CN111676380B - 钛和钛合金短流程制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于钛合金制备装置领域，公开一种钛及钛合金短流程制备装置，包括送料机构、熔炼室、结晶机构、辊轮输送机构、切断机构、自动翻转器、自动推送机构以及水平运输轨道。熔炼室内有水冷铜炉床，加热熔炼原料形成金属液体并溢出到结晶机构，在水冷铜结晶器的圆筒腔体内进行管材或者棒材的成型；结晶机构还包括可移除地安装到水冷铜结晶器内的水冷旋转铜杆以及导引杆，辊轮输送机构拉出导引杆或者成型的管材或/棒材，下拉的管材或/棒材达到设定长度后，切成设定值长度后经由自动推送机构推出至水平运输轨道上进行输出。本发明通过原料连续化设计、缩短制备工艺流程，实现海绵钛到棒材或管材的不同规格的快速成型，制备工艺连续化。

Description

钛和钛合金短流程制备装置

本申请是2018年5月31日提交的申请号为2018105504385、专利名称为钛及钛合金短流程制备装置与方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及金属材料制备及加工领域，具体涉及一种钛及钛合金短流程制备装置。

背景技术

钛及钛合金因具有低密度、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、生物兼容等优异性能，在航空、航天、舰船等领域得到大量的应用，然而钛的高成本限制了钛及钛合金的应用范围，尤其在民用领域。目前工业钛合金中除了原材料的成本居高不下，钛及钛合金的真空熔炼及其加工占据总成本的60％也影响了钛合金的使用范围。为了降低钛合金成本，钛及钛合金相关研究人员从海绵钛的低成本制造技术、低成本钛合金研究等方面已开展了许多的研究工作。目前降低钛合金成本的途径有：通过改进原材料(海绵钛)的制备方式来降低原材料成本、采用廉价合金化元素、简化钛合金加工工艺、优化钛制品加工技术等各种方法。

工业制备中熔炼钛及钛合金的各种手段分为真空自耗电弧炉熔炼、电子束冷床炉熔炼、等离子束冷床炉熔炼等方式。现在这些技术都已相当成熟，但是他们仍存在相应的缺点，例如无法消除高、低密度夹杂物，熔炼适用范围窄，原料形式单一，后续加工工艺复杂，无法连续制备等。以真空自耗电弧炉熔炼为例，其需要将海绵钛与中间合金压制成电极棒后，将电极棒焊接起来后安装于设备上作为电极，通过电极与铜坩埚中熔池表面放电形成电弧，使电极熔化进入熔池，熔池中的钛液在铜坩埚中冷却凝固，直到电极全部熔化后形成钛锭。此熔炼过程原料需增加工艺流程处理，且制备连续性受到电极棒长度和铜坩埚体积的影响。

在连续制备工艺研究方面，日本住友金属工业公司钛专家使用钛切屑或钛切屑与合金元素(铝、铝-钒合金)在试验装置中实现了钛及钛合金的连续铸造，此试验装置使用真空充氩感应连续熔炼炉来熔炼钛合金得到铸造棒材，但没有实现海绵钛到棒材的快速成型；国内也有许多科研机构及单位对真空充氩感应连续熔炼棒材进行了相关的研究工作。西北有色院的杨英丽等提出了钛及钛合金棒线材短流程制备新技术得方案设想，但并没有开展相关实质性工作。以上提出的方法及设想仅局限于实现钛及钛合金棒线材的短流程制造，均为涉及钛及钛合金管材的短流程制造研究。

关于短流程的制备工艺和设备，现有技术的中国专利201510398496.7提出一种钛及钛合金制备的连铸技术和设备，在氩气保护或惰性气体气氛下，采用等离子枪作为热源，通过结晶器、等离子枪和下拉机构来实现钛及钛合金圆形、扁形铸锭的连续铸造，降低钛合金加工成本约15％以上。制备的钛及钛合金成分均匀、无偏析、无冶金质量问题。但从制备工艺和设备来看，其提出了短流程制备钛合金的设想，但在连续进料控制、结晶成型关键工艺上还尚不成熟，通过其原料输送机构难以实现真正连续制备的环境需要，并且倒梯形的结晶器不能实现制备不同的管材和棒材的需求。

