CN112648847A - 一种超高温真空感应熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超高温真空感应熔炼炉，涉及真空熔炼技术领域；包括控制系统以及密封连接的炉体和炉盖，炉体内设置有感应熔炼及坩埚保温装置，炉盖外壁上连接有炉盖提升装置，炉盖提升装置连接有液压系统；炉盖上部设置有测温装置；炉体一侧连通有真空系统，炉体另一侧设置有进电装置，进电装置一端连接有中频电源，另一端与感应熔炼及坩埚保温装置的感应线圈连接；炉体、炉盖、测温装置、液压系统、感应熔炼及坩埚保温装置、中频电源分别通过管路连通有水冷系统，炉体上连接有充放气系统；控制系统能够对真空系统、液压系统、水冷系统、感应熔炼及坩埚保温装置进行电气控制。本发明能够满足熔炼熔点达到3200℃及以下温度的高温材料熔炼。

Description

一种超高温真空感应熔炼炉

技术领域

本发明涉及真空熔炼技术领域，特别是涉及一种超高温真空感应熔炼炉。

背景技术

真空感应熔炼在电磁感应过程中会产生涡电流，使金属熔化。此制程可用来提炼高纯度的金属及合金。主要包括真空感应炉熔炼、悬浮熔炼和冷坩埚熔炼。由于在真空下熔炼容易将溶于钢和合金中的氮、氢、氧和碳去除到远比常压下冶炼为低的水平，同时对于在熔炼温度下蒸气压比基体金属高的杂质元素(铜、锌、铅、锑、铋、锡和砷等)可通过挥发去除，而合金中需要加入的铝、钛、硼及锆等活性元素的成分易于控制。因此经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能，高温蠕变性能以及磁性合金的磁导率等多种性能。

当前国内真空感应熔炼炉的最高熔炼温度为1800℃～2000℃，这就导致一些高熔点金属或其它材料无法在国内现有的真空感应熔炼炉实现真空熔炼及浇注的工艺过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高温真空感应熔炼炉，以解决上述现有技术存在的问题，使其能够满足熔炼熔点达到3200℃及以下温度的高温材料熔炼。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种超高温真空感应熔炼炉，包括控制系统以及密封连接的炉体和炉盖，所述炉体内设置有感应熔炼及坩埚保温装置，所述炉盖外壁上连接有炉盖提升装置，所述炉盖提升装置连接有液压系统；所述炉盖上部设置有测温装置；所述炉体一侧连通有真空系统，所述炉体另一侧设置有进电装置，所述进电装置一端连接有中频电源，另一端与所述感应熔炼及坩埚保温装置的感应线圈连接；所述炉体、炉盖、测温装置、液压系统、感应熔炼及坩埚保温装置、中频电源分别通过管路连通有水冷系统，所述炉体上连接有充放气系统；所述控制系统能够对真空系统、液压系统、水冷系统、感应熔炼及坩埚保温装置进行电气控制。

可选的，所述感应熔炼及坩埚保温装置包括设置于石墨发热体内的石墨坩埚，所述石墨发热体设置于刚玉筒内，所述刚玉筒和所述石墨发热体之间填充有粘胶基石墨毡，所述刚玉筒外壁上缠绕有所述感应线圈；所述刚玉筒底部通过高铝砖底板设置于所述炉体内；所述石墨发热体和刚玉筒顶部设置有坩埚盖，所述坩埚盖填充有粘胶基石墨毡，所述坩埚盖上开设有测温口。

可选的，所述测温装置包括红外测温装置及热偶测温装置；所述测温口包括红外测温口和热偶测温口。

可选的，所述炉体采用立式双层水冷结构，所述炉体与炉盖一起组成真空熔炼室；所述炉体上开有真空接口、进电接口、充放气接口；所述炉体一侧通过所述真空接口与所述真空系统连通，另一侧通过所述进电接口与所述进电装置连接。

可选的，所述炉盖采用双层水冷蝶形封头结构，所述炉盖上部设有所述红外测温装置及热偶测温装置，所述炉盖上部设有保温盖板，所述保温盖板采用粘胶基石墨毡、石墨板缝制。

可选的，所述进电装置包括采用两块铜板连接组成的汇流母线和两根主回路水冷电缆；所述进电装置一端通过进电接口与感应线圈相连，另一端与中频电源的出线连接。

可选的，所述真空系统采用三级机组，包括依次通过真空管道连接的一台滑阀泵、一台罗茨泵、一台油增压泵及油雾过滤器；所述滑阀泵的排气口配有油水分离过滤器，能够将油雾过滤与水分离。

