CN106282594B - 磁控电弧扫描式冷床熔炼装置 - Google Patents

磁控电弧扫描式冷床熔炼装置 Download PDF

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    • C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C22B9/221—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by electromagnetic waves, e.g. by gas discharge lamps

Abstract

提供一种磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，具有圆形冷床，所述圆形冷床上方设有冷水电极且圆形冷床和冷水电极分别接电源的正极和负极，绕制有上线圈的上铁芯设于冷水电极的中心孔内且上线圈通电后上线圈和上铁芯形成上部电磁铁，所述上部电磁铁和下部电磁铁的极性相反，所述冷水电极下端面设有钨环且钨环与圆形冷床放电后产生的直流电弧在磁场作用下产生沿钨环与圆形冷床作圆周运动的扫描电弧，待熔炼金属由设于圆形冷床上端的加料口进入圆形冷床内熔融后金属液体流至设于圆形冷床中的出料结晶器排出。本发明结构简单，安装方便，造价成本大大低于目前的等离子冷床炉和电子束冷床炉的成本。

Description

磁控电弧扫描式冷床熔炼装置
技术领域
本发明属于冷床熔炼技术领域，具体涉及一种磁控电弧扫描式冷床熔炼装置。
背景技术
钛及其钛合金是具有独特性能的新型材料和重要的生物材料，其具有以往金属制品无可比拟的优点，因而在目前是最具有应用前景的新型结构金属材料，目前，冷床熔炼有电子束冷床熔炼和等离子束冷床熔炼两种，冷床熔炼对于金属冶炼有着重要的作用，是一种重要的金属提纯和废金属回收的装备，熔融金属液在流经冷床过程中，高密度的重金属夹杂颗粒下沉到冷床底部，而氮化物、氧化物、氢化物和低密度杂质高温挥发或熔化熔解，电子束冷床炉作为一种可以回收钛合金残料的熔炼装备在钛行业被广泛使用；而电子束冷床炉和等离子束冷床炉造价高，电子束需要额外的磁控装置来完成冷床扫描，等离子束需要额外的机械装置来扫描熔池，高昂的设备成本大大限制了钛合金等稀贵金属的回收，因此，有必要进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，通过钨环与圆形冷床放电后产生直流电弧后使直流电弧在极性相反的上部电磁铁和下部电磁铁之间形成的磁场作用下，产生沿钨环与圆形冷床作圆周运动的扫描电弧，从而将加入圆形冷床内的待熔炼金属熔融后流至出料结晶器排出，结构简单，安装方便，造价成本大大低于目前的等离子冷床炉和电子束冷床炉的成本。
本发明采用的技术方案：磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，具有圆形冷床，所述圆形冷床上方设有冷水电极且圆形冷床和冷水电极分别接电源的正极和负极，绕制有上线圈的上铁芯设于冷水电极的中心孔内且上线圈通电后上线圈和上铁芯形成上部电磁铁，绕制有下线圈的下铁芯设于圆形冷床的中心孔内且下线圈通电后下线圈和下铁芯形成下部电磁铁，所述上部电磁铁和下部电磁铁的极性相反，所述冷水电极下端面设有钨环且钨环与圆形冷床放电后产生的直流电弧在磁场作用下产生沿钨环与圆形冷床作圆周运动的扫描电弧，待熔炼金属由设于圆形冷床上端的加料口进入圆形冷床内熔融后金属液体流至设于圆形冷床中的出料结晶器排出。
其中，所述圆形冷床上制有中心孔且圆形冷床上端面绕中心孔制有U形槽床，所述U形槽床内设有挡板，所述圆形冷床上端边沿处设有进料口且进料口位于挡板一侧，所述U形槽床内设有出料结晶器且出料结晶器位于挡板另一侧，所述出料结晶器上端与U形槽床连通且出料结晶器下端穿过并伸出圆形冷床底面后置于其外部，待熔炼金属由进料口进入圆形冷床内熔融后金属液体从挡板一侧的U形槽床流至挡板另一侧的U形槽床后从出料结晶器排出。
进一步地，所述冷水电极下端面制有凹槽且钨环镶嵌至凹槽内。
进一步地，所述圆形冷床、出料结晶器和挡板为一体式结构。