另外，目前工业制备用于制备棒材的棒坯简明工艺流程为：海绵钛→制备电极→二次或三次真空熔炼→铸锭扒皮、切冒口→成品铸锭→加热→开坯锻造→加热→中间坯料锻造/挤压→棒材坯。制备用于制备管材的管坯简明工艺流程为：海绵钛→制备电极→二次或三次真空熔炼→铸锭扒皮、切冒口→成品铸锭→加热→开坯锻造→机械加工→斜轧穿孔/挤压→管材坯。以上工艺中棒材坯及管材坯前的工艺流程复杂繁琐，增加最后成品的成本。

而熔炼钛及钛合金的各种手段分为真空自耗电弧炉熔炼、电子束冷床炉熔炼、等离子束冷床炉熔炼等方式。现在这些技术都已相当成熟，但是他们仍存在相应的缺点，例如无法消除高、低密度夹杂物，熔炼适用范围窄，原料形式单一，后续加工工艺复杂，无法连续制备等。以真空自耗电弧炉熔炼为例，其需要将海绵钛与中间合金压制成电极棒后，将电极棒焊接起来后安装于设备上作为电极，通过电极与铜坩埚中熔池表面放电形成电弧，使电极熔化进入熔池，熔池中的钛液在铜坩埚中冷却凝固，直到电极全部熔化后形成钛锭。此熔炼过程原料需增加工艺流程处理，且制备连续性受到电极棒长度和铜坩埚体积的影响。制得的钛锭需要经过进一步的开坯锻造、机加工制得相应的棒材坯和管材坯，最后经过再进一步的加工才能制得棒材及管材。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛及钛合金短流程制备装置，通过原料连续化设计、缩短制备工艺流程，实现海绵钛到棒材或管材的不同规格的快速成型，制备工艺连续化。

为达成上述目的，本发明提出的一种钛及钛合金短流程制备装置，包括送料机构、熔炼室、结晶机构、辊轮输送机构、切断机构、自动翻转器、自动推送机构以及水平运输轨道，其中：

所述送料机构，用于将原料输送至熔炼室内；

所述熔炼室内支撑有水冷铜炉床，接收输送的原料并堆积，所述水冷铜炉床的上方设置有等离子枪，用于对原料进行加热熔炼形成金属液体；所述水冷铜炉床的其中一侧边缘还设置有供金属液体溢出的导流口；

所述结晶机构设置位于所述导流口的下方，结晶机构具有圆筒状水冷铜结晶器，所述金属液体通过导流口溢出至水冷铜结晶器的圆筒腔体内进行管材或者棒材的成型；所述结晶机构还包括可移除地安装到水冷铜结晶器内的水冷旋转铜杆以及导引杆，水冷旋转铜杆位于上方，导引杆位于下方；结晶机构的上方还设置一第二电机，用于驱动所述水冷旋转铜杆旋转；

辊轮输送机构设置在结晶机构下方并具有多对辊轮，多对辊轮通过第三电机驱动以经由辊轮拉出导引杆或者成型的管材或/棒材，下拉的管材或/棒材达到设定长度后，经由切断机构切成设定值长度；

定长的管材或者棒材落入到自动翻转器翻转后，经由自动推送机构将其推出至水平运输轨道上进行输出。

优选地，所述熔炼室内、围绕水冷铜炉床的外围还设置有环状感应搅拌线圈，被设置成接收中频电源驱动工作用于搅拌金属液体。

优选地，所述水冷铜炉床的上方设置的等离子枪包括第一等离子枪和第二等离子枪，其中所述第一等离子枪用于对堆积的原料进行熔炼形成金属液体，金属液体流满水冷铜炉床形成凝壳后，启动第二等离子枪进行进一步熔炼。

