CN112797787B - 一种纳米晶软磁合金熔炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米晶软磁合金熔炼系统，包括：熔炼单元，包括炉体、盖合于所述炉体顶部的炉盖以及穿过所述炉盖的电极，所述炉盖上设置有对应于所述电极的电极孔；炉盖提升控制单元，包括提升炉盖支撑臂、固定于所述提升炉盖支撑臂上的提升炉盖液压缸以及连接在所述提升炉盖液压缸与炉盖之间的牵引组件；以及，输电单元，包括变压器、与所述变压器连接的短网母线、位于所述炉体上部的导电横臂，以及连接在所述导电横臂与短网母线之间的电缆；所述电极固定于所述导电横臂的末端。本发明的纳米晶软磁合金熔炼系统能够应用于纳米晶软磁合金的熔炼加工，其加工效率高，且熔炼后的母合金成分能够精确到PPM级。

Description

一种纳米晶软磁合金熔炼系统

技术领域

本发明涉及纳米晶软磁合金新材料加工设计技术领域，特别是一种纳米晶软磁合金熔炼系统。

背景技术

软磁材料由于矫顽力小，容易磁化和退磁被广泛应用于导磁材料领域，如电脑、手机、平面显示技术等方面，及各种磁放大器、滤波线圈、变频电感器、变频变压器、逆变电源、贮能电感等器件中。

铁基非晶合金材料是一种新型的软磁材料，通过快速凝固在原子层次控制了液态金属的排列，使原子排列保持液态金属的长程无序状态。由于原子排列不规则、长程无序、没有晶粒晶界的存在，因而非晶软磁材料具有低损耗、极佳的机械性能、磁性能和抗腐蚀性等优点。

通过非晶合金演变纳米晶的可控性，得到了性能更加优异的非晶/纳米晶复合结构软磁材料，成为上世纪八十年代末发展起来的一类新型软磁材料，该材料以其特殊的综合软磁性能(如高饱和磁感应强度，低矫顽力，高磁导率，低损耗等特点)引起了材料科学工作者的极大兴趣。例如，通过对Fe-Si-B-Nb-Cu非晶合金适当的退火处理，Yoshizawa得到了非晶/纳米晶复合结构，即在非晶的基体中均匀分布着平均粒径约10纳米的晶体颗粒。

由于铁基非晶/纳米晶软磁合金具有优异的软磁性能和耐腐蚀性能，且制备工艺简单、成本低廉，因而被广泛应用于微电子、机械、电力工程等领域。例如，传统的Finemet非晶纳米晶合金具有优异的软磁性能，已经部分取代了硅钢片作为电力变压器的铁芯材料。

现有的纳米晶软磁合金加工步骤包括原料的配比、母合金的熔炼和破碎、带材(非晶合金带材)的制备以及带材的热处理；其中，母合金的熔炼过程是较为重要的一个加工步骤，一般采用电弧炉进行熔炼。电弧炉的核心元件包括三根沿竖向穿过炉盖并延伸至炉体内部的电极，而炉盖上也相应地设置有三个对应于各个电极的电极孔，电弧炉能够利用电极电弧产生的高温熔炼金属。

为了使电极能自由地升降，以及防止工业电炉炉盖受热变形时折断电极，要求电极孔的直径应比电极直径大40～50mm。电极与电极孔之间的间隙对冶炼十分不利，造成大量的高温炉气逸出，不仅增加了热损失，而且容易造成炉盖上部的电极温度升高，氧化激烈，电极变细而易折断；为此，需采用电极密封圈来填补电极孔与电极之间的环形间隙；此外，电极密封圈还可以冷却电极孔四周的炉盖，提高炉盖的寿命，以及有利于保持工业电炉炉内的气氛。

现有电极密封圈的结构形式一般包括环形水箱式和蛇形管式。

环形水箱式是用钢板焊成的一个具有空腔的环形结构，其能够通过外界向密封圈的空腔内不断输入冷水并同步排出，以实现降温的作用；环形水箱式虽然密封性较好(能够贴合于电极孔的内侧壁以及电极的外侧壁)，但是由于密封圈腔体内部为一个整体空腔，冷水在密封圈腔体内难以形成良好的导流路径和规律的过液走向，因此对电极的冷却效果不佳；

蛇形管式是由无缝钢管环绕电极外围弯成，能够形成螺旋形的导流路径，冷水具有规律的流向，因此冷却效果优于环形水箱式，但由于其不能完全贴合于电极孔的内侧壁以及电极的外侧壁，因而密封性差，对盖上部的电极起不到较好的保护作用，因此目前没有大规模使用。

