CN113322383A - 一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，熔炼室本体底部固定在基础座上且侧壁设真空接口、顶部设上口法兰、底部一侧设浇铸口法兰、侧壁设支撑轴旋转密封装置、底部设坩埚倾翻推杆滑动密封装置；开合上盖可开合的密封设置在上口法兰且顶端设电极通道口，开合装置包括固定于熔炼室本体远离浇铸口法兰外侧基础座上的轴承座组件、底部与轴承座组件铰接的升降机构，开合上盖一端延伸至熔炼室本体外且与轴承座组件铰接，升降机构推杆Ⅰ与开合上盖铰接；电极封盖包括封盖体、固定于封盖体顶端中部的电极滑动密封装置，封盖体下部密封贴合在电极通道口。本发明具有结构紧凑、稳定可靠、便于维护和装卸料的特点。

Description

一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室

技术领域

本发明属于有色金属熔炼设备技术领域，具体涉及一种结构紧凑、稳定可靠、便于维护和装卸料的用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室。

背景技术

真空自耗电极电弧凝壳炉简称凝壳炉，广泛用于重熔钛、锆和其它活性金属及其合金，也可重熔含有钨、锰、钴和其它元素的耐热钢及高温合金。钛及稀有活泼金属很容易与氧、氮、氢等元素反应，特别是在熔融高温状态下更容易与这些元素反应，因此钛及活泼稀有金属的熔炼与铸造必须在高度真空环境下或高纯度的惰性气体保护气氛下进行，同时熔炼铜坩埚熔点低于难熔金属的熔点，坩埚内还必须进行强制水冷，凝壳炉先将水冷坩埚内电极熔化后在坩埚壁上凝固成一层“凝壳”层，保护金属熔液不被坩埚材质污染并起到隔热作用，同时电弧对熔液进行搅拌。凝壳炉重熔同其它方法相比，具有纯度高、成分偏析均匀、电弧加热熔化速度快、有利于铸件柱状结晶、产品质量稳定、熔炼工艺灵活等方面性能优越，同时“凝壳”层可作为下一次熔炼电极，熔炼原材料比例调整范围广，原材料形状没有要求，在生产钛及钛合金铸锭上凝壳炉具有很大的优越性，备受企业青睐和关注。凝壳炉炉料熔化、精炼及铸锭成型要求在真空或高纯惰性气氛环境下进行，因此设备的密封性能要求较高才能满足真空度要求，同时熔炼全程需要实时监控观测熔化及熔液状态以控制铸锭成型质量，坩埚旋转、坩埚倾翻推杆、电极升降分别须进行旋转及滑动动态密封，以降低泄漏风险保证熔炼真空度；炉体及坩埚均采用强制水冷却，以降低故障率。

现有技术中，无论是卧式凝壳炉，还是立式凝壳炉，为了装料、卸料和维护的需要，一般都是在凝壳炉的真空冶炼室侧壁上设置炉门，然后采用拉开式或侧滑式开闭，虽然结构较为简单，且也能够满足基本使用需求。但也应看到，侧开炉门不仅会影响炉壁内的冷却循环水流畅分布和热梯度的正常分布，容易导致炉壁局部过热和冷却水泄漏，从而降低了熔炼室的可靠性；而且还会降低炉壁的结构强度，为了保证炉壁强度则需要对炉门的门框部分进行局部加强，又会导致炉体结构复杂且重量过大。此外，侧开炉门由于开口相对较小，炉内如熔炼坩埚的更换、坩埚内凝壳电极的取出，由于重量较大，既不便从上部吊装，而且由于开口位置的限制，也不便于吊装设备从侧部伸入吊装。另外，由于侧开炉门由于开口相对较小，致使熔炼结束后散热较慢，坩埚内凝壳电极的取出和炉内清理需要等待的时间较长，导致熔炼的间隔时间较长，熔炼效率较低，而且日常维护不便且劳动强度较大。