优选地，所述第一等离子枪和第二等离子枪的功率在50-150kw，且第二等离子枪的功率大于等于第一等离子枪的功率。

优选地，所述水冷铜炉床的下方还设置有第一超声振动器，用于均匀金属液体中的金属成分。

优选地，所述导流口被设置成为一上开口大、下开口小、底部圆弧状的梯状槽体。

优选地，所述圆筒状水冷铜结晶器的顶部设置有围绕水冷铜结晶器的第二环状感应加热线圈，用于感应加热以防止金属液体冷却凝固而堵塞。

优选地，所述圆筒状水冷铜结晶器的底部设置有第三超声波振动器，以优化管材凝固质量。

优选地，所述送料机构为连续送料机构，包括上料仓、下料仓、第一真空插板阀、第二真空插板阀、螺旋输送杆、第一电机以及送料管道，其中第一真空插板阀设置在上料仓的入口，上料仓与下料仓之间经由第二真空插板阀连接，下料仓的出料口连通所述送料管道，所述螺旋输送杆设置在送料管道内并由所述第一电机驱动旋转实现连续旋转送料；送料管道的出口延伸进入到所述熔炼室内，将原料连续输送至熔炼室内的水冷铜炉床上。

优选地，所述送料管道与下料仓之间还设置有第二超声振动器，位于下料仓的出口位置，用于通过振动以阻止出口堵塞

结合以上本发明的实施例，与现有技术相比，本发明的制备装置的显著优点在于：

1、本发明采用连续化加料、成品连续成型下拉、切断、输送的设计，其中连续化加料采用两级真空环境控制以及加料的自动化处理，并优化进料的速度控制和防止堵塞控制，真正实现了制备工艺流程的连续化，达到海绵钛或海绵钛与中间合金作为原料，到不同规格棒材或管材的连续不间断一次成型；

2、本发明采用优化的水冷床熔炼系统，通过振动机构以及环绕感应搅拌线圈的引入，综合改善等离子枪的融化效果，改善传统的熔炼液流的热度、流动性以及金属成分的均匀度，提高管材的成型质量；

3、在结晶过程中，采用新的结晶器设计，辅助以上部的感应线圈热稳定系统以及下部的防堵塞系统，保证工作后管材或者棒材的成型，提高质量；同时结合上部可移除的水冷旋转铜杆和下部的导引杆，实现管材与棒材的不同需求的制备，例如在制备管材时，将水冷旋转铜杆放进去在结晶过程中保持旋转即可，而在制备棒材时，移除水冷旋转铜杆即可，实现了棒材和管材两者制备制造功能的一体化，不需要更换整个制备装置和重新上一条制备线，成本低，切换方便，制备效率得到提升；

同时，当需要制备不同管径或者厚度的管材时，只需要更换不同直径的水冷旋转铜杆即可，进一步提高制备的效率。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的钛及钛合金短流程制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

根据本发明的公开，提出一种钛及钛合金短流程制备装置，通过连续送料机构、水冷床熔炼、结晶器、成品连续成型下拉、切断、输送的一体化设计，实现海绵钛或海绵钛与中间合金到不同规格棒材或管材的连续不间断一次成型。

结合图1所示，钛及钛合金短流程制备装置包括送料机构1、熔炼室2、结晶机构3、辊轮输送机构4、切断机构5、自动翻转器23以及自动推送机构24。

结合图1所示，送料机构1为连续送料机构，包括上料仓8、下料仓9以及真空插板阀10，上料仓8和下料仓9之间通过真空插板阀10隔离。

真空插板阀10包括第一真空插板阀10-1和第二真空插板阀10-2。第一真空插板阀10-1设置在上料仓8的入口，上料仓8与下料仓9之间经由第二真空插板阀10-2连接。

在加料时，原料(海绵钛或者海绵钛与中间合金混合物)加入到上料仓8中，第一和第二真空插板阀10-1和10-2关闭，然后通过真空泵进行抽真空，抽真空数值达到设定值后打开第二真空插板阀10-2，真空数值范围≤5Pa，原料进入下料仓9中，关闭第二真空插板阀10-2；打开第一真空插板阀10-1，再次将原料加入上料仓8中，关闭第一真空插板阀10-1抽真空。

优选的例子中，连续加料机构的下料仓9比上料仓8的容积大，例如大了30％的容积量，待下料仓9内的原料消耗剩体积20％时再从上料仓8继续加入原料，实现原料加入的连续化。

