CN103498055A - 真空等离子热床熔炼工艺 - Google Patents

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Abstract

提供一种真空等离子热床熔炼工艺，在与被加热物料为同一材质且置于真空炉内的热床上用高温等离子枪吹出弧形槽形成熔炼高温核心区，物料通过送料器连续进入熔炼高温核心区内用高温等离子枪直接加热，熔化后的金属液从熔炼高温核心区侧边的缺口连续流入结晶器内。本发明可保证物料始终置于高温等离子枪火焰产生的熔炼高温核心区内，提高了工作效率，降低能耗，节约成本。

Description

真空等离子热床熔炼工艺
技术领域
本发明属等离子熔炼技术领域，具体涉及一种真空等离子热床熔炼工艺。
背景技术
传统等离子熔炼有两种方式：一是等离子热坩埚熔炼和冷床熔炼，这两种方法都是通过金属液将等离子熔炼核心区的热量传导至整个坩埚或者冷床，坩埚和冷床所装物料体积远远大于等离子熔炼核心区体积，物料通过热传导被整体加热。等离子核心熔炼高温区由于仅仅位于等离子枪的喷嘴附近，大量的热量通过熔炼高温核心区金属液传递到四周，金属液导热由于物料本身温度梯度小，热传导大大低于熔炼高温核心区内等离子枪的火焰温度与冷物料的传导速度，从而造成熔炼高温核心区温度过高，而物料整体加热缓慢的现象，当加热物料为块状或者粒状时，适用于此种方式；二是等离子重熔，物料一般为棒状，棒状物料作为等离子的一个电极，等离子能量完全集中于棒状物料的一端，金属被迅速融化，金属液在重力作用下落入下方的坩埚或者结晶器内，棒状物料完全置于等离子熔炼高温核心区内，热效率高，但是采用此种方式时，需要对物料做先期处理，而先期处理的代价往往很大。上述两种熔炼方式的缺陷，限制了等离子熔炼的快速发展，因此有必要进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种真空等离子热床熔炼工艺，在热床上用高温等离子枪吹出弧形槽形成熔炼高温核心区，物料通过送料器连续进入熔炼高温核心区内用高温等离子枪直接加热，熔化后的金属液从熔炼高温核心区侧边的缺口连续流入结晶器内，保证物料始终置于高温等离子枪火焰产生的熔炼高温核心区内，提高了工作效率，降低能耗，节约成本。
本发明采用的技术方案：真空等离子热床熔炼工艺，在与被加热物料为同一材质且置于真空炉内的热床上用高温等离子枪吹出弧形槽形成熔炼高温核心区，物料通过送料器连续进入熔炼高温核心区内用高温等离子枪直接加热，熔化后的金属液从熔炼高温核心区侧边的缺口连续流入结晶器内。
其中，所述熔炼高温核心区侧边的缺口置于高温等离子枪的火焰高温核心区内。
进一步地，所述缺口外侧设有金属液限流器，所述金属流限流器与热床侧面固定连接，金属流限流器顶部制有V型槽，所述V型槽最大开口处宽度大于缺口的宽度。
进一步地，所述热床置于耐高温隔热衬底内。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本发明针对块状和粒状等散装物料，例如，海绵钛、海绵锆，包括各种金属粉，功效极高；
2、高效利用等离子熔炼高温核心区的高温来快速熔化物料；
3、热床由被加热物料的锻件或者板材加工而成，杜绝外来材料污染；
4、相对冷床，由于没有水冷铜带走大量热量，热床熔炼大大提高了能量使用效率，由于在熔炼高温核心区的金属过热大大高于冷床的整体金属过热，熔炼高温且除杂效果好；
5、金属液限流器具有一定的去除高密度夹杂的能效。
附图说明
图1为本发明结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1描述本发明的一种实施例。