因此，设计开发一种结构合理，能够实现高真空动态密封，实现大开口开合关闭和移动，从而便于熔炼装料及卸料，满足熔炼全程全面监控，方便维保和降低故障率的真空电极自耗电极电弧凝壳炉的熔炼室是解决问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、稳定可靠、便于维护和装卸料的用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室。

本发明目的是这样实现的：包括熔炼室本体、开合上盖、开合装置、电极封盖，所述熔炼室本体、开合上盖及电极封盖分别为密闭循环水冷却夹套仓体且与循环水冷系统连通；

所述熔炼室本体为上敞口结构且底部固定设置于基础座上，所述熔炼室本体的侧壁上设置有与外置真空系统连接的真空接口且顶部开口处设置有上口法兰，所述熔炼室本体底部一侧设置有与浇铸室密封连接的浇铸口法兰，所述熔炼室本体侧壁近浇铸口法兰设置有支撑熔炼坩埚旋转浇铸的支撑轴旋转密封装置，所述熔炼室本体底部远离浇铸口法兰的一侧设置有坩埚倾翻推杆滑动密封装置；

所述开合上盖为下敞口结构且可开合的密封设置在熔炼室本体顶部的上口法兰，所述开合上盖的顶端设置有电极通道口，所述开合装置包括固定设置于熔炼室本体远离浇铸口法兰外侧基础座上的轴承座组件、底部与轴承座组件铰接的升降机构，所述开合上盖远离浇铸口法兰的一端延伸至熔炼室本体外侧且与轴承座组件铰接，所述升降机构的推杆Ⅰ与轴承座组件外侧的开合上盖铰接；

所述电极封盖包括封盖体、固定设置于封盖体顶端中部的电极滑动密封装置，所述封盖体下部可分离的密封贴合在电极通道口。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明通过将熔炼室分为下部的熔炼室本体及上部的开合上盖，以熔炼室一侧的开合装置驱动开合上盖侧向旋转开合，从而使得熔炼室上部可完全打开，熔炼坩埚及熔炼室的腔体可处于完全暴露状态，即便于熔炼坩埚的更换、坩埚内凝壳电极的取出等大件操作，而且也利于熔炼后的炉内散热和炉内清理操作，从而可有效提高熔炼效率和减轻劳动强度。

2、本发明采用上部开合上盖，不影响熔炼室的炉壁强度和冷却水的流畅分别，因此炉壁结构相对简单，而且正常情况下也不会出现炉壁局部过热和冷却水泄漏，从而可有效提高熔炼室的可靠性。

3、本发明的熔炼室本体通过浇铸口法兰及密封件与浇铸室螺栓连接形成真空密封，通过上口法兰及密封件与开合上盖依靠开合装置的动力驱动和自重实现紧密配合形成真空密封，熔炼室本体上设置支撑轴旋转密封装置和坩埚倾翻推杆滑动密封装置，分别对熔炼坩埚的坩埚旋转轴进行旋转真空密封及倾翻装置的推杆进行动态滑动真空密封；电极封盖依靠外部配套的动力及自身重力实现与开合上盖的电极通道口紧密连接形成真空密封，电极封盖上设置了电极滑动密封装置对工作电极的驱动装置推杆进行动态滑动真空密封，因此能够保证熔炼时各部分能够按需转动或滑动，熔炼室内还能够形成可靠的高真空或高纯惰性气氛，从而具有高真空动态密封的能力。

