CN105063377B - 一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，属于冶炼设备技术领域。本发明所提供的重力夹紧导电装置包括汽缸组件，电极杆组件，钢球组件和密封组件。本发明重力夹紧导电装置专门用于凝壳炉夹锭及熔炼导电，由于电极杆中拉杆是和设备主体中的伺服电机固定的，而电极杆阻焊通过密封和绝缘装置与拉杆连接在一起，并且电极杆阻焊可以通过自身重量和气动装置实现小范围内上下移动从而达到夹锭后靠自重夹紧，气动系统充气时夹锭松开；通电时通过电极杆阻焊将电流传输到钛锭上，从而实现熔炼过程。本发明的重力夹紧导电装置的机构紧凑，易于操作，调节精度和效率高，安全可靠。

Description

一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置

技术领域

本发明涉及一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，属于冶炼设备技术领域。

背景技术

钛及其合金具有比重轻、比强度高、耐腐蚀性好等显著特点，近些年来被广泛应用于航天航空、化工、造船、民用等各个领域。钛及其合金化学性质很活泼，在高温熔融状态下易氧化和受接触污染，因此在制作复杂的钛机械零件和薄壁零件时往往采用真空自耗电极凝壳炉设备铸造。真空自耗电极凝壳炉是获得钛及其合金铸件的专用设备。为保证其工作时低电压、大电流，不断开发新型导电夹锭装置(电极杆)。当前电极杆导电时均为铜棒导电，气动夹紧，这种结构导电不均匀，容易产生偏弧，当断气的时候钛锭容易产生脱落，造成熔炼安全隐患。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于凝壳炉重力夹紧导电装置，具有导电均匀，自重自动夹紧功能，结构紧凑，操作方便效率高、精度高。具体采用的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置。该重力夹紧导电装置包括汽缸组件，电极杆组件，钢球组件和密封组件。其中，电极杆组件包括底座1，铜法兰9，楔套10，内管11，中管12和外管13，方头14。内管11，中管12和外管13的两端分别连接底座1和方头14，楔套10套在外管13外侧并与铜法兰9连接，铜法兰9套在外管13与底座1连接的一端，从而使电极管组件连接形成一个可以沿内管11轴向移动的三层套管两层腔体的组合体，中管12上设有通道连通两层腔体，方头14上设有两个通孔分别与两层腔体连通，一个通孔为冷却水的进口，一个为出口，以实现熔炼过程中冷却水的循环。铜球组件包括球体3，球架4，球套5，第一绝缘套6，第一绝缘垫2，第二绝缘垫7和垫8。其中，球架4上设有圆球形通孔，球体3设于球架4的圆球形通孔内，球体3可以在圆球形通孔中向球架内壁和外壁方向移动。球套5位于底座1与铜法兰9形成的凹槽中并套在球架4外壁上。同时，球套5在靠近球体3一端的内壁上设有向内收敛的斜面，并且球套5可以与电极杆组件一起与球架4和球体3发生沿内管11轴向的相对运动，通过球体3与斜面的摩擦和脱离实现对熔炼原料的夹紧与松开。

优选地，球体3的直径大于球架4圆球形通孔在球架4内壁和外壁上圆孔的直径，用于防止球体3脱离球架4。在夹紧时，球体3与球套5内收的斜面借助摩擦力固定。当处于气动松开状态时，球架4与球套5发生相对运动，球架4沿内管13的轴向向外运动，球架4外壁与球套5之间的空隙加大而松开。

优选地，所述楔套10套在外管13上通过螺栓与铜法兰9连接，铜法兰9通过螺栓与底座1连接，楔套10和铜法兰9的设置可有效增大导电面积。在铜法兰9内壁与底座1连接处设有凹槽，在凹槽内设有球套5，球套5与凹槽之间通过第一绝缘套6，第一绝缘垫2，第二绝缘垫7和垫8进行绝缘并固定。

优选地，所述方头14设有用于通电的铜排插孔，便于电力的输入。

优选地，所述气缸组件包括拉杆28，汽缸上盖25，汽缸下盖36，缸筒21，活塞22，绝缘支撑套15，第一压盖18，第二压盖19，第三压盖26，第四压盖40，绝缘压环20，压环34，绝缘板37和安装板39。其中，拉杆28一端穿过内管13通过螺纹与球架4连接，另一端通过螺纹以伺服电机相连。第三压盖26，汽缸上盖25，缸筒21，压环34，绝缘压垫35，汽缸下盖36，绝缘板37和安装板39依次沿拉杆28的轴向套在拉杆28的伺服电机端至方头14之间，汽缸上盖25通过第一螺栓23和螺帽24与缸筒21连接固定，压环34，绝缘压垫35，汽缸下盖36，绝缘板37，安装板39通过第三螺栓33连接，第三压盖26通过第二螺栓30固定于汽缸上盖25上，第四压盖40位于拉杆28与汽缸下盖36之间，绝缘压环20，第一压盖18和第二压盖19位于拉杆28与安装板39内壁形成的空腔内，绝缘支撑套15位于方头14内壁与拉杆28形成的空腔内；活塞22位于缸筒21内并固定在拉杆28上。