真空等离子热床熔炼工艺，在与被加热物料为同一材质且置于真空炉内的热床3上用高温等离子枪1吹出弧形槽形成熔炼高温核心区4，物料通过送料器7连续进入熔炼高温核心区4内用高温等离子枪1直接加热，熔化后的金属液从熔炼高温核心区4侧边的缺口8连续流入结晶器6内，同时，需保证熔炼高温核心区4侧边的缺口8置于高温等离子枪1的火焰高温核心区内。在缺口8外侧设有金属液限流器5，金属流限流器5与热床3侧面固定连接，金属流限流器5顶部制有V型槽9，V型槽9最大开口处宽度大于缺口8的宽度，并将热床3置于耐高温隔热衬底2内。
工作原理：整个装置至于真空和保护气氛下，物料通过送料器7直接投入热床3上的等离子熔炼高温核心区4的弧形槽内，物料直接接触上万度的高温等离子枪1喷出的火焰，物料迅速被融化后通过缺口8和金属液限流器5上的V型槽9流入结晶器6内。
从所周知，等离子枪具有加热集中的特性以及核心区温度较高的特点。等离子枪从喷嘴喷出的火焰形成的温度场呈钟型分布，一般等离子枪喷嘴距离物料高度为40mm到100mm，喷嘴正下方温度可以达到上万度，但是温度从喷嘴正下方中心向外缘递减非常迅速，物料在水平距离喷嘴正下方中心大约50mm的方位所能获得的热量大大低于中心温度，等离子熔炼高温核心区4的范围较小。等离子热床3，这个概念是相对于等离子冷床，等离子冷床使用水冷铜在熔融金属液外部强行冷却了一个保护冷壳。而等离子热床3不用强行冷却，直接使用熔炼物料的锻件或者板材在其上加工了一个弧形槽，槽的大小根据等离子枪的特性决定；在熔炼时整个热床3处于高温固体形态，热床的温度来源于熔炼高温核心区4的热辐射，而热辐射产生的热量可以通过新加入冷物料来降低，从而保证整个热床3呈现为固态。另外，金属在固相和液相变化时所要吸收的潜热是非常巨大的，即使热床3达到了相变点温度，可以通过加大冷物料投入或者降低功率来降温，由于需要的热量巨大，可以为操作者留出充足的操作时间，另外，直接测量热床的温度成本也比较低。等离子热床3的供金属液流出的缺口8必须在等离子熔炼高温核心区4的覆盖范围内，如果不在高温区内，金属液会迅速凝固从而导致后续的金属液无法流出。由于等离子高温气流有不确定性，所以缺口8在熔炼高温核心区4的位置并不确定，为了使金属液全部流入结晶器6，加入一个金属液限流器5，金属液限流器5实际就是一个开V型槽9的水冷铜冷却装置，金属液会在V型槽9的两边形成固态，金属液从V型槽9中间留到下一级设备中。由于部分金属液会在金属液限流器5附近凝结，使得该装置具有一定的类似冷床去除高密度夹杂的能力。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.真空等离子热床熔炼工艺，其特征在于：在与被加热物料为同一材质且置于真空炉内的热床（3）上用高温等离子枪（1）吹出弧形槽形成熔炼高温核心区（4），物料通过送料器（7）连续进入熔炼高温核心区（4）内用高温等离子枪（1）直接加热，熔化后的金属液从熔炼高温核心区（4）侧边的缺口（8）连续流入结晶器（6）内。
2.根据权利要求1所述的真空等离子热床熔炼工艺，其特征在于：所述熔炼高温核心区（4）侧边的缺口（8）置于高温等离子枪（1）的火焰高温核心区内。
3.根据权利要求1所述的真空等离子热床熔炼工艺，其特征在于：所述缺口（8）外侧设有金属液限流器（5），所述金属流限流器（5）与热床（3）侧面固定连接，金属流限流器（5）顶部制有V型槽（9），所述V型槽（9）最大开口处宽度大于缺口（8）的宽度。
4.根据权利要求1、2或3所述的真空等离子热床熔炼工艺，其特征在于：所述热床（3）置于耐高温隔热衬底（2）内。
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