如图1，送料机构1还包括螺旋输送杆14-1、第一电机14-2以及送料管道14-3，下料仓9的出料口连通送料管道14-3，螺旋输送杆14-1设置在送料管道内并由第一电机14-2驱动旋转实现连续旋转送料，传送速度可通过控制第一电机的转速进行调节。送料管道14-3的出口延伸进入到熔炼室2内，将原料连续输送至熔炼室内的水冷铜炉床上。优选地，送料管道14-3的出口相对于送料管道14-3的水平主体部分具有朝向下方弯曲的角度，以利于原料向熔炼室内的输送落下。

结合图1所示，送料管道14-3与下料仓9之间还设置有超声振动器15，位于下料仓的出口位置，用于通过振动以阻止出口堵塞。

熔炼室2内支撑有水冷铜炉床11，位于送料管道14-3的出口下方，接收输送的原料，原料在水冷铜炉床11上堆积。

水冷铜炉床11的上方设置有等离子枪12，用于对原料进行加热熔炼形成金属液体。等离子枪12包括设置在水冷铜炉床上方的第一等离子枪12-1和第二等离子枪12-2。当原料堆积到一定高度后，第一等离子枪12-1对堆积的原料进行熔炼形成金属液体，金属液体缓慢流满水冷铜炉床形成凝壳后，启动第二等离子枪12-2进行进一步熔炼。

第一等离子枪12-1和第二等离子枪12-2的功率在50-150kw，且第二等离子枪的功率大于等于第一等离子枪的功率。

在一些具体的例子中，当水冷铜炉床11中原料堆高达20cm时，第一等离子枪12-1以110kw功率运转，熔炼温度在1650-1850℃范围内，金属液体缓慢流满水冷铜炉床11后，第二等离子枪12-2以110kw-120kw的工作功率运转。

在优选的例子中，熔炼室2内部、围绕水冷铜炉床11的外围还设置有环状感应搅拌线圈16，被设置成接收中频电源驱动工作用于搅拌金属液体。例如，将围绕水冷铜炉床11的环状感应搅拌线圈16外接中频电源，其频率范围是1.0-50kc，优选采用2-25kc。

同时，更加优选的是在水冷铜炉床11下部安装超声振动装置17，通过超声振动振荡以均匀金属液体中的金属成分，提高成品质量。

水冷铜炉床11的其中一侧边缘还设置有供金属液体溢出的导流口18。优选的例子中，导流口18被设置成为一上开口大、下开口小、底部圆弧状的梯状槽体，利于金属液体的流出并保持一定的流动性和热度。

结晶机构设置位于导流口18的下方，结晶机构具有圆筒状水冷铜结晶器3，金属液体液位升高后通过导流口18溢出至水冷铜结晶器3的圆筒腔体内进行管材或者棒材的成型。

结合图1所示，结晶机构还包括可移除地安装到水冷铜结晶器3内的水冷旋转铜杆13以及导引杆19，水冷旋转铜杆13位于上方，导引杆19位于下方；结晶机构的上方还设置一第二电机13-1，用于驱动水冷旋转铜杆旋转。

在可选的例子中，水冷铜结晶器3的内径一般采用100mm，顶部插入的水冷旋转铜杆13，其直径范围一般在20mm-90mm之间。

在进行产品成型时，在管材制备模式下，将水冷旋转铜杆13放进水冷铜结晶器3内，在结晶过程中通过第二电机13-1保持旋转即可，流入到水冷铜结晶器3中的金属液体围绕水冷旋转铜杆13而成型管材，管材的直径可随着水冷旋转铜杆13的不同而不同。而在棒材制备模式下，移除水冷旋转铜杆13即可，金属液体直接溢出流进水冷铜结晶器的圆筒状腔体内成型，如此实现了棒材和管材两者制备制造功能的一体化，不需要更换整个制备装置和重新上一条制备线，成本底，切换方便，制备效率得到提升。

导引杆19位于水冷铜结晶器3的下方，在制备开始时，起到堵住水冷铜结晶器3下方的作用，防止金属液体在凝结成型前直接流出水冷铜结晶器3。导引杆13的直径尺寸一般采用与水冷铜结晶器3基本相同的内径尺寸。