此外，现有的电极密封圈为保证冷却效率、降低加工的工艺难度，其一般均加工为薄壁封闭体，但电极密封圈的内孔受高温和与电极造成碰电后容易烧损漏水，漏水则会影响钢质量。因此电极密封圈的使用寿命较短，经常停炉更换；而带有间隙电极密封圈几乎为整环的结构，对其更换需要嵌入电极孔并插入电极，更换难度大，极大影响炉座的作业率，也增加维修工人的劳动强度。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种纳米晶软磁合金熔炼系统，其包括：熔炼单元，包括炉体、盖合于所述炉体顶部的炉盖以及穿过所述炉盖的电极，所述炉盖上设置有对应于所述电极的电极孔；所述电极孔的内径大于电极的外径，并在两者之间形成环形间隙，所述环形间隙内设置有水冷密封单元；炉盖提升控制单元，包括提升炉盖支撑臂、固定于所述提升炉盖支撑臂上的提升炉盖液压缸以及连接在所述提升炉盖液压缸与炉盖之间的牵引组件；以及，输电单元，包括变压器、与所述变压器连接的短网母线、位于所述炉体上部的导电横臂，以及连接在所述导电横臂与短网母线之间的电缆；所述电极固定于所述导电横臂的末端。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述导电横臂固定于升降立柱的顶部，所述升降立柱能够带动所述导电横臂以及固定于其末端的电极进行上下运动。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述导电横臂的末端设置有电极夹持器；所述电极夹持器包括固定于所述导电横臂末端的U型夹头、沿所述导电横臂长度方向设置的顶杆、固定于所述顶杆其中一端的压块，以及铰接在所述顶杆另一端的杠杆；所述杠杆的其中一端通过连杆铰接在所述导电横臂的外侧壁上，所述杠杆的另一端连接有气缸；所述顶杆上设置有限位环，且所述顶杆的外围套设有弹性压缩件；所述弹性压缩件的一端抵在所述限位环上，另一端抵在所述导电横臂上，并能够通过推动顶杆，使得所述压块与U型夹头共同夹持所述电极。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述纳米晶软磁合金熔炼系统还包括操作平台以及基础；所述炉体、提升炉盖支撑臂以及升降立柱均设置于所述操作平台上；所述操作平台的底部设置有倾炉摇架，所述基础的上部设置有支承轨道，所述操作平台通过所述倾炉摇架搁置于所述支承轨道的上部，且所述倾炉摇架的一端通过倾动液压缸与所述基础进行连接。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述炉盖提升控制单元还包括旋转底座；所述提升炉盖支撑臂以及升降立柱的底部均通过所述旋转底座安装在所述操作平台的上部，并能够发生相对的水平旋转；所述炉体固定于所述操作平台上。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述提升炉盖支撑臂包括竖向支撑臂以及位于所述竖向支撑臂顶部的水平支撑臂；所述水平支撑臂上分布有滑轮；所述炉盖上设置有若干个连接座；所述牵引组件包括与所述提升炉盖液压缸进行连接的主路以及与各个所述连接座进行一一连接的多个支路；所述主路通过转接块与各个支路进行统一连接；所述主路与提升炉盖液压缸进行连接的一端至少部分为链条；所述支路与连接座进行连接的一端至少部分为链条；所述链条可以通过拉杆固定在所述转接块上，或者可以直接固定在所述转接块上。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述炉体包括自内向外的炉衬工作层、炉衬隔热层以及炉衬永久层；所述炉体的炉壁上设置有炉口以及出钢口，所述出钢口的外部设置有外伸的出钢槽；所述炉体的内部具有熔炼室，并在所述炉口以及出钢口以下的空间部分形成熔池。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述水冷密封单元包括堆叠设置的多个C型密封圈，以及将各个C型密封圈拉紧固定的收紧件；多个C型密封圈依次进行反向交替地堆叠设置，共同形成堆叠体；所述堆叠体的内径配合于所述电极的外径，所述堆叠体的外径配合于所述电极孔的内径；各个C型密封圈的内部均具有C型腔室，且各个C型密封圈上还设置有通透的进液口和出液口；在所述堆叠体中，所述C型密封圈的进液口或出液口正对于另一个相邻C型密封圈的出液口或进液口，使得相邻C型密封圈的C型腔室互相连通，共同形成堆叠体的回转流通通道；位于所述堆叠体其中一端的C型密封圈为起始密封圈，其进液口作为所述堆叠体整体的起始进液口；位于所述堆叠体另一端的C型密封圈为末端密封圈，其出液口作为所述堆叠体整体的末端出液口；所述起始进液口外接进液管，所述末端出液口外接排液管，使得所进液管、回转流通通道以及排液管能够共同构成循环回路。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述水冷密封单元还包括对应于各个C型密封圈的多个C型绝缘环；所述C型绝缘环区分为对应于末端密封圈的第一C型绝缘环以及对应于其他各个C型密封圈的第二C型绝缘环；所述C型绝缘环包括与所述C型密封圈拼接的填补段以及分别位于所述填补段两端的一对隔绝段；所述C型密封圈包括半圆环段以及分别位于所述半圆环段两端的一对延伸段；所述延伸段的宽度等于所述半圆环段的内径；相邻C型密封圈在轴向上投影的重合部分为交叠区，且各个所述C型密封圈的其中一侧面在对应于交叠区的区域处沿轴向内凹形成浅层容纳区；当所述C型绝缘环与对应的C型密封圈拼接时，所述隔绝段嵌入对应的浅层容纳区，形成互补，并隔绝在相邻的一对C型绝缘环之间，且所述填补段与C型密封圈能够共同围合形成封闭完整的环形；除末端密封圈以外的其他各个C型密封圈的进液口和出液口分别设置在半圆环段两端的交叠区的区域处，且进液口和出液口分别位于该C型密封圈的两侧面上；所述第二C型绝缘环的隔绝段上设置有与其所对应的C型密封圈的出液口相正对的过液孔；所述第二C型绝缘环的填补段外围设置有径向内凹的第一限位槽；除末端密封圈以外的其他各个C型密封圈的半圆环段外围设置有径向内凹的第二限位槽；当各个C型密封圈及其C型绝缘环依次堆叠形成堆叠体时，所述堆叠体的两侧形成一对上端通透且彼此对称的沟槽；第一C型绝缘环的填补段上设置有对应于其中一个沟槽的螺纹连接头；所述末端密封圈的进液口设置在其交叠区的区域处，出液口与进液口位于第一C型绝缘环的同侧面上，且出液口上设置有对应于另一个沟槽的螺纹连接嘴，所述螺纹连接嘴与所述末端密封圈内部的C型腔室连通；所述收紧件包括嵌入所述堆叠体其中一个沟槽的收紧杆以及嵌入所述堆叠体另一个沟槽的收紧管，两者的上端均设置有螺纹区；所述收紧杆的下端与所述螺纹连接头连接，上端连接有螺母；所述收紧管的下端与所述螺纹连接嘴连接并连通，上端连接有螺母。

