CN109813106B - 一种制备高活性材料的多功能熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备高活性材料(钛铝铜及其合金)的多功能熔炼炉，具有电磁悬浮、电磁搅拌、电磁分离及连续凝固技术为一体的特点。该多功能熔炼炉包括炉体、冷却系统、真空氩气系统、感应电源和控制柜。真空室的内腔设置有水冷铜坩埚，伸缩管的顶部连通有密封舱，密封舱顶部的两侧均通过支杆连接有凝固拉杆，实现连续凝固。冷却系统的冷却管分别与真空氩气系统、感应电源和炉体相连接，感应电源的输出端分别与感应线圈和电磁线圈电连接。一组感应线圈起到加热和悬浮熔体的作用，另一组电磁线圈起到搅拌、净化熔体和分离杂质的作用。本设备具有纯净化、均匀化和连续化制备高活性铜铝钛及其合金的特点，适合用于科研和工业化生产。

Description

一种制备高活性材料的多功能熔炼炉

技术领域

本发明涉及熔炼技术领域，具体为一种制备高活性材料的多功能熔炼炉。

背景技术

电磁悬浮熔炼技术作为一种先进的电磁冶金制备技术，在高真空条件下避免了悬浮目标熔化后形成的熔滴与坩埚的接触，可减少高温下由坩埚带入的杂质，对活泼金属钛及其合金、超纯金属的制备有重要意义。

铜铝钛及其合金性能质活泼，易与各类坩埚及空气反应，采用真空悬浮熔炼技术使被熔材料呈悬浮或准悬浮状态，使活泼金属不与坩埚及气体反应，可制备夹杂较少的高纯度金属。熔炼过程如果施加电磁搅拌技术，可使合金的成分及组织均匀，有利于提高合金的综合性能。在较大电磁搅拌力作用下，也可以实现杂质的分离。目前普遍采用的电磁悬浮技术均没有施加电磁搅拌线圈，无法实现这一功能。同时，纯净化、均匀化制备的熔体需要连续化作业，为此本发明设计了凝固拉杆及密封舱，保证熔体不发生氧化和吸气的条件下能连续凝固，并具有定向凝固功能，保证了精炼后的熔体能连续制备，为工业化生产创造了条件。

哈尔滨工业大学傅恒志院士等自主研发设计的电磁冷坩埚定向凝固技术很好地解决了传统定向凝固技术中存在的问题。该技术是在水冷铜坩埚感应熔炼的基础上将连续熔铸与定向凝固工艺结合起来，这样既保留了冷坩埚感应熔炼技术的高熔点、高效率、无污染的特点，同时也兼具了定向凝固技术的组织和性能可控的优势。然而该技术的问题是没有施加电磁搅拌线圈，无法实现成分和组织的均匀，也不能实现连续凝固。

为此，本发明提出了一种汇集电磁悬浮、电磁搅拌、电磁分离及连续凝固技术为一体的新型熔炼炉，具有较高创新性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能实现制备高活性材料的多功能熔炼炉，解决了以上背景技术中提到的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：包括炉体、冷却系统、真空氩气系统、感应电源和控制柜，所述炉体包括真空室和内层腔体，真空室的内腔设置的水冷铜坩埚，水冷铜坩埚的外侧环绕的感应线圈具有电磁悬浮和加热功能，所述内层腔体内壁顶部的两侧均固定连接有绕线杆，所述绕线杆的外侧缠绕的电磁线圈具有电磁搅拌及分离功能，所述内层腔体内壁底部的中部固定连接有通管，所述通管的顶部连通有伸缩管，所述伸缩管的顶部连通有密封舱，所述密封舱顶部的两侧均通过支杆连接的凝固拉杆具有连续定向凝固的功能，所述密封舱内壁底部进口处连接有十字架，且十字架的顶部固定连接有小管，所述小管的顶部贯穿设置有限位杆，所述限位杆的顶部与真空室的底部固定连接，所述冷却系统的冷却管分别与真空氩气系统、感应电源和炉体相连接，且炉体内的通管与冷却管相连通，所述真空氩气系统的抽气管与炉体的真空室相连通，所述感应电源的输出端分别与感应线圈和电磁线圈连接，控制柜的输出端与感应电源的输入端电连接。

优选的，所述密封舱与内部通水冷却的凝固拉杆活动连接，共同组成一个密封体，对高活性材料凝固时具有防止吸气、氧化的作用。

优选的，所述感应线圈和电磁搅拌线圈频率相差80倍、磁场方向相同，但是互不干扰。

优选的，所述冷却系统为水冷式冷却设备。

优选的，所述伸缩管为耐热橡胶管，且伸缩管包括粗管和细管，且粗管和细管呈等间隔交错分布。

工作原理：使用时，熔炼的材料在水冷铜坩埚内进行悬浮熔炼、净化及加热，同时可以进行电磁搅拌细化晶粒及杂质分离，凝固时停止熔炼，仍然进行电磁搅拌以继续均匀成分及组织。启动凝固拉杆并内部通水冷却，在密封舱内按一定速度缓缓下降拉杆，达到普通凝固或者定向凝固的作用。完全冷却后得到一根棒坯。

(三)有益效果

本发明提供了一种制备高活性材料的多功能熔炼炉。具备以下有益效果：

1、该制备高活性材料的多功能熔炼炉，通过电磁线圈和感应线圈的配合使用，使得感应线圈产生的悬浮力让熔炼材料在进行悬浮熔炼和净化时，电磁线圈通过感应线圈能够让熔炼的金属进行电磁搅拌、电磁分离。