优选的，为了保证整个设备的散热性能良好，水冷旋转铜杆13和水冷铜结晶器3均为紫铜材料制作。更优选的，前述导引杆19亦采用制备管材对应母材材料制作。

为提高成型的产品质量，在可选的实施例中，圆筒状水冷铜结晶器3的顶部设置有围绕水冷铜结晶器的第二环状感应加热线圈20，通以外部激励电源用于感应加热以防止金属液体冷却凝固而堵塞。同时，在水冷铜结晶器3的底部设置有超声波振动器21，以优化管材凝固质量。

辊轮输送机构设置在结晶机构下方并具有多对辊轮22，多对辊轮通过第三电机4驱动以经由辊轮22拉出导引杆19或者成型的管材或/棒材，下拉的管材或/棒材达到设定长度后，经由切断机构5切成设定值长度。

具体地，在制备管材或者棒材的过程中，第一根管材或者棒材成型后，通过辊轮22拉出导引杆19同时拉出了第一根管材或者棒材，随后在这一次连续制备中将不再需要导引杆19，直接连续制备即可，在后续的制备中，将直接拉出管材或者棒材。

在辊轮22的牵引下，慢慢将水冷铜结晶器3中冷却凝固完成的管材或者棒材向下拉动，下拉的管材/棒材长度达到设定值(例如1m)后，切断机构5安装的等离子枪启动将管材按设定规格切断。

定长管材/棒材落入自动传输机构的自动翻转器23(一种自动翻转器)被翻转成水平方向，自动推送杆24将自动翻转器23中定长管材/棒材推送至水平传送轨道25，通过水平传送轨道25进行输送，然后定长管材/棒材被三叉自动翻转器26捕获后翻转至成品收集室7内放置。

作为可选的方式，切断机构5包括一竖直安装的立柱5-1、可沿着立柱上下移动的用于切断的第三等离子枪5-2以及驱动所述第二等离子枪上下移动的电机驱动装置5-3，由此可以根据不同设定值的成品长度而调节不同的切断位置。

具体的方案中，为了实现上下移动切断，立柱上可以设置有竖直方向的导向槽，立柱上的导向槽内设置有可上下移动的固定块，支撑在导向槽内，固定块上固定安装用于切断管材或者棒材的第三等离子枪，在固定块的尾部固定到一齿条传动机构上，与第三电机的输出轴的齿轮啮合，通过第三电机的旋转驱动固定块以及第三等离子枪上下运动，其中第三电机为步进电机，由此可以精确控制切断长度。

在一些具体的实现方式中，自动推送机构包括下述构造中的一种：1)具有液压缸以及可由该油压缸驱动的水平向运动的推杆，推杆与液压缸内的活塞固定连接；2)具有电机以及水平向运动的推杆，通过电机的输出推动推杆沿着水平方向运动。

如图1所示出的实施例中，采用上述电机+推杆的实现方式。

在一些实施例中，水平运输轨道25上设置有呈V型排列的驱动辊27，形成V型输送通道，定长管材或者棒材在所形成的V型通道上运输。

如图1所示，优选的，熔炼室2内部还设置有温度监测装置，例如红外温度计28，用以监测熔炼温度。在水冷铜结晶器3上方还设置有红外温度计28，用于监测溢出流入水冷铜结晶器3的金属液体的温度。通过温度的监控，更加精确和及时的控制金属液体的熔炼温度和溢出时的温度，提高成型产品的质量。

基于上述图1的制备装置进行制备钛和钛合金的短流程制备方法，总体上包含连续加料、合金熔炼、凝固下拉、定长切断、成品翻转与输送过程，实现一次冷床熔炼成型的制备工艺。

结合图1所示的制备装置，下面更加具体的描述钛和钛合金的短流程制备方法的过程。

步骤1、连续加料：将原料(海绵钛或者海绵钛与中间合金混合物)加入到上料仓8中，第一和第二真空插板阀10-1和10-2关闭，然后通过真空泵进行抽真空，抽真空数值达到设定值后打开第二真空插板阀10-2，真空数值范围≤5Pa，原料进入下料仓9中，关闭第二真空插板阀10-2；打开第一真空插板阀10-1，再次将原料加入上料仓8中，关闭第一真空插板阀10-1抽真空；