可选的，所述炉体一侧设置有工作平台，所述工作平台采用型钢制成，所述工作平台设有楼梯，所述工作平台外侧设置有安全护栏。

可选的，所述炉盖上设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机，所述搅拌电机连接有穿设于所述炉盖内的传动杆，所述传动杆末端连接有搅拌杆，所述搅拌杆下端穿设于所述感应熔炼及坩埚保温装置内；所述搅拌杆的转速不高于360r/min。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明通过对感应熔炼装置中制约高温熔炼的坩埚材料、炉衬保温材料以及温度测控传感器以及装置的调研选材以及结构设计，将常规感应熔炼炉感应熔炼装置主要结构与高温烧结炉的加热保温结构相结合，将二者的优越性融为一体，使该套装置能够满足熔炼熔点达到3200℃及以下温度的高温材料熔炼。

本发明选用了壁厚20mm刚玉筒及德国进口的粘胶基石墨毡(德国粘胶基高温石墨毡的使用温度可达到3000℃，保温效果及强度远高于普通石墨毡。)相结合的坩埚保温方式以及石墨发热体中间保护防漏炉方案，解决高温熔炼过程的热辐射控制及漏炉保护问题。选用了进口红外光学测温(最高测量温度3200℃)，解决了超高温冶炼过程的温度测量问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明超高温真空感应熔炼炉结构主视图；

图2为本发明超高温真空感应熔炼炉结构俯视图；

图3为本发明超高温真空感应熔炼炉结构的感应熔炼及坩埚保温装置结构示意图；

其中，1为炉体、2为炉盖、3为感应熔炼及坩埚保温装置、4为炉盖提升装置、5为液压系统、6为真空系统、7为进电装置、8为中频电源、9为感应线圈、10为水冷系统、11为充放气系统、12为石墨发热体、13为石墨坩埚、14为刚玉筒、15为粘胶基石墨毡、16为高铝砖底板、17为坩埚盖、18为红外测温装置、19为热偶测温装置、20为红外测温口、21为热偶测温口、22为工作平台、23为控制柜、24为制冷及热循环系统、25为搅拌电机、26为搅拌杆。

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。

本发明的目的是提供一种超高温真空感应熔炼炉，以解决上述现有技术存在的问题，使其能够满足熔炼熔点达到3200℃及以下温度的高温材料熔炼。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种超高温真空感应熔炼炉，如图1-图3所示，包括控制系统以及密封连接的炉体1和炉盖2，炉体1内设置有感应熔炼及坩埚保温装置3，炉盖2外壁上连接有炉盖提升装置4，炉盖提升装置4连接有液压系统5，炉盖提升装置4用于炉盖2升降及旋转，使炉盖2的升降与旋转满足开合真空室的需要，液压系统5包括液压站，液压管路，液压缸及其附件。与炉盖提升装置4结合实现炉盖2开启等动作；炉盖2上部设置有测温装置；炉体1一侧连通有真空系统6，炉体1另一侧设置有进电装置7，进电装置7一端连接有中频电源8，另一端与感应熔炼及坩埚保温装置3的感应线圈9连接；中频电源8采用IGBT中频电源功率160kW，该型电源，相应操作简单，维修方便，节能环保，可以提供满足中频感应熔炼需要的电源。炉体1、炉盖2、测温装置、液压系统5、感应熔炼及坩埚保温装置3、中频电源8分别设置有进出水管路接口，并通过管路连通水冷系统10，水冷系统10连接有制冷及热循环系统24，通过水的循环带走炉内产生的热量，从而避免各零部件由于高温而造成损坏，炉体1上连接有充放气系统11，充放气系统11能够满足不同生产工艺可能的气氛要求，通入氩气或氮气，主要由气动球阀及必要的压力仪表及管路组成。充放气系统11可随时切换手动控制；控制系统能够对真空系统6、液压系统5、水冷系统10、感应熔炼及坩埚保温装置3进行电气控制。炉盖2上设置有搅拌装置，搅拌装置包括搅拌电机25，搅拌电机25连接有穿设于炉盖2内的传动杆，传动杆末端通过螺纹连接有搅拌杆26，搅拌杆26采用高纯石墨制成，传动杆采用不锈钢水冷结构；搅拌杆26下端穿设于感应熔炼及坩埚保温装置3内；搅拌杆26的转动采用电机减速机驱动，转速可调，转速不高于360r/min。升降采用气缸整体驱动。