4、本发明还在开合上盖及电极封盖上设置观察口装置、仪表通道口，可满足熔炼全程实时监控观测以控制铸锭的成型质量。

因此，本发明具有结构紧凑、稳定可靠、便于维护和装卸料的特点。

附图说明

图1为本发明轴侧结构示意图；

图2为图1之主视图（开合上盖闭合）；

图3为图1之主视图（开合上盖打开）；

图4为图1之俯视图；

图5为图1之电极移动推车结构示意图；

图中：1-熔炼室本体，1A-真空接口，1B-上口法兰，1C-浇铸口法兰，1D-支撑轴旋转密封装置，1E-坩埚倾翻推杆滑动密封装置，1F-冷却水进口Ⅰ，1G-冷却水出口Ⅰ，1H-仪表通道口Ⅰ，2-开合上盖，2A-电极通道口，2B-支撑臂，2B1-开合转轴，2B2-铰耳，2C-冷却水进口Ⅲ，2D-冷却水进口Ⅳ，2E-冷却水出口Ⅲ，2F-预热通道口，2G-观察口装置Ⅰ，3-开合装置，3A-轴承座组件，3B-升降机构，3C-驱动支座，4-电极封盖，4A-封盖体，4B-电极滑动密封装置，4C-观察口装置Ⅱ，4D-观察口装置Ⅲ，4E-吊耳Ⅰ，5-浇铸室，5A-冷却水出口Ⅱ，5B-冷却水进口Ⅱ，5C-仪表通道口Ⅱ，6-电极移动推车，6A-底架，6B-车体，6C-操作平台，6D-支持架槽口，6E-防倾轮，7-支座，8-保护结构。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作的任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。

如图1至5所示，本发明包括熔炼室本体1、开合上盖2、开合装置3、电极封盖4，所述熔炼室本体1、开合上盖2及电极封盖4分别为密闭循环水冷却夹套仓体且与循环水冷系统连通；

所述熔炼室本体1为上敞口结构且底部分设4个支座通过高强度螺栓与地基固定，所述熔炼室本体1的侧壁上设置有与外置真空系统连接的且顶部开口处设置有上口法兰1B，所述熔炼室本体1底部一侧设置有与浇铸室5密封连接的浇铸口法兰1C，所述熔炼室本体1侧壁近浇铸口法兰1C设置有支撑熔炼坩埚旋转浇铸的支撑轴旋转密封装置1D，所述熔炼室本体1底部远离浇铸口法兰1C的一侧设置有坩埚倾翻推杆滑动密封装置1E；

所述开合上盖2为下敞口结构且可开合的密封设置在熔炼室本体1顶部的上口法兰1B，所述开合上盖2的顶端设置有电极通道口2A，所述开合装置3包括固定设置于熔炼室本体1远离浇铸口法兰1C外侧基础座上的轴承座组件3A、底部与轴承座组件3A铰接的升降机构3B，所述开合上盖2远离浇铸口法兰1C的一端延伸至熔炼室本体1外侧且与轴承座组件3A铰接，所述升降机构3B的推杆Ⅰ与轴承座组件3A外侧的开合上盖2铰接；

所述电极封盖4包括封盖体4A、固定设置于封盖体4A顶端中部的电极滑动密封装置4B，所述封盖体4A下部可分离的密封贴合在电极通道口2A。

所述熔炼室本体1的外壁上设置有位置把持指示装置，所述熔炼坩埚设置于支撑轴旋转密封装置1D内的支撑转轴延伸至熔炼室本体1外侧，所述位置把持指示装置的指针同轴固定在支撑转轴上，所述熔炼室本体1的外壁上近支撑转轴固定设置有与指针配合的指示盘。

所述熔炼室本体1还包括设置在侧壁下部的冷却水进口Ⅰ1F、设置在侧壁上部的冷却水出口Ⅰ1G、设置在侧壁的仪表通道口Ⅰ1H，所述浇铸室5的侧壁上部设置有冷却水出水通道并连通熔炼室本体1侧壁上的冷却水出口Ⅱ5A，所述浇铸室5侧壁内的冷却水经冷却水出口Ⅱ5A流入冷却水进口Ⅰ1F，所述冷却水出口Ⅰ1G及浇铸室5侧壁下部的冷却水进口Ⅱ5B分别与循环水冷系统连通

所述开合上盖2远离浇铸口法兰1C的外侧向外延伸的设置有支撑臂2B，所述支撑臂2B的中部下端设置有开合转轴2B1且最外侧设置有铰耳2B2，所述开合转轴2B1两端可旋转的伸入固定在轴承座组件3A的轴承内孔中，所述升降机构3B的推杆Ⅰ与铰耳2B2铰接。

