的是采用如附图3所示的在感应线圈中装一个陶瓷坩埚66。取铜块与银块重量比为90∶10，总重量约为4g，放入陶瓷坩埚66中，抽真空、充气等和实施例3一样，接通超音频电源，调节电流，合金样品在感应线圈中逐渐熔化，通过红外测温仪观察合金的温度，待合金完全熔化后，迅速断电，合金在熔炼室中随坩埚逐渐冷却。

Claims

1.一种多功能真空熔炼炉，包括炉体座，在炉体座上设置有保护气体源、照明装置、真空系统、非自耗电弧熔炼与吸铸装置、电磁悬浮熔炼与感应加热熔炼装置；其特征在于：在炉体座中部位置设置熔炼室(13)，在熔炼室(13)上设置炉门(18)；

在熔炼室(13)上面，可拆卸式连接密封装置(17)，移动杆(20)的一端穿过密封装置(17)深入熔炼室(13)的熔炼腔内与连接板(62)连接，连接板(62)与中空陶瓷支撑杆(60)连接，中空陶瓷支撑杆(60)的下端与软充气管道(63)相配合连接；移动杆(20)的另一端与移动杆调节装置(21)连接，通过调节移动杆调节装置(21)使移动杆(20)上下移动与旋转；在熔炼室(13)的熔炼腔内，设置可拆卸的感应线圈(59)，锥形的感应线圈(59)与超音频电源(3)连接；所述的密封装置(17)、移动杆(20)、感应线圈(59)、中空陶瓷支撑杆(60)、连接板(62)与熔炼室(13)一起，构成真空电磁悬浮熔炼与悬淬系统，对设置在感应线圈(59)内的金属样品，进行真空电磁悬浮熔炼；

在炉体座上活动设置可移动式真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置，真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置包括密封件(27)、波纹管(28)、波纹管固定板(29)、阴极弧枪(30)、阴极弧枪支架(31)、电弧电源接线板(32)、循环冷却水管接口(33)、搅拌电流调节装置(34)、熔炼电流调节装置(35)、控制面板(36)、控制手柄(37)、电弧熔炼电线(38)、钨极固定装置(44)、钨极(45)、电弧电源(53)、带动其移动的手动或电动升降装置，通过密封件(27)连接在熔炼室(13)上；

所述真空非自耗电弧熔炼与吸铸装置与熔炼室(13)一起，构成真空非自耗电弧熔炼系统，对设置在熔炼室(13)内的坩埚内的金属样品，进行真空非自耗电弧熔炼。