感应熔炼及坩埚保温装置3包括设置于石墨发热体12内的石墨坩埚13，石墨发热体12设置于刚玉筒14内，刚玉筒14和石墨发热体12之间填充有粘胶基石墨毡15，刚玉筒14外壁上缠绕有感应线圈9，感应线圈9采用T2紫铜管绕制，铜管壁厚4mm，为防止放电现象发生，线圈表面喷涂高温绝缘漆；刚玉筒14底部通过高铝砖底板16设置于炉体1内；石墨发热体12和刚玉筒14顶部设置有坩埚盖17，坩埚盖17填充有粘胶基石墨毡15，坩埚盖17上开设有测温口。为使设备满足最高3200℃的最高使用温度，坩埚保温装置采用壁厚20mm刚玉筒及德国进口的粘胶基石墨毡(德国粘胶基高温石墨毡的使用温度可达到3000℃，保温效果及强度远高于普通石墨毡。)结合的保温方式，考虑碳含量及石墨毡自身发热的因素，外围两层采用国内石墨毡。

发热体及坩埚采用德国进口等静压高纯石墨(使用温度3800℃)，坩埚内部小锥度设计，可方便把冷却在坩埚里的物料到处，并配有吊装卡具移出坩埚。坩埚上部有可移动的保温盖板，盖板采用粘胶基石墨毡及高纯石墨板组成，石墨毡层数不小于10层，盖板处设有红外测温接管、热偶测温接管及观察管。

为防止熔炼过程中钢液对石墨坩埚造成损坏，将石墨发热体12也做成石墨坩埚形式，对加热装置做第一层防护，另在石墨毡外部与线圈之间设有保温刚玉筒做第二层防护，这样就可有效防止漏炉对线圈及炉内零件造成损坏。在线圈侧壁石墨毡外部增加热偶测温装置一套，实时监测保温层外部炉温的变化，如果漏炉，炉内温度会发生变化，这时应停止加热，待冷却后，进行两个石墨坩埚的检查。在石墨坩埚底部与刚玉筒之间采用至少10层粘胶基高温石墨毡隔热处理，在刚玉筒下部有高铝砖制成的底板(定制)。由于设备所需工作温度较高，对整体的结构有一定的辐射热度，为有效降低外围温度，特增加一套制冷机组，给整套水冷系统10提供低温水源。(无锡三九)；本套超高温真空感应熔炼炉的工作温度很高，要求保温性材料性能就很高，为保证在熔炼浇注后提高降温效果，提高设备使用效率，特配置了一套热循环冷却装置，加快降低炉腔内的温度。该装置主要由风机及换热器、管道、阀门等组成。

测温装置包括红外测温装置18及热偶测温装置19；测温口包括红外测温口20和热偶测温口21。炉体1采用立式双层水冷结构，炉体1与炉盖2一起组成真空熔炼室；炉体1上开有真空接口、进电接口、充放气接口；炉体1一侧通过真空接口与真空系统连通，另一侧通过进电接口与进电装置连接。水冷系统10和制冷及热循环系统24采用闭式水冷结构，为炉体1、炉盖2、中频电源8、感应熔炼装置、测温以及真空机组等供给循环冷却水，保证各部分工作温度符合设备正常运作需要；设备设有手动截止阀、数显水压表、温度计、流量计。通过截止阀调节各支路冷却水流量。供水压力在0.1-0.3MPa范围内，当水压低于0.05MPa时，通过连锁控制，自动停止中频电流输出并发出声光报警。

炉盖2采用双层水冷蝶形封头结构，炉盖2上部设有红外测温装置18及热偶测温装置19，炉盖2上部设有保温盖板，保温盖板采用粘胶基石墨毡、石墨板缝制。为避免炉内高温对气缸杆及热偶测温杆的烘烤，气缸杆及热偶杆均采用水冷结构。进电装置包括采用两块铜板连接组成的汇流母线和两根主回路水冷电缆；进电装置一端通过进电接口与感应线圈相连，另一端与中频电源的出线连接。

真空系统采用三级机组，其中包括一台H150滑阀泵、一台1200罗茨泵、一台ZL-400油增压泵及一台400气动挡板阀、两台150气动挡板阀、一台压差阀和真空管道及粉尘过滤器，粉尘过滤器过滤精度20-50nm，可有效避免挥发物对真空泵的影响。以保护真空泵不被磨损，真空泵油不被污染。过滤器滤芯方便更换和清理可重复使用。H150滑阀泵的排气口配有油水分离过滤器，可将油雾过滤与水分离，以达到环保的要求。