作为本发明所述纳米晶软磁合金熔炼系统的一种优选方案，其中：所述收紧杆以及收紧管的上端还分别通过螺纹连接有压环；所述电极孔上端的外围设置有一圈环形凸起，所述环形凸起内侧面的上端设置有环形限位坡面；当所述水冷密封单元嵌入所述环形间隙内时，所述压环的外缘能够搁置在所述环形凸起上；所述环形凸起上设置有一对互相正对且径向通透的滑槽，所述滑槽的底部设置有螺孔；所述收紧件还包括滑动设置在所述滑槽内的滑块以及沿竖向穿过所述滑块并与所述螺孔进行连接的紧固螺栓，所述滑块上设置有对应于紧固螺栓的条形穿口，所述条形穿口上下通透，并沿径向延伸；所述滑块的内端头设置有正对于所述压环的按压坡面，并能够通过按压坡面向下斜向挤压所述压环。

本发明的有益效果：本发明的纳米晶软磁合金熔炼系统能够应用于纳米晶软磁合金的熔炼加工，其加工效率高，且熔炼后的母合金成分能够精确到PPM级。此外，熔炼系统上作为核心元件的电极及其密封圈也安装方便，其中，电极密封圈采用堆叠设置的组装式结构，综合了现有环形水箱式和蛇形管式电极密封圈的各自优势，且能够非常方便地进行现场拆装、更换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为纳米晶软磁合金熔炼系统整体系统图。

图2为熔炼单元的侧视图。

图3为电极夹持器的结构示意图。

图4为熔炼单元的内部构造图。

图5为图4中的A处结构详图。

图6为图4中的B处结构详图。

图7为炉盖的俯视图。

图8为水冷密封单元的俯视图。

图9为图8中的C向剖视图及其局部详图。

图10为图8中的D向剖视图。

图11为单个C型密封圈和C型绝缘环的拼接结构图。

图12为单个C型密封圈和C型绝缘环的上部结构图。

图13为单个C型密封圈和C型绝缘环的下部结构图。

图14为单个C型密封圈和C型绝缘环进行拼接的动态示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

本发明的第一个实施例提供了一种纳米晶软磁合金材料制备方法，其包括如下步骤一～步骤五：

步骤一：配料

a.将铁、硅、硼、铌、铜、钴、镍按照所需的各组分原子百分含量比进行原料的配置与混合；

步骤二：母合金熔炼

a.将配好的原料置于电弧炉中；

b.电弧炉内抽真空，真空度为6.67*10^-3Pa(电弧炉功率1600kw/h，电压10kv，频率2000Hz)，并充入纯度为99.99％的氩气；

c.在氩气环境下对原料进行熔炼和冷却，并如此反复3～5次，最终获得母合金锭；

步骤三：母合金锭预处理

a.将母合金锭进行破碎，形成小块；

b.将破碎后的小块母合金锭放入乙醇/丙酮中清洗；

步骤四：带材的制备

a.对洗净的小块的母合金锭进行重熔；

b.采用单辊甩带法将上述熔化后的合金喷射到转动的铜辊表面(线速度为20～50m/s)，得到非晶合金带材；

步骤五：带材的热处理

a.将上述获得的非晶合金带材放入热处理炉内进行退火处理

b.对退火后的带材进行水淬/空冷处理；

c.最终获得铁基非晶纳米晶合金材料。

通过上述步骤一～步骤五能够高效地加工出成品合格的铁基非晶纳米晶合金材料，并能够适用于实际的工业化生产制造。

实施例2

如图1～7，实施例1中的“母合金熔炼”步骤采用本发明的一种纳米晶软磁合金熔炼系统完成，其加工效率高，且熔炼后的母合金成分能够精确到PPM级。此外，熔炼系统上作为核心元件的电极及其密封圈也安装方便。