进一步，所述密封组件包括第一密封环16，第一O型密封圈17，第二O型密封圈27，第二密封环29，密封垫31，第三密封环41，第三O型密封圈42，第四O型密封圈43和第五O型密封圈44。其中，第一密封环16位于绝缘支撑套15与拉杆28之间，第二O型密封圈27和第二密封环29位于第三压盖26与汽缸上盖25之间，密封垫31位于缸筒21与气缸上盖25和气缸下盖36之间，第三密封环41和第三O型密封圈42位于第四压盖40与气缸下盖36之间，第四O型密封圈43和第五O型密封圈44位于方头14与绝缘支撑套15之间。

优选地，所述球体3和球套5材质为45号钢。

本发明获得的有益效果如下：

(1)本发明设计导电部分采用双层水冷，三层厚壁管导电，通过尾部铜法兰及楔套增加导电面积，最后传导到钛锭，起弧熔炼。

(2)本发明通过电极杆阻焊自身重量，挤压钢球，使钢球全部滚动到锥形孔内，达到夹紧目的，通过汽缸充气上提电极杆阻焊，使钢球可以退出锥形孔，达到松开目的。

附图说明

图1为本发明的一种重力导电夹紧装置的立体结构示意图。

图2为图1头部位置的立体结构示意图。

图3为图1尾部位置的立体结构示意图。

图4为本发明重力导电夹紧装置的剖视图。

图5为本发明重力导电夹紧装置气动松开时电极杆尾部钢球位置示意图。

图6为本发明重力导电夹紧装置气动松开时电极杆上部汽缸活塞位置示意图。

图7为本发明重力导电夹紧装置重力夹紧时电极杆上部汽缸活塞位置示意图。

图8为本发明重力导电夹紧装置重力夹紧时电极杆尾部钢球位置示意图。

图中：1，底座；2，第一绝缘垫；3，球体；4，球架；5，球套；6，第一绝缘套；7，第二绝缘垫；8，垫；9，铜法兰；10，楔套；11，外管；12，中管；13，内管；14，方头；15，绝缘支撑管；16，第一密封环；17，第一O型密封圈；18，第一压盖；19，第二压盖；20，绝缘压环；21，缸筒；22，活塞；23，第一螺栓；24，螺帽；25，汽缸上盖；26，第三压盖；27，第二O型密封圈；28，拉杆；29，第二密封环；30，第二螺栓；31，密封垫；32，第一气缸密封圈；33，第三螺栓；34，压环；35，绝缘压垫；36，汽缸下盖；37，绝缘板；38，第二气缸密封圈；39，安装板；40，第四压盖；41，第三密封环；42，第三O型密封圈；43，第四O型密封圈；44，第五O型密封圈。

具体实施方式

在本发明以下的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明以下的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明以下的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图对本发明所提供的重力夹紧装置做进一步详细说明。

图1为本发明一个优选方案的重力夹紧导电装置的立体结构示意图，图2为图1头部位置的立体结构示意图，图3为图1尾部位置的立体结构示意图。从图1中可知，该重力夹紧导电装置整体呈圆柱状，在圆柱的一端设有较大的头部，另一端设有较小的尾部。由图2可知，较大的头部位置中心由若干圆盘通过螺栓连接，紧接着连接有方形结构，方形结构表面上设有多个孔洞。由图3可知，较小的尾部主要有一个较大的法兰盘和一个圆环形结构套装在圆柱体的一端。法兰盘中间位置设有管状结构，管状结构的侧壁上设有圆形通孔，通孔中设有球体。

图4为本发明重力导电夹紧装置的剖视图。从图4中可知，圆柱体中心处为一根从较大头部传出的拉杆28，拉杆28的另一端通过内螺纹与球架4连接。球架4一端设有外螺纹，通过与拉杆28的内螺纹连接，另一端为直径更大的空心圆柱结构，在圆柱的侧面设有若干圆球形通孔，在圆球形通孔中设有球体3。球体3的直径大于圆球形通孔在球架4侧面上圆孔的直径，这样球体3可以在球架4中活动，但是不会脱离球体4。