其中，前述下料仓9比上料仓8的容积大，待下料仓9内的原料消耗剩体积20％时再从上料仓8继续加入原料，实现原料加入的连续化。

步骤2、原料从下料仓9进入送料管道并通过螺旋输送杆14-1旋转送料进入熔炼室2内部，送料过程中通过第一超声振动器15，位于下料仓的出口位置，通过振动以阻止出口堵塞。

步骤3、进入熔炼室2内的原料在水冷铜炉床11上堆积，堆积到一定厚度，例如20cm时，启动第一等离子枪12-1对堆积的原料进行熔炼形成金属液体，金属液体缓慢流满水冷铜炉床形成凝壳后，启动第二等离子枪12-2进行进一步熔炼。

优选的，第一等离子枪12-1和第二等离子枪12-2的功率在50-150kw，且第二等离子枪的功率大于等于第一等离子枪的功率。

在熔炼过程中，还通过温度监测装置对熔炼温度进行实时的监控以利于及时调整以及精确控制熔炼温度，以保证和提高成品成型质量。

在熔炼和精炼过程中，还通过熔炼室2内部、围绕水冷铜炉床11的外围设置的环状感应搅拌线圈16，接收中频电源驱动工作用于搅拌金属液体。例如，将围绕水冷铜炉床11的环状感应搅拌线圈16外接中频电源，其频率范围是1.0-50kc，优选采用2-25kc。

同时，更加优选的是，通过水冷铜炉床11下部安装的超声振动装置17，通过超声振动均匀金属液体中的金属成分。

步骤4、水冷铜炉床11上的金属液体液位升高后通过导流口18溢出至水冷铜结晶器3的圆筒腔体内进行管材或者棒材的成型。

其中，根据制备需要，可以选择管材制备或者管材制备。

在制备管材时，在金属液体流入水冷铜结晶器3时，同时旋转水冷旋转铜杆13，可根据不同内径的管材制备需要而选择不同尺寸的水冷旋转铜杆13。金属液体围绕水冷旋转铜杆13凝固形成管材，通过下部的导引杆19堵住防止其直接落下来，并与下部的导引杆19形成一体。

在制备棒材时，则将水冷旋转铜杆13从水冷铜结晶器3的上部位置移除。使得金属液体直接流入水冷铜结晶器3的圆筒状腔体内，凝固成型，通过下部的导引杆堵住防止其直接落下来，并与下部的导引杆19形成一体。

其中，前述凝固成型过程中，金属液体在流下时，水冷铜结晶器3顶部安装的防止金属液体冷却凝固而堵塞的环状感应加热线圈20启动，底端安装的为优化管材凝固质量的超声波振动装置21启动。

步骤5、导引杆19在驱动辊22的牵引下，慢慢将水冷铜结晶器3中冷却凝固成型的管材或者棒材以一定速度向下拉动。

步骤6、下拉的管材/棒材的长度达到设定值后，切断机构5上安装的等离子枪启动将管材/棒材按设定值长度切断，同时等离子枪保持与管材的下拉速度相同值向下运动。

步骤7、定长管材/棒材落入自动翻转器23中被翻转成水平方向，自动推送杆24将自动翻转器23中定长管材/棒材推送至水平传送轨道25上自动传送至向下工序。

步骤8、通过水平传送轨道25自动传送过来的定长管材/棒材经由三叉翻转机构26捕获后，翻转至成品收集室7内集中放置冷却。

下面结合更多的实施例来更加具体的实现上述制备管材或者棒材的过程。

实施例1

本实施例提供一种钛及钛合金短流程制备方法，包括以下步骤：

a.连续加料：将120kg海绵钛装入加料机构后抽真空至3pa，再将原料加入到1.1atm的充氩保护气氛装置中，再对加料机构装入120kg海绵钛抽真空以实现连续加料；将加料机构中的海绵钛输送至原料熔炼室的水冷铜炉床中；