进一步地，所述圆形冷床床壁内部和冷水电极环形壁内部均制有水道，所述圆形冷床上的水道位于U形槽床和圆形冷床底面之间，所述水道与外部的冷却水管连接。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本结构造价大大低于目前的等离子冷床炉和电子束冷床炉，可以极大的促进钛合金回收事业的拓展，为国家节约原料的同时为提高残料回收品质做出贡献；
2、U形槽床内设置的挡板将熔融后的金属液体在U形槽床内流动的起点和终点划分后，利于熔融后的金属液体由U形槽床的一端流至其另一端，在流动过程中便于高密度的重金属夹杂颗粒下沉到U形槽床的底部，而氮化物、氧化物、氢化物和低密度杂质易于挥发与熔化、熔解；
3、结构简单，易于使用和安装，本结构的电源和真空系统与现在被广泛使用的真空自耗炉相同，方便本结构的升级改造；
附图说明
图1为本发明爆炸结构示意图；
图2为本发明冷水电极结构示意图；
图3为本发明圆形冷床结构示意图；
图4为本发明冷水电极和圆形冷床接电源后的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-4描述本发明的一种实施例。
磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，具有圆形冷床5，所述圆形冷床5上方设有冷水电极1且圆形冷床5和冷水电极1分别接电源的正极和负极，绕制有上线圈3的上铁芯2设于冷水电极1的中心孔内且上线圈3通电后上线圈3和上铁芯2形成上部电磁铁，绕制有下线圈6的下铁芯7设于圆形冷床5的中心孔内且下线圈6通电后下线圈6和下铁芯7形成下部电磁铁，所述上部电磁铁和下部电磁铁的极性相反，所述冷水电极1下端面设有钨环4且钨环4与圆形冷床5放电后产生的直流电弧在磁场作用下产生沿钨环4与圆形冷床5作圆周运动的扫描电弧，待熔炼金属由设于圆形冷床5上端的加料口9进入圆形冷床5内熔融后金属液体流至设于圆形冷床5中的出料结晶器8排出；具体的，所述圆形冷床5上制有中心孔且圆形冷床5上端面绕中心孔制有U形槽床11，所述U形槽床11内设有挡板12，所述圆形冷床5上端边沿处设有进料口9且进料口9位于挡板12一侧，所述U形槽床11内设有出料结晶器8且出料结晶器8位于挡板12另一侧，所述出料结晶器8上端与U形槽床11连通且出料结晶器8下端穿过并伸出圆形冷床5底面后置于其外部，待熔炼金属由进料口9进入圆形冷床5内熔融后金属液体从挡板12一侧的U形槽床11流至挡板12另一侧的U形槽床11后从出料结晶器8排出；具体的，所述冷水电极1下端面制有凹槽10且钨环4镶嵌至凹槽10内；具体的，所述圆形冷床5、出料结晶器8和挡板12为一体式结构；具体的，所述圆形冷床5床壁内部和冷水电极1环形壁内部均制有水道13，所述圆形冷床5上的水道13位于U形槽床11和圆形冷床5底面之间，所述水道13与外部的冷却水管连接。本结构中的圆形冷床5为水冷紫铜，圆形冷床5接直流电源正极，冷水电极1接电源负极，冷水电极1下端的凹槽10内镶嵌有钨环4作为放电负极，,上铁芯2和上线圈3通直流电后组成上部电磁铁，下铁心7和下线圈6通直流电后组成下部电磁铁，上部电磁铁极性与下部电磁铁极性相反，若上部电磁铁的极性是上N下S，那么下部电磁铁的极性就是上S下N，即上部电磁铁的下端和下部电磁铁的上端相对且极性相同，由于磁极相反，在上部电磁铁和下部电磁铁的空间内会产生由中心向边缘辐射状的磁力线，即相斥的磁力线呈放射状分布，在这个磁场中，圆形冷床5和冷水电极1分别接通电源的正极和负极后瞬间电流方向垂直于磁场，冷水电极1下端凹槽10内的钨环4与圆形冷床5放电产生直流电弧，直流电弧在磁场作用下，产生洛伦兹力，洛伦兹力推动直流电弧沿钨环4与圆形冷床5的圆周运动，形成扫描电弧，扫描速度由电弧的电流强度和磁场强度决定，因此，电弧加热的部位则为环形，待熔炼金属从加料口9加入圆形冷床5内，熔融后的金属液体由挡板12一侧的U形槽床11流至挡板12另一侧的U形槽床11后从出料结晶器8出料，出料后金属的具体形式由出料结晶器的具体形状和下级功能而定；结构简单，易于使用和安装，电源和真空系统与现在被广泛使用的真空自耗炉相同，方便本装置升级改造，本装置的造价大大低于目前等离子冷床炉和电子束冷床炉，可以极大的促进钛合金回收事业的拓展，为国家节约原料的同时为提高残料回收品质做出贡献。
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 (5)