2、该制备高活性材料的多功能熔炼炉，通过凝固拉杆的使用，使得铸坯能够连续普通凝固或定向凝固。

3、该制备高活性材料的多功能熔炼炉，通过小管和限位杆的配合使用，使得限位杆在小管内进行活动时，密封舱在活动时能够更加稳定。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为本发明绕线杆的示意图；

图4为本发明伸缩管的示意图；

其中，1炉体、101真空室、102内层腔体、103水冷铜坩埚、104感应线圈、105绕线杆、106电磁线圈、107通管、108伸缩管、109密封舱、110凝固拉杆、111小管、112限位杆、113磁盘、114磁环、2冷却系统、3真空氩气系统、4感应电源、5控制柜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本发明实施例提供一种制备高活性材料的多功能熔炼炉，包括炉体(1)、冷却系统(2)、真空氩气系统(3)、感应电源(4)和控制柜(5)，可以安装在一条线上或分开安装。炉体(1)包括真空室(101)和内层腔体(102)，真空室(101)的内腔设置的水冷铜坩埚(103)，水冷铜坩埚(103)的外侧环绕的感应线圈(104)具有电磁悬浮和加热功能，内层腔体(102)内壁顶部的两侧均固定连接有绕线杆(105)，绕线杆(105)的外侧缠绕的电磁线圈(106)具有电磁搅拌及分离功能，内层腔体(102)内壁底部的中部固定连接有通管(107)，通管(107)的顶部连通有伸缩管(108)，伸缩管(108)的顶部连通有密封舱(109)，密封舱(109)顶部的两侧均通过支杆连接的凝固拉杆(110)具有连续凝固的功能，密封舱(109)内壁底部进口处连接有十字架，且十字架的顶部固定连接有小管(111)，小管(111)的顶部贯穿设置有限位杆(112)，限位杆(112)的顶部与真空室(101)的底部固定连接起到固定作用。冷却系统(2)的冷却管分别与真空氩气系统(3)、感应电源(4)和炉体(1)相连接，冷却水全部外接在外部的冷却塔，通过水泵打入冷却系统(2)，且炉体(1)内的通管(107)与冷却管相连通。真空氩气系统(3)的抽气管与炉体(1)的真空室(101)相连通，具有防止氧化的作用。感应电源(4)的输出端分别与感应线圈(104)和电磁线圈(106)连接，控制柜(5)的输出端与感应电源(4)的输入端电连接，本设备具有纯净化、均匀化和连续化制备高活性铜铝钛及其合金的特点，适合用于科研和工业化生产。

使用时，熔炼的高活性材料如钛及其合金在水冷铜坩埚103内通过104线圈进行悬浮熔炼、净化及加热，同时能在105线圈内进行电磁搅拌细化晶粒及杂质分离。凝固时停止熔炼，仍然能实现电磁搅拌以继续均匀成分及组织。通过30分钟可以实现熔炼、净化、搅拌及分离功能，然后启动110凝固拉杆并内部通水冷却，在109密封舱内按一定速度缓缓下降拉杆，达到定向凝固的作用。其它部件同时工作，完全冷却后得到一根棒坯。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种制备高活性材料的多功能熔炼炉，包括炉体(1)、冷却系统(2)、真空氩气系统(3)、感应电源(4)和控制柜(5)，其特征在于：所述炉体(1)包括真空室(101)和内层腔体(102)，所述真空室(101)的内腔设置的水冷铜坩埚(103)，所述水冷铜坩埚(103)的外侧环绕的感应线圈(104)具有电磁悬浮和加热功能，所述内层腔体(102)内壁顶部的两侧均固定连接有绕线杆(105)，所述绕线杆(105)的外侧缠绕的电磁线圈(106)具有电磁搅拌及分离功能，所述内层腔体(102)内壁底部的中部固定连接有通管(107)，所述通管(107)的顶部连通有伸缩管(108)，所述伸缩管(108)的顶部连通有密封舱(109)，所述密封舱(109)顶部的两侧均通过支杆连接有凝固拉杆(110)，所述密封舱(109)内壁底部进口处连接有十字架，且十字架的顶部固定连接有小管(111)，所述小管(111)的顶部贯穿设置有限位杆(112)，所述限位杆(112)的顶部与真空室(101)的底部固定连接，所述冷却系统(2)的冷却管分别与真空氩气系统(3)、感应电源(4)和炉体(1)相连接，且炉体(1)内的通管(107)与冷却管相连通，所述真空氩气系统(3)的抽气管与炉体(1)的真空室(101)相连通，所述感应电源(4)的输出端分别与感应线圈(104)和电磁线圈(106)连接，所述控制柜(5)的输出端与感应电源(4)的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的制备高活性材料的多功能熔炼炉，其特征在于：所述密封舱(109)与内部通水冷却的凝固拉杆(110)活动连接，共同组成一个密封体，对高活性材料凝固时具有防止吸气、氧化的作用。

3.根据权利要求1所述的制备高活性材料的多功能熔炼炉，其特征在于：所述感应线圈(104)和电磁搅拌线圈(106)频率相差80倍、磁场方向相同，但是互不干扰。

4.根据权利要求1所述的制备高活性材料的多功能熔炼炉，其特征在于：所述伸缩管(108)为耐热橡胶管，且伸缩管(108)包括粗管和细管，且粗管和细管呈等间隔交错分布。