整个重力导电夹紧装置的圆柱部分为三层套管，分别为内管13，中管12和外管11。三层管均是一端与方头14连接，另一端与底座1连接。其中，内管13的一端通过螺纹与方头14的环形凸起内壁旋紧并焊接固定，另一端与底座1突起的内壁螺纹旋紧并焊接。中管12的一端与方头14环形凸起的内壁上的螺纹旋紧并焊接，另一端与底座环形凸起的外壁上的螺纹旋紧并焊接固定。外管11的一端与方头14的环形凸起外壁螺纹旋紧并焊接固定，另一端内壁与底座1的外壁螺纹旋紧并焊接固定，外壁固定有楔套10和铜法兰9。这样就形成了外管13，中管12和内管11的三层套管结构，同时，在中管12的内外壁两侧形成了两个空腔结构。中管12在底座1一端设有通道连通路两个空腔结构。在方头14的设有两个通道分别与这两个空腔结构连通(见图6)，一个通孔作为冷却水进口，一个做冷却水出口，以便于冷却水的循环，熔炼时给装置冷却降温。底座1与铜法兰9的中心内壁连接处设有一个凹槽，该凹槽的位置正好位于球体3右侧(图4)，凹槽中设有球套5。球套5通过第一绝缘垫2、第一绝缘套6、第二绝缘垫7以及垫8与底座1和铜法兰9绝缘隔离。方头14，内管13，中管12，外管11，底座1和凹槽中的部件可以相对于球架4沿着内管13的轴向运动。同时，在球套5靠近球体3一端的内壁上设有向内壁收敛的斜面，以便于在移动过程中增加摩擦力。其中，球体3和球套5的材质优选45号钢。

方头14外部整体为长方体结构，内部设有圆柱形大孔径孔洞，拉杆28穿过该空洞。在方头14内壁的一端设有环形凸起，环形凸起的内外壁均设有螺纹与中管12和外管11连接，另一端设有直径大于大孔径孔洞的环槽，环槽内设有绝缘支撑套15，绝缘支撑套15与方头14之间还设有第一密封环16和第一O型密封圈进行密封。

与方头14连接的头部位置部件为一系列环形部件。具体是，安装板39，绝缘板37，汽缸下盖36，绝缘压垫35，压环34，缸筒21和气缸上盖25与第三压盖26。其中，压环34，绝缘压垫35，汽缸下盖36，绝缘板37，安装板39通过第三螺栓33连接，汽缸上盖25通过第一螺栓23和螺帽24与缸筒21连接固定。在缸筒2的内部设有活塞22，活塞22固定在拉杆28上。气缸内还设有第一汽缸密封圈32和第二汽缸密封圈38，对汽缸进行密封处理。安装板39的内壁直径大于拉杆28的直径，因此形成了一个环形空间，在此空间内安装有第一压盖18和第二压盖19。此外，第四压盖40位于拉杆28与汽缸下盖36之间，绝缘压环20。

此外，在气缸等需要密封的部件周围设置了若干O型和密封垫进行密封处理，以防止气体的泄漏，在需要防止漏断的部件周围设置了绝缘垫，绝缘板等进行绝缘处理。

图5为本发明重力导电夹紧装置气动松开时电极杆尾部钢球位置示意图。图6为本发明重力导电夹紧装置气动松开时电极杆上部汽缸活塞位置示意图。图7为本发明重力导电夹紧装置重力夹紧时电极杆上部汽缸活塞位置示意图。图8为本发明重力导电夹紧装置重力夹紧时电极杆尾部钢球位置示意图。从图5-图8可以看出，本装置的工作过程如下：

在利用球架4的空心圆柱体部分夹住熔炼原料后需要夹紧熔炼原料，如钛锭，电极杆尾部钢球处于图5所示的位置，电极杆组件借助重力与球体3所在的球架4发生向下的运动。在运动过程中球体3与球套5之间的空隙因斜面的设置而越来越小，直至完全夹紧(图8)，在夹紧状态时，球体3位于球架4外壁的部分与球套5的斜面夹紧，位于球架4内壁的部分与钛锭的颈部夹紧，球体3中间钢球架4的支撑，从而牢牢夹住钛锭。

当需要松开熔炼原料时(由图6位置运动至图7位置)，气体从汽缸上盖25的进气口进入，作用在活塞22上，由于活塞22固定在拉杆28上，而拉杆28是固定在设备架子上不动的，由于反作用，致使整个电极杆外壳随着汽缸上盖25向上运动，向上运动的同时，球体3划出斜面，完成松开动作。同样，相反的过程可以有助于加紧过程的进行。