所述纳米晶软磁合金熔炼系统包括熔炼单元100、水冷密封单元200、炉盖提升控制单元300、输电单元400。

熔炼单元100包括炉体101、盖合于炉体101顶部的炉盖102以及穿过炉盖102的三根电极103。

炉盖102上设置有对应于电极103的三个电极孔102a，三个电极孔102a在炉盖102上呈正三角形点位分布。电极孔102a的内径大于电极103的外径，并能够在两者之间形成环形间隙M，该环形间隙M内嵌入有对应的水冷密封单元200。水冷密封单元200可以采用现有的电极密封圈。

炉盖提升控制单元300包括提升炉盖支撑臂301、固定于提升炉盖支撑臂301上的提升炉盖液压缸302以及连接在提升炉盖液压缸302与炉盖102之间的牵引组件303。提升炉盖液压缸302能够通过牵引组件303对炉盖102进行牵引调节，从而控制炉盖102的开闭或者升降。

输电单元400用于对各个电极103进行供电，以在电极103的下端产生电弧，进行合金的熔炼。

输电单元400包括变压器401、与变压器401连接的短网母线402、位于炉体101上部的导电横臂403，以及连接在导电横臂403与短网母线402之间的电缆404。电极103固定于导电横臂403的末端。

导电横臂403同时具备“支撑固定各个电极103”以及“给各个电极103进行供电”的作用。

导电横臂403固定于升降立柱405的顶部，升降立柱405能够带动导电横臂403以及固定于其末端的电极103进行上下运动，以便于调节电极103的竖向高度。升降立柱405可以采用现有的液压缸。

进一步的，导电横臂403的末端设置有电极夹持器406，导电横臂403通过电极夹持器406来夹紧固定电极103，并向电极103输送电能，其供电的路径为：变压器401—短网母线402—导电横臂403—电极夹持器406—电极103。

电极夹持器406包括固定于导电横臂403末端的U型夹头406a、沿导电横臂403长度方向设置的顶杆406b、固定于顶杆406b其中一端的压块406c，以及铰接在顶杆406b另一端的杠杆406d。

顶杆406b可以通过导电横臂403上的若干导向块403a进行导向限位，以限定其直线滑动方向。

杠杆406d的其中一端通过连杆406e铰接在导电横臂403的外侧壁上，杠杆406d的另一端连接有气缸406f。

具体的，连杆406e的一端铰接在导电横臂403上，另一端铰接在杠杆406d其中一端的端头；气缸406f的伸缩杆与杠杆406d另一端的端头铰接。

顶杆406b上设置有锥形的限位环406b-1，且顶杆406b的外围套设有弹性压缩件406g；弹性压缩件406g采用压缩弹簧，其相对于压块406c套设于限位环406b-1的另一端。

弹性压缩件406g的一端抵在限位环406b-1上，另一端抵在导电横臂403的导向块403a上，并能够通过推动顶杆406b，使得压块406c与U型夹头406a共同夹持电极103。

当向气缸406f中通入压缩空气时，气缸406f能够推动杠杆406d旋转，并通过杠杆的作用，使得顶杆406b被拔出、弹性压缩件406g被压紧，最终电极103被放松。如此，电极夹持器406能够实现对电极103的固定或放松。

进一步的，纳米晶软磁合金熔炼系统还包括操作平台500以及基础600。

上述中的炉体101、提升炉盖支撑臂301以及升降立柱405均设置于操作平台500上，形成上部主体结构。

操作平台500的底部设置有月牙板状的倾炉摇架501，基础600的上部设置有对应于倾炉摇架501的支承轨道601，操作平台500通过倾炉摇架501搁置于支承轨道601的上部，且倾炉摇架501的一端通过倾动液压缸502与基础600进行连接。

因此，通过倾动液压缸502的伸缩能够控制操作平台500及其上部的主体结构进行整体的倾斜，有利于倾倒炉体101内的熔融液体。

进一步的，炉盖提升控制单元300还包括旋转底座304。

炉体101固定于操作平台500上，不能发生相对转动。

提升炉盖支撑臂301以及升降立柱405的底部均通过旋转底座304安装在操作平台500的上部，并能够发生相对的水平旋转；因此，被提起的炉盖102能够被旋转移开。

旋转底座304可以采用现有的电机+齿轮减速传动的方式进行旋转控制。

进一步的，提升炉盖支撑臂301包括竖向支撑臂301a以及位于竖向支撑臂301a顶部的水平支撑臂301b，两者一体成型为倒L型。

水平支撑臂301b上分布有若干滑轮301b-1。

炉盖102上设置有若干个连接座102b。

牵引组件303包括与提升炉盖液压缸302进行连接的主路303a以及与各个连接座102b进行一一连接的多个支路303b。

主路303a通过转接块303c与各个支路303b进行统一连接，形成关节。

主路303a与提升炉盖液压缸302进行连接的一端至少部分区段为链条L-1；同样的，支路303b与连接座102b进行连接的一端至少部分区段为链条L-1。而链条L-1可以通过拉杆L-2固定在转接块303c上，或者也可以直接固定在转接块303c上。

进一步的，炉体101包括自内向外的炉衬工作层101a、炉衬隔热层101b以及炉衬永久层101c。炉衬工作层101a位于最内层，用于直接容纳和接触熔融状态的合金，因此采用耐高温材质制成；炉衬隔热层101b用于保温隔热，采用耐高温、导热性低的材料制成，防止内部的高温直接传递至最炉体的外层；炉衬永久层101c位于最外层，用于形成外部防护；优选的，炉衬永久层101c的内部也可以设置水冷通道，通过循环水进行外部冷却。