1.磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，具有圆形冷床(5)，其特征在于：所述圆形冷床(5)上方设有冷水电极(1)且圆形冷床(5)和冷水电极(1)分别接电源的正极和负极，绕制有上线圈(3)的上铁芯(2)设于冷水电极(1)的中心孔内且上线圈(3)通电后上线圈(3)和上铁芯(2)形成上部电磁铁，绕制有下线圈(6)的下铁芯(7)设于圆形冷床(5)的中心孔内且下线圈(6)通电后下线圈(6)和下铁芯(7)形成下部电磁铁，所述上部电磁铁和下部电磁铁的极性相反，所述冷水电极(1)下端面设有钨环(4)且钨环(4)与圆形冷床(5)放电后产生的直流电弧在磁场作用下产生沿钨环(4)与圆形冷床(5)作圆周运动的扫描电弧，待熔炼金属由设于圆形冷床(5)上端的加料口(9)进入圆形冷床(5)内熔融后金属液体流至设于圆形冷床(5)中的出料结晶器(8)排出。
2.根据权利要求1所述的磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，其特征在于：所述圆形冷床(5)上制有中心孔且圆形冷床(5)上端面绕中心孔制有U形槽床(11)，所述U形槽床(11)内设有挡板(12)，所述圆形冷床(5)上端边沿处设有进料口(9)且进料口(9)位于挡板(12)一侧，所述U形槽床(11)内设有出料结晶器(8)且出料结晶器(8)位于挡板(12)另一侧，所述出料结晶器(8)上端与U形槽床(11)连通且出料结晶器(8)下端穿过并伸出圆形冷床(5)底面后置于其外部，待熔炼金属由进料口(9)进入圆形冷床(5)内熔融后金属液体从挡板(12)一侧的U形槽床(11)流至挡板(12)另一侧的U形槽床(11)后从出料结晶器(8)排出。
3.根据权利要求1或2所述的磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，其特征在于：所述冷水电极(1)下端面制有凹槽(10)且钨环(4)镶嵌至凹槽(10)内。
4.根据权利要求3所述的磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，其特征在于：所述圆形冷床(5)、出料结晶器(8)和挡板(12)为一体式结构。
5.根据权利要求4所述的磁控电弧扫描式冷床熔炼装置，其特征在于：所述圆形冷床(5)床壁内部和冷水电极(1)环形壁内部均制有水道(13)，所述圆形冷床(5)上的水道(13)位于U形槽床(11)和圆形冷床(5)底面之间，所述水道(13)与外部的冷却水管连接。
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