在熔炼过程中，外部电力通过方头14上的铜排插孔将输送给外管13，中管12和内管11，电流在流经三层管的尾部会经过铜法兰9和楔套10，由于二者面积相对于三层管的横截面总和大幅增加，从而起到增大导电面积的作用，使导电更加稳定。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，包括汽缸组件，电极杆组件，钢球组件和密封组件，其中，电极杆组件包括底座(1)，铜法兰(9)，楔套(10)，内管(11)，中管(12)和外管(13)，方头(14)；内管(11)，中管(12)和外管(13)的两端分别连接底座(1)和方头(14)，楔套(10)套在外管(13)外侧并与铜法兰(9)连接，铜法兰(9)套在外管(13)与底座(1)连接的一端，从而使电极管组件连接形成一个可以沿内管(11)轴向移动的三层套管两层腔体的组合体，中管(12)上设有通道连通两层腔体，方头(14)上设有两个通孔分别与两层腔体连通；铜球组件包括球体(3)，球架(4)，球套(5)，第一绝缘套(6)，第一绝缘垫(2)，第二绝缘垫(7)和垫(8)；球架(4)上设有圆球形通孔，球体(3)设于球架(4)的圆球形通孔内，球套(5)位于底座(1)与铜法兰(9)形成的凹槽中并套在球架(4)外壁上，同时，球套(5)在靠近球体(3)一端的内壁上设有向内收敛的斜面，并且球套(5)可以与电极杆组件一起与球架(4)和球体(3)发生沿内管(11)轴向的相对运动，通过球体(3)与斜面的接触摩擦和脱离实现对熔炼原料的夹紧与松开。

2.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，球体(3)的直径大于球架(4)圆球形通孔在球架(4)内壁和外壁上圆孔的直径，用于防止球体(3)脱离球架(4)。

3.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，所述楔套(10)套在外管(13)上通过螺栓与铜法兰(9)连接，铜法兰(9)通过螺栓与底座(1)连接，在铜法兰(9)内壁与底座(1)连接处设有凹槽，在凹槽内设有球套(5)，球套(5)与凹槽之间通过第一绝缘套(6)，第一绝缘垫(2)，第二绝缘垫(7)和垫(8)进行绝缘并固定。

4.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，所述方头(14)设有用于通电的铜排插孔。

5.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，所述气缸组件包括拉杆(28)，汽缸上盖(25)，汽缸下盖(36)，缸筒(21)，活塞(22)，绝缘支撑套(15)，第一压盖(18)，第二压盖(19)，第三压盖(26)，第四压盖(40)，绝缘压环(20)，压环(34)，绝缘板(37)和安装板(39)；其中，拉杆(28)一端穿过内管(13)通过螺纹与球架(4)连接，另一端通过螺纹与伺服电机或固定架固定，第三压盖(26)，汽缸上盖(25)，缸筒(21)，压环(34)，绝缘压垫(35)，汽缸下盖(36)，绝缘板(37)和安装板(39)依次沿拉杆(28)的轴向套在拉杆(28)的伺服电机端至方头(14)之间，汽缸上盖(25)通过第一螺栓(23)和螺帽(24)与缸筒(21)连接固定，压环(34)，绝缘压垫(35)，汽缸下盖(36)，绝缘板(37)，安装板(39)通过第三螺栓(33)连接，第三压盖(26)通过第二螺栓(30)固定于汽缸上盖(25)上，第四压盖(40)位于拉杆(28)与汽缸下盖(36)之间，绝缘压环(20)，第一压盖(18)和第二压盖(19)位于拉杆(28)与安装板(39)内壁形成的空腔内，绝缘支撑套(15)位于方头(14)内壁与拉杆(28)形成的空腔内；活塞(22)位于缸筒(21)内并固定在拉杆(28)上。

6.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，所述密封组件包括第一密封环(16)，第一O型密封圈(17)，第二O型密封圈(27)，第二密封环(29)，密封垫(31)，第三密封环(41)，第三O型密封圈(42)，第四O型密封圈(43)和第五O型密封圈(44)；其中，第一密封环(16)位于绝缘支撑套(15)与拉杆(28)之间，第二O型密封圈(27)和第二密封环(29)位于第三压盖(26)与汽缸上盖(25)之间，密封垫(31)位于缸筒(21)与气缸上盖(25)和气缸下盖(36)之间，第三密封环(41)和第三O型密封圈(42)位于第四压盖(40)与气缸下盖(36)之间，第四O型密封圈(43)和第五O型密封圈(44)位于方头(14)与绝缘支撑套(15)之间。

7.权利要求1所述一种用于凝壳炉的重力夹紧导电装置，其特征在于，所述球体(3)和球套(5)材质为45号钢。