炉体101的炉壁上设置有炉口101d以及出钢口101e，出钢口101e的外部设置有外伸的出钢槽101f。

炉体101的内部具有熔炼室101g，并在炉口101d以及出钢口101e以下的空间部分形成熔池101h，用于淤积熔融合金。

实施例3

如图8～14，本实施例不同于上一个实施例之处在于：本实施例中的水冷密封单元200采用堆叠设置的组装式结构，综合了现有环形水箱式和蛇形管式电极密封圈的各自优势，且能够非常方便地进行现场安装、更换。

水冷密封单元200包括堆叠设置的多个C型密封圈201，以及能够将各个C型密封圈201拉紧固定、形成一个整体的收紧件202。

具体的，各个C型密封圈201主体均为C型构造，中心处形成一侧开口的卡口K，其内径配合于电极103的外径，外径配合于电极孔102a的内径。

各个C型密封圈201的内部均具有C型腔室201a，且各个C型密封圈201上还设置有通透的进液口201b和出液口201c。

多个C型密封圈201依次进行反向交替地堆叠设置，共同形成竖筒状的堆叠体Z整体；堆叠体Z的内径配合于电极103的外径，堆叠体Z的外径配合于电极孔102a的内径，且组装好的堆叠体Z能够嵌在电极孔102a与电极103之间的环形间隙M中。

在堆叠体Z中，一个C型密封圈201的进液口201b/出液口201c正对于另一个相邻C型密封圈201的出液口201c/进液口201b，使得每两个相邻C型密封圈201的C型腔室201a互相连通，共同形成堆叠体Z的回转流通通道D。

本发明设定：位于堆叠体Z上端的C型密封圈201为起始密封圈T-1，其进液口201b作为堆叠体Z整体的起始进液口；

位于堆叠体Z下端的C型密封圈201为末端密封圈T-2，其出液口201c作为堆叠体Z整体的末端出液口。

起始进液口外接进液管，末端出液口外接排液管，使得所进液管、回转流通通道D以及排液管能够共同构成循环回路，进行循环冷却。

进一步的，C型密封圈201包括半圆环段201d以及分别位于半圆环段201d两端的一对延伸段201e。半圆环段201d为半圆构造(内侧壁与外侧壁轮廓均为半圆形曲面侧壁)，延伸段201e的外侧壁与半圆环段201d的外侧壁平滑衔接，共同形成圆心角大于180°的优弧轮廓；延伸段201e的内侧壁与半圆环段201d内侧壁的端部相切，形成平滑衔接，且延伸段201e的宽度等于半圆环段201d的内径。

如此，水冷密封单元200在进行更换、组装时，可以将每一个C型密封圈201的卡口K对准电极103并卡入，如此，左右两边依次交替地卡入C型密封圈201并形成从上向下的堆叠，即可组成堆叠体Z，最后通过收紧件202拉紧固定后，整体嵌入电极孔102a与电极103之间的环形间隙M中。因此，水冷密封单元200的更换极为方便，甚至无需移动已经穿插在炉盖102上的各个电极103的原本位置。

此外，卡口K的另一个作用在于：卡口K的存在使得每一个水冷密封单元200独自构不成一个整环结构，由此，避免造成环绕电极的闭合磁路而产生的电能损失。

进一步的，本发明设定：相邻C型密封圈201在轴向上投影的重合部分为各自C型密封圈201的交叠区J。由于相邻的两个C型密封圈201为反向交叠，因此每个C型密封圈201的交叠区J位于其C型构造的两个端头部分。

本发明中，除末端密封圈T-2以外的其他各个C型密封圈201的进液口201b和出液口201c分别设置在半圆环段201d两端的两个交叠区J处，且进液口201b和出液口201c分别位于该C型密封圈201的正反两侧面上。

末端密封圈T-2的进液口201b也设置在其交叠区J处，但对末端密封圈T-2的出液口201c位置可以不做限定。

基于上述，本发明的各个C型密封圈201内部的互相连通所形成回转流通通道D能够构成近乎螺旋形的回转通道，其能够极大地优化冷水在水冷密封单元200内的流通路径，形成良好的导流通道，提升了冷却效率。

进一步的，水冷密封单元200还包括对应于各个C型密封圈201的多个C型绝缘环203。

C型绝缘环203包括与C型密封圈201拼接的填补段203a以及分别位于填补段203a两端的一对隔绝段203b。

各个C型密封圈201的其中一侧面在对应于交叠区J的区域处沿轴向内凹形成浅层容纳区201f。

当任一C型绝缘环203与对应的C型密封圈201拼接时，隔绝段203b能够正好嵌入对应的浅层容纳区201f，形成互补，并隔绝在相邻的一对C型绝缘环203之间，且填补段203a与C型密封圈201能够共同围合形成封闭完整的环形结构。

如此，C型绝缘环203可采用现有的耐高温绝缘材料制成，如此能够保证相邻C型绝缘环203之间的彼此隔绝、绝缘，避免形成实质性的“整环结构”而导致闭合磁路的产生，减少电能损失。