b.合金熔炼：水冷铜炉床中海绵钛量达到一定程度时，熔炼等离子枪启动产生等离子弧光斑对海绵钛进行熔化，当纯钛液体流到精炼等离子枪下形成凝壳后精炼等离子枪启动对纯钛液体进行精炼；

c.凝固下拉：水冷铜炉床中纯钛液体液位上升设定高度时，纯钛液体流入水冷铜结晶器中冷却凝固，此时将得到外径60mm、内径30mm的纯钛管材，同时以50mm/min速度将纯钛管材从水冷铜结晶器中拉出；

d.定长切断：当下拉管材长度达到1m后，切断等离子枪启动将纯钛管材切断，且切断等离子枪以50mm/min速度向下移动；

e.成品传送：切断后的1m长纯钛管材被翻转成水平方向，纯钛管材以2m/min速度被自动传送至收集装置。

优选的，以上制备过程中，控制外围的水冷系统保持运转，在本发明的各个实施例的制备制备过程中，水冷系统均保持运行。这里的水冷系统采用一般水冷系统即可，或者根据送料速度以及凝固过程调整。

将纯钛管轧制成内径30mm，外径40mm的管材成品价格与传统方法制备的同规格管材成品的价格比较如下表所示。下述实施例中的价格均为生产棒材/管材1kg所需要的原料成本以及人工和机器损耗的总和。

表1纯钛管材同规格价格比较

	规格	价格
			传统法	内径30mm，外径40mm	130元/kg
实施例1	内径30mm，外径40mm	110元/kg

实施例2

本实施例提供一种钛及钛合金短流程制备方法，包括以下步骤：

a.连续加料：将120kg海绵钛装入加料机构后抽真空至2pa，再将原料加入到1.1atm的充氩保护气氛装置中，再对加料机构装入120kg预混料抽真空以实现连续加料；将加料机构中的海绵钛输送至原料熔炼室的水冷铜炉床中；

b.合金熔炼：水冷铜炉床中海绵钛量达到一定程度时，熔炼等离子枪启动产生等离子弧光斑对预混料进行熔化，当纯钛液体流到精炼等离子枪下形成凝壳后精炼等离子枪启动对纯钛液体进行精炼；

c.凝固下拉：水冷铜炉床中纯钛液体液位上升设定高度时，纯钛液体流入水冷铜结晶器中冷却凝固，此时将得到直径径100mm的纯钛棒材，同时以50mm/min速度将纯钛棒材从水冷铜结晶器中拉出；

e.定长切断：当下拉棒材长度达到1m后，切断等离子枪启动将纯钛棒材切断，且切断等离子枪以50mm/min速度向下移动；

f.成品传送：切断后的1m长纯钛棒材被翻转成水平方向，纯钛棒材以2m/min速度被自动传送至收集装置。

以上所述的设备运行过程中水冷系统保持运转。

将纯钛棒材轧制成直径50mm的棒材成品价格与传统方法制备的同规格管材成品的价格比较如下表所示。

表2纯钛棒材同规格价格比较

	规格	价格
			传统法	50mm	95元/kg
实施例2	50mm	80元/kg

实施例3

本实施例提供一种钛及钛合金短流程制备方法，包括以下步骤：

a.连续加料：将108kg海绵钛、9.6kgAl-V中间合金和2.4kg铝豆预混料装入加料机构后抽真空至2pa，再将原料加入到1.1atm的充氩保护气氛装置中，再对加料机构装入120kg预混料抽真空以实现连续加料；将加料机构中的预混料螺旋缓慢输送至原料熔炼室的水冷铜炉床中；

c.合金熔炼：水冷铜炉床中预混料量达到一定程度时，熔炼等离子枪(即第一等离子枪)启动产生等离子弧光斑对预混料进行熔化，当TC4合金液体流到精炼等离子枪下形成凝壳后，精炼等离子枪(即第二等离子枪)启动，对TC4合金液体进行精炼；