所述开合上盖2在支撑臂2B一端的侧壁下部在电极通道口2A两侧还分别设置有冷却水进口Ⅲ2C、冷却水进口Ⅳ2D，所述开合上盖2的侧壁上部还设置有冷却水出口Ⅲ2E，所述冷却水进口Ⅲ2C、冷却水进口Ⅳ2C及冷却水出口Ⅲ2E分别与循环水冷系统连通；所述开合上盖2的顶部近浇铸口法兰1C设置有与熔炼炉预热系统连通的预热通道口2F及观察口装置Ⅰ2G。

所述开合装置3还包括固定在基础座上的驱动支座3C，所述升降机构3B的本体与驱动支座3C固定连接或铰接，所述轴承座组件3A固定设置于驱动支座3C上部。

所述坩埚倾翻推杆滑动密封装置1E包括推杆Ⅱ1E1、密封固定设置在熔炼室本体1侧壁的坩埚推杆口上的密封组件Ⅰ1E2，所述推杆Ⅱ1E1动密封配合的穿过密封组件Ⅰ1E2且上部延伸至熔炼室本体1内并与承托熔炼坩埚的底部，所述推杆Ⅱ1E1的下端与坩埚倾翻装置升降机构的推杆Ⅲ铰接或固定连接。

所述电极封盖4还包括设置于顶部电极滑动密封装置4B侧的观察口装置Ⅱ4C和/或观察口装置Ⅲ4D，所述电极封盖4的顶部或侧部在电极滑动密封装置4B的两侧还固定设置有与移动装置连接的吊耳Ⅰ4E。

所述观察口装置Ⅰ1G、观察口装置Ⅱ4C和/或观察口装置Ⅲ4D依次设置有防射线铅玻璃层及外加承压视镜玻璃层且下层玻璃层的底部还设置有飞溅保护网。

本发明还包括电极移动推车6，所述电极移动推车6包括底架6A、车体6B、操作平台6C，所述底架6A包括刚性结构件及其上固定的轨道，所述底架6A的刚性结构件固定设置在开合上盖2的顶部，所述操作平台6C固定设置于底架6A的刚性结构件顶部，所述车体6B设置有车轮并可沿底架6A的轨道移动，所述车体6B前端设置有托承工作电极锭杆的支持架槽口6D。

所述车体6B上还设置有翻转固定装置，所述翻转固定装置包括上部与车体6B固定且下部与车轮上下共同抱紧轨道的防倾轮6E、固定设置于车体6B并与底架6A可拆卸连接的防倾钩。