需要注意的是：若C型绝缘环203与C型密封圈201对接的部分正好覆盖在进液口201b/出液口201c上时，需要在C型绝缘环203上的相应位置处开设过液孔203b-1，保证回转流通通道D的畅通。

进一步的，C型绝缘环203具有两种型号，具体区分为与末端密封圈T-2进行拼接的第一C型绝缘环H-1以及与其他各个C型密封圈201进行一一拼接的多个第二C型绝缘环H-2。

第一C型绝缘环H-1与第二C型绝缘环H-2主体结构相同(均包括填补段203a及其两端的一对隔绝段203b)，不同之处在于：

第二C型绝缘环H-2的隔绝段203b上设置有与其所对应的C型密封圈201的出液口201c相正对的过液孔203b-1。而第一C型绝缘环H-1上不具有过液孔203b-1。

第二C型绝缘环H-2的填补段203a外围设置有径向内凹的第一限位槽C-1；同时，除末端密封圈T-2以外的其他各个C型密封圈201的半圆环段201d外围设置有径向内凹的第二限位槽C-2；当各个C型密封圈201及其C型绝缘环203依次堆叠形成堆叠体Z时，堆叠体Z的两侧形成一对上端通透且彼此对称的沟槽C-3。

第一C型绝缘环H-1上不具有第一限位槽C-1；第一C型绝缘环H-1的填补段203a上设置有对应于其中一个沟槽C-3的螺纹连接头203a-1；末端密封圈T-2的出液口201c与进液口201b位于第一C型绝缘环H-1的同侧面上，且出液口201c上设置有对应于另一个沟槽C-3的螺纹连接嘴201c-1，该螺纹连接嘴201c-1与末端密封圈T-2内部的C型腔室201a形成连通。

收紧件202包括嵌入堆叠体Z其中一个沟槽C-3的收紧杆202a以及嵌入堆叠体Z另一个沟槽C-3的收紧管202b，两者的上端均设置有螺纹区W。

收紧杆202a为实心杆结构，其下端具有螺口，并与螺纹连接头203a-1进行螺纹连接；收紧杆202a的上端连接有螺母202c，用于旋转并压紧该侧的各个C型密封圈201及其C型绝缘环203。

收紧管202b为空心管结构，其下端具有内螺纹，并与螺纹连接嘴201c-1进行螺纹连接，且内部形成连通；收紧管202b的上端连接有螺母202c，用于旋转并压紧该侧的各个C型密封圈201及其C型绝缘环203。

因此，收紧管202b不但具有排水的作用，还同时具有拉紧各个C型密封圈201以及C型绝缘环203的作用。

进一步的，起始密封圈T-1上的进液口201b可以固定有进水接头204(优选一体成型)，作为回转流通通道D的进水端口，可外接进液管。

收紧管202b的上端形成出水接头202b-1，作为回转流通通道D的排水端口，可外接排液管。

进一步的，第二C型绝缘环H-2的过液孔203b-1两端均设置有外凸环203b-2；同时，C型密封圈201上各个裸露的进液口201b以及出液口201c的侧壁上设置有一圈O型密封圈201g；当第二C型绝缘环H-2与C型密封圈201拼接贴合时，外凸环203b-2能够部分嵌入进液口201b或出液口201c内，并按压在相应的O型密封圈201g上，如此即可保证过液的密封性。

进一步的，如图4～6，收紧杆202a以及收紧管202b的上端还分别通过螺纹连接有压环202d；压环202d的中心处具有配合于螺纹区W的螺孔。

电极孔102a上端的外围设置有一圈环形凸起102c，环形凸起102c内侧面的上端边缘设置有环形限位坡面102c-1；当水冷密封单元200嵌入环形间隙M内时，压环202d的外缘能够搁置在环形限位坡面102c-1上。

环形凸起102c上设置有一对互相正对且径向通透的滑槽102c-2，滑槽102c-2的底部设置有螺孔102c-3。

收紧件202还包括滑动设置在滑槽102c-2内的滑块202e以及沿竖向穿过滑块202e并与螺孔102c-3进行连接的紧固螺栓202f，滑块202e上设置有对应于紧固螺栓202f的条形穿口202e-1，条形穿口202e-1上下通透，并沿径向延伸。

条形穿口202e-1的宽度配合于紧固螺栓202f的外径，长度大于紧固螺栓202f的外径，因此滑块202e能够在滑槽102c-2内进行径向位置的调节，调节好后可以通过紧固螺栓202f进行压紧固定。

滑块202e的内端头设置有正对于压环202d的按压坡面202e-2，并能够通过按压坡面202e-2向下斜向挤压压环202d。

根据上述，滑块202e与环形限位坡面102c-1能够共同限定水冷密封单元200上端的两个压环202d，使得水冷密封单元200整体被固定在环形间隙M中。

综上所述，本发明的水冷密封单元200具有如下有益效果：

一、便于任何时候的拆卸组装、更换，完全不受电极本身的行程阻碍；

二、当水冷密封单元局部烧损后无需整体更滑，仅需更换烧损部位所对应的密封圈即可；

三、能够形成近乎螺旋形的迂回通道，综合了环形水箱式的密封性优势以及蛇形管式的冷却优势；

四、C型密封圈的数量可以根据实际需求进行增减组装，形成不同的规格，具有模块化的灵活优势；

五、各个C型密封圈内部连通，但彼此却互相隔绝，避免闭合磁路的产生，减少电能损失。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：包括，