炉体一侧设有真空管道接口，真空管道接口与400气动挡板阀连接，400气动挡板阀下开口连接ZL-400油增压泵，ZL-400油增压泵为真空系统主泵，抽高真空时开启，400气动挡板阀用于开启主泵与炉体的通路，400气动挡板阀侧开口通过真空管道连接粉尘过滤器，真空管道上设有150气动挡板阀。该150气动挡板阀用于开启H150滑阀泵以及1200罗茨泵与炉体的通路。油增压泵通过真空管道与粉尘过滤器连接，该真空管道设有150气动挡板阀，该150气动挡板阀用于开启H150滑阀泵以及1200罗茨泵与油增压泵的通路。粉尘过滤器通过真空管道与罗茨泵连接，罗茨泵通过真空管道与滑阀泵相连接，该真空管道设有压差阀，压差阀用于停泵时放气泄压，防止滑阀泵油返入真空管道。炉体1一侧设置有工作平台22，工作平台22采用型钢制成，工作平台22设有楼梯，工作平台22外侧设置有安全护栏，方便生产过程作业人员进行操作盒安全保护。还包括用于供给各气动阀门工作动力的气动系统，包括油雾器管路、气缸及其附属件均采用优质产品。

控制系统包括控制柜23，以西门子PLC为核心，昆仑通泰人机界面为显示和操作终端，采用西门子电气元件。结合强电系统组成易操作，安全互锁，易于功能的扩展和故障排除。为整机设备的运行提供可靠保障。整机动态记录全部存储到PLC，便于以后查找信息。在控制柜23上安装有真空计、触摸屏、电压表、电流表、功率表、及各控制按钮等。通过该电气控制系统可实现对真空系统、液压系统、水冷系统、感应熔炼装置等的电气控制及其他机械动作控制。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：包括控制系统以及密封连接的炉体和炉盖，所述炉体内设置有感应熔炼及坩埚保温装置，所述炉盖外壁上连接有炉盖提升装置，所述炉盖提升装置连接有液压系统；所述炉盖上部设置有测温装置；所述炉体一侧连通有真空系统，所述炉体另一侧设置有进电装置，所述进电装置一端连接有中频电源，另一端与所述感应熔炼及坩埚保温装置的感应线圈连接；所述炉体、炉盖、测温装置、液压系统、感应熔炼及坩埚保温装置、中频电源分别通过管路连通有水冷系统，所述炉体上连接有充放气系统；所述控制系统能够对真空系统、液压系统、水冷系统、感应熔炼及坩埚保温装置进行电气控制。

2.根据权利要求1所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述感应熔炼及坩埚保温装置包括设置于石墨发热体内的石墨坩埚，所述石墨发热体设置于刚玉筒内，所述刚玉筒和所述石墨发热体之间填充有粘胶基石墨毡，所述刚玉筒外壁上缠绕有所述感应线圈；所述刚玉筒底部通过高铝砖底板设置于所述炉体内；所述石墨发热体和刚玉筒顶部设置有坩埚盖，所述坩埚盖填充有粘胶基石墨毡，所述坩埚盖上开设有测温口。

3.根据权利要求2所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述测温装置包括红外测温装置及热偶测温装置；所述测温口包括红外测温口和热偶测温口。

4.根据权利要求1所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述炉体采用立式双层水冷结构，所述炉体与炉盖一起组成真空熔炼室；所述炉体上开有真空接口、进电接口、充放气接口；所述炉体一侧通过所述真空接口与所述真空系统连通，另一侧通过所述进电接口与所述进电装置连接。

5.根据权利要求3所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述炉盖采用双层水冷蝶形封头结构，所述炉盖上部设有所述红外测温装置及热偶测温装置，所述炉盖上部设有保温盖板，所述保温盖板采用粘胶基石墨毡、石墨板缝制。

6.根据权利要求4所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述进电装置包括采用两块铜板连接组成的汇流母线和两根主回路水冷电缆；所述进电装置一端通过进电接口与感应线圈相连，另一端与中频电源的出线连接。

7.根据权利要求1所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述真空系统采用三级机组，包括依次通过真空管道连接的一台滑阀泵、一台罗茨泵、一台油增压泵及油雾过滤器；所述滑阀泵的排气口配有油水分离过滤器，能够将油雾过滤与水分离。

8.根据权利要求1所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述炉体一侧设置有工作平台，所述工作平台采用型钢制成，所述工作平台设有楼梯，所述工作平台外侧设置有安全护栏。

9.根据权利要求1所述的超高温真空感应熔炼炉，其特征在于：所述炉盖上设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌电机，所述搅拌电机连接有穿设于所述炉盖内的传动杆，所述传动杆末端连接有搅拌杆，所述搅拌杆下端穿设于所述感应熔炼及坩埚保温装置内；所述搅拌杆的转速不高于360r/min。

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