d.凝固下拉：水冷铜炉床中TC4合金液体液位上升设定高度时，TC4合金液体溢出流入水冷铜结晶器中冷却凝固，在棒材制备模式下，移除水冷旋转铜杆13，将得到直径100mm的TC4合金棒材，同时通过电机驱动辊轮以35mm/min速度将TC4合金棒材从水冷铜结晶器中拉出；

e.定长切断：当下拉棒材长度达到1m后，切断等离子枪(即第三等离子枪)启动将TC4合金棒材切断，且切断等离子枪以35mm/min速度向下移动；

f.成品传送：切断后的1m长TC4合金棒材被翻转成水平方向，TC4合金棒材以2m/min速度被自动传送至收集装置。

将TC4棒材轧制成直径40mm的棒材成品价格与传统方法制备的同规格管材成品的价格比较如下表所示。

表2纯钛棒材同规格价格比较

	规格	价格
			传统法	50mm	125元/kg
实施例3	50mm	105元/kg

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，包括送料机构、熔炼室、结晶机构、辊轮输送机构、切断机构、自动翻转器、自动推送机构以及水平运输轨道，其中：

所述送料机构，用于将原料输送至熔炼室内；

所述熔炼室内支撑有水冷铜炉床，接收输送的原料并堆积，所述水冷铜炉床的上方设置有等离子枪，用于对原料进行加热熔炼形成金属液体；所述水冷铜炉床的其中一侧边缘还设置有供金属液体溢出的导流口；

所述结晶机构设置位于所述导流口的下方，结晶机构具有圆筒状水冷铜结晶器，所述金属液体通过导流口溢出至水冷铜结晶器的圆筒腔体内进行管材或者棒材的成型；

所述结晶机构还包括安装到水冷铜结晶器内的水冷旋转铜杆以及导引杆，水冷旋转铜杆位于上方，导引杆位于下方；结晶机构的上方还设置一第二电机，用于驱动所述水冷旋转铜杆旋转；

辊轮输送机构设置在结晶机构下方并具有多对辊轮，多对辊轮通过第三电机驱动以经由辊轮拉出导引杆或者成型的管材或/棒材，下拉的管材或/棒材达到设定长度后，经由切断机构切成设定值长度；

定长的管材或者棒材落入到自动翻转器翻转后，经由自动推送机构将其推出至水平运输轨道上进行输出。

2.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述熔炼室内、围绕水冷铜炉床的外围还设置有环状感应搅拌线圈，被设置成接收中频电源驱动工作用于搅拌金属液体。

3.根据权利要求2所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述水冷铜炉床的上方设置的等离子枪包括第一等离子枪和第二等离子枪，其中所述第一等离子枪用于对堆积的原料进行熔炼形成金属液体，金属液体流满水冷铜炉床形成凝壳后，启动第二等离子枪进行进一步熔炼。

4.根据权利要求3所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述第一等离子枪和第二等离子枪的功率在50-150kw，且第二等离子枪的功率大于等于第一等离子枪的功率。

5.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述水冷铜炉床的下方还设置有第一超声振动器，用于均匀金属液体中的金属成分。

6.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述导流口被设置成为一上开口大、下开口小、底部圆弧状的梯状槽体。

7.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述圆筒状水冷铜结晶器的顶部设置有围绕水冷铜结晶器的第二环状感应加热线圈，用于感应加热以防止金属液体冷却凝固而堵塞。

8.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述圆筒状水冷铜结晶器的底部设置有第三超声波振动器，以优化管材凝固质量。

9.根据权利要求1所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述送料机构为连续送料机构，包括上料仓、下料仓、第一真空插板阀、第二真空插板阀、螺旋输送杆、第一电机以及送料管道，其中第一真空插板阀设置在上料仓的入口，上料仓与下料仓之间经由第二真空插板阀连接，下料仓的出料口连通所述送料管道，所述螺旋输送杆设置在送料管道内并由所述第一电机驱动旋转实现连续旋转送料；送料管道的出口延伸进入到所述熔炼室内，将原料连续输送至熔炼室内的水冷铜炉床上。

10.根据权利要求9所述的钛及钛合金短流程制备装置，其特征在于，所述送料管道与下料仓之间还设置有第二超声振动器，位于下料仓的出口位置，用于通过振动以阻止出口堵塞。

Images