熔炼单元（100），包括炉体（101）、盖合于所述炉体（101）顶部的炉盖（102）以及穿过所述炉盖（102）的电极（103），所述炉盖（102）上设置有对应于所述电极（103）的电极孔（102a）；所述电极孔（102a）的内径大于电极（103）的外径，并在两者之间形成环形间隙（M），所述环形间隙（M）内设置有水冷密封单元（200）；

炉盖提升控制单元（300），包括提升炉盖支撑臂（301）、固定于所述提升炉盖支撑臂（301）上的提升炉盖液压缸（302）以及连接在所述提升炉盖液压缸（302）与炉盖（102）之间的牵引组件（303）；以及，

输电单元（400），包括变压器（401）、与所述变压器（401）连接的短网母线（402）、位于所述炉体（101）上部的导电横臂（403），以及连接在所述导电横臂（403）与短网母线（402）之间的电缆（404）；所述电极（103）固定于所述导电横臂（403）的末端；

所述水冷密封单元（200）包括堆叠设置的多个C型密封圈（201），以及将各个C型密封圈（201）拉紧固定的收紧件（202）；

多个C型密封圈（201）依次进行反向交替地堆叠设置，共同形成堆叠体（Z）；所述堆叠体（Z）的内径配合于所述电极（103）的外径，所述堆叠体（Z）的外径配合于所述电极孔（102a）的内径；

各个C型密封圈（201）的内部均具有C型腔室（201a），且各个C型密封圈（201）上还设置有通透的进液口（201b）和出液口（201c）；

在所述堆叠体（Z）中，所述C型密封圈（201）的进液口（201b）或出液口（201c）正对于另一个相邻C型密封圈（201）的出液口（201c）或进液口（201b），使得相邻C型密封圈（201）的C型腔室（201a）互相连通，共同形成堆叠体（Z）的回转流通通道（D）；

位于所述堆叠体（Z）其中一端的C型密封圈（201）为起始密封圈（T-1），其进液口（201b）作为所述堆叠体（Z）整体的起始进液口；

位于所述堆叠体（Z）另一端的C型密封圈（201）为末端密封圈（T-2），其出液口（201c）作为所述堆叠体（Z）整体的末端出液口；

所述起始进液口外接进液管，所述末端出液口外接排液管，使得所进液管、回转流通通道（D）以及排液管能够共同构成循环回路。

2.如权利要求1所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述导电横臂（403）固定于升降立柱（405）的顶部，所述升降立柱（405）能够带动所述导电横臂（403）以及固定于其末端的电极（103）进行上下运动。

3.如权利要求2所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述导电横臂（403）的末端设置有电极夹持器（406）；

所述电极夹持器（406）包括固定于所述导电横臂（403）末端的U型夹头（406a）、沿所述导电横臂（403）长度方向设置的顶杆（406b）、固定于所述顶杆（406b）其中一端的压块（406c），以及铰接在所述顶杆（406b）另一端的杠杆（406d）；所述杠杆（406d）的其中一端通过连杆（406e）铰接在所述导电横臂（403）的外侧壁上，所述杠杆（406d）的另一端连接有气缸（406f）；

所述顶杆（406b）上设置有限位环（406b-1），且所述顶杆（406b）的外围套设有弹性压缩件（406g）；所述弹性压缩件（406g）的一端抵在所述限位环（406b-1）上，另一端抵在所述导电横臂（403）上，并能够通过推动顶杆（406b），使得所述压块（406c）与U型夹头（406a）共同夹持所述电极（103）。

4.如权利要求2或3所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述纳米晶软磁合金熔炼系统还包括操作平台（500）以及基础（600）；

所述炉体（101）、提升炉盖支撑臂（301）以及升降立柱（405）均设置于所述操作平台（500）上；所述操作平台（500）的底部设置有倾炉摇架（501），所述基础（600）的上部设置有支承轨道（601），所述操作平台（500）通过所述倾炉摇架（501）搁置于所述支承轨道（601）的上部，且所述倾炉摇架（501）的一端通过倾动液压缸（502）与所述基础（600）进行连接。

5.如权利要求4所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述炉盖提升控制单元（300）还包括旋转底座（304）；

所述提升炉盖支撑臂（301）以及升降立柱（405）的底部均通过所述旋转底座（304）安装在所述操作平台（500）的上部，并能够发生相对的水平旋转；

所述炉体（101）固定于所述操作平台（500）上。

6.如权利要求1~3、5任一所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述提升炉盖支撑臂（301）包括竖向支撑臂（301a）以及位于所述竖向支撑臂（301a）顶部的水平支撑臂（301b）；

所述水平支撑臂（301b）上分布有滑轮（301b-1）；

所述炉盖（102）上设置有若干个连接座（102b）；

所述牵引组件（303）包括与所述提升炉盖液压缸（302）进行连接的主路（303a）以及与各个所述连接座（102b）进行一一连接的多个支路（303b）；所述主路（303a）通过转接块（303c）与各个支路（303b）进行统一连接；

所述主路（303a）与提升炉盖液压缸（302）进行连接的一端至少部分为链条（L-1）；

所述支路（303b）与连接座（102b）进行连接的一端至少部分为链条（L-1）；

所述链条（L-1）可以通过拉杆（L-2）固定在所述转接块（303c）上，或者可以直接固定在所述转接块（303c）上。

7.如权利要求1~3、5任一所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述炉体（101）包括自内向外的炉衬工作层（101a）、炉衬隔热层（101b）以及炉衬永久层（101c）；

所述炉体（101）的炉壁上设置有炉口（101d）以及出钢口（101e），所述出钢口（101e）的外部设置有外伸的出钢槽（101f）；

所述炉体（101）的内部具有熔炼室（101g），并在所述炉口（101d）以及出钢口（101e）以下的空间部分形成熔池（101h）。

8.如权利要求7所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述水冷密封单元（200）还包括对应于各个C型密封圈（201）的多个C型绝缘环（203）；

所述C型绝缘环（203）区分为对应于末端密封圈（T-2）的第一C型绝缘环（H-1）以及对应于其他各个C型密封圈（201）的第二C型绝缘环（H-2）；

所述C型绝缘环（203）包括与所述C型密封圈（201）拼接的填补段（203a）以及分别位于所述填补段（203a）两端的一对隔绝段（203b）；

所述C型密封圈（201）包括半圆环段（201d）以及分别位于所述半圆环段（201d）两端的一对延伸段（201e）；所述延伸段（201e）的宽度等于所述半圆环段（201d）的内径；

相邻C型密封圈（201）在轴向上投影的重合部分为交叠区（J），且各个所述C型密封圈（201）的其中一侧面在对应于交叠区（J）的区域处沿轴向内凹形成浅层容纳区（201f）；

当所述C型绝缘环（203）与对应的C型密封圈（201）拼接时，所述隔绝段（203b）嵌入对应的浅层容纳区（201f），形成互补，并隔绝在相邻的一对C型绝缘环（203）之间，且所述填补段（203a）与C型密封圈（201）能够共同围合形成封闭完整的环形；

除末端密封圈（T-2）以外的其他各个C型密封圈（201）的进液口（201b）和出液口（201c）分别设置在半圆环段（201d）两端的交叠区（J）的区域处，且进液口（201b）和出液口（201c）分别位于该C型密封圈（201）的两侧面上；

所述第二C型绝缘环（H-2）的隔绝段（203b）上设置有与其所对应的C型密封圈（201）的出液口（201c）相正对的过液孔（203b-1）；

所述第二C型绝缘环（H-2）的填补段（203a）外围设置有径向内凹的第一限位槽（C-1）；除末端密封圈（T-2）以外的其他各个C型密封圈（201）的半圆环段（201d）外围设置有径向内凹的第二限位槽（C-2）；当各个C型密封圈（201）及其C型绝缘环（203）依次堆叠形成堆叠体（Z）时，所述堆叠体（Z）的两侧形成一对上端通透且彼此对称的沟槽（C-3）；

第一C型绝缘环（H-1）的填补段（203a）上设置有对应于其中一个沟槽（C-3）的螺纹连接头（203a-1）；所述末端密封圈（T-2）的进液口（201b）设置在其交叠区（J）的区域处，出液口（201c）与进液口（201b）位于第一C型绝缘环（H-1）的同侧面上，且出液口（201c）上设置有对应于另一个沟槽（C-3）的螺纹连接嘴（201c-1），所述螺纹连接嘴（201c-1）与所述末端密封圈（T-2）内部的C型腔室（201a）连通；

所述收紧件（202）包括嵌入所述堆叠体（Z）其中一个沟槽（C-3）的收紧杆（202a）以及嵌入所述堆叠体（Z）另一个沟槽（C-3）的收紧管（202b），两者的上端均设置有螺纹区（W）；所述收紧杆（202a）的下端与所述螺纹连接头（203a-1）连接，上端连接有螺母（202c）；所述收紧管（202b）的下端与所述螺纹连接嘴（201c-1）连接并连通，上端连接有螺母（202c）。

9.如权利要求8所述的纳米晶软磁合金熔炼系统，其特征在于：所述收紧杆（202a）以及收紧管（202b）的上端还分别通过螺纹连接有压环（202d）；

所述电极孔（102a）上端的外围设置有一圈环形凸起（102c），所述环形凸起（102c）内侧面的上端设置有环形限位坡面（102c-1）；当所述水冷密封单元（200）嵌入所述环形间隙（M）内时，所述压环（202d）的外缘能够搁置在所述环形凸起（102c）上；

所述环形凸起（102c）上设置有一对互相正对且径向通透的滑槽（102c-2），所述滑槽（102c-2）的底部设置有螺孔（102c-3）；

所述收紧件（202）还包括滑动设置在所述滑槽（102c-2）内的滑块（202e）以及沿竖向穿过所述滑块（202e）并与所述螺孔（102c-3）进行连接的紧固螺栓（202f），所述滑块（202e）上设置有对应于紧固螺栓（202f）的条形穿口（202e-1），所述条形穿口（202e-1）上下通透，并沿径向延伸；

所述滑块（202e）的内端头设置有正对于所述压环（202d）的按压坡面（202e-2），并能够通过按压坡面（202e-2）向下斜向挤压所述压环（202d）。

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