所述熔炼室本体1内的一侧可拆卸的固定设置有保护结构8，用于吸附熔炼过程中产生的蒸发废烟尘以防止对电子束干扰并保护设备。

本发明工作原理及工作过程：

如图1至5所示，工作时，一侧设置的旋转升降装置将电极封盖4垂直上移脱离开合上盖2，并同时与电极导电装置及夹持装置旋转一定角度留出开合上盖2开启的所需空间，然后将车体6B滑行至电极托承工位，熔炼坩埚内残余形成的凝壳电极由电极移动推车6的支持架槽口6D托承悬空，作为下一炉熔炼的工作电极，同时将车体6B用翻转固定装置固定在底架6A上；开合装置3的气缸或油缸驱动开合上盖2绕轴承座组件3A旋转而打开，由起重机吊运原料装入水冷铜冶炼坩埚中，然后开合装置3的气缸或油缸推动开合上盖2关闭，与熔炼室本体1形成封闭的熔炼室；然后控制旋转升降装置将电极封盖4移动到悬空的工作电极上方，控制穿过电极滑动密封装置4B的夹持推杆就位，通过电极封盖4顶端的观察口装置Ⅱ4C和观察口装置Ⅲ4D，用电极夹头夹持工作电极的锭杆，随后将电极封盖4密封盖在开合上盖2的电极通道口2A上，最后车体6B滑行至待机位准备熔炼；外置的真空系统抽取熔炼室使之获得高真空度，实现高熔点钛及钛合金金属在真空状态熔炼要求。熔炼时，设定工艺参数，凝壳电极和水冷铜熔炼坩埚分别作为阴极、阳极产生电弧，使物料及凝壳电极熔化精炼，通过观察口装置Ⅰ1G及仪表通道口Ⅰ1H内的仪表仪器对熔炼过程全面监控，由坩埚倾翻装置的推杆推动以支撑轴旋转密封装置1D内的坩埚轴为铰点，实现熔炼坩埚倾翻进行浇铸成型，通过坩埚倾翻装置有效地控制熔炼坩埚的倾翻角度，可确保铸锭质量同时满足坩埚内留有作为下一炉熔炼所需的凝壳电极，在真空状态或惰性气体保护完成铸锭成型冷却，冷却后打开开合上盖2将浇铸室5内的铸锭取出，产品进入下一道工序。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于包括熔炼室本体（1）、开合上盖（2）、开合装置（3）、电极封盖（4），所述熔炼室本体（1）、开合上盖（2）、电极封盖（4）分别为密闭循环水冷却夹套仓体且与循环水冷系统连通；

所述熔炼室本体（1）为上敞口结构且底部固定设置于基础座上，所述熔炼室本体（1）的侧壁上设置有与外置真空系统连接的真空接口（1A）且顶部开口处设置有上口法兰（1B），所述熔炼室本体（1）底部一侧设置有与浇铸室（5）密封连接的浇铸口法兰（1C），所述熔炼室本体（1）侧壁近浇铸口法兰（1C）设置有支撑熔炼坩埚旋转浇铸的支撑轴旋转密封装置（1D），所述熔炼室本体（1）底部远离浇铸口法兰（1C）的一侧设置有坩埚倾翻推杆滑动密封装置（1E）；

所述开合上盖（2）为下敞口结构且可开合的密封设置在熔炼室本体（1）顶部的上口法兰（1B），所述开合上盖（2）的顶端设置有电极通道口（2A）；

所述开合装置（3）包括固定设置于熔炼室本体（1）远离浇铸口法兰（1C）外侧基础座上的轴承座组件（3A）、底部与轴承座组件（3A）铰接的升降机构（3B），所述开合上盖（2）远离浇铸口法兰（1C）的一端延伸至熔炼室本体（1）外侧且与轴承座组件（3A）铰接，所述升降机构（3B）的推杆Ⅰ与轴承座组件（3A）外侧的开合上盖（2）铰接；

所述电极封盖（4）包括封盖体（4A）、固定设置于封盖体（4A）顶端中部的电极滑动密封装置（4B），所述封盖体（4A）下部可分离的密封贴合在电极通道口（2A）。

2.根据权利要求1所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述熔炼室本体（1）还包括设置在侧壁下部的冷却水进口Ⅰ（1F）、设置在侧壁上部的冷却水出口Ⅰ（1G）、设置在侧壁的仪表通道口Ⅰ（1H），所述浇铸室（5）的侧壁上部设置有冷却水出水通道并连通熔炼室本体（1）侧壁上的冷却水出口Ⅱ（5A），所述浇铸室（5）侧壁内的冷却水经冷却水出口Ⅱ（5A）流入冷却水进口Ⅰ（1F），所述冷却水出口Ⅰ（1G）及浇铸室（5）侧壁下部的冷却水进口Ⅱ（5B）分别与循环水冷系统连通。

3.根据权利要求1所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述开合上盖（2）远离浇铸口法兰（1C）的外侧向外延伸的设置有支撑臂（2B），所述支撑臂（2B）的中部下端设置有开合转轴（2B1）且最外侧设置有铰耳（2B2），所述开合转轴（2B1）两端可旋转的伸入固定在轴承座组件（3A）的轴承内孔中，所述升降机构（3B）的推杆Ⅰ与铰耳（2B2）铰接。

4.根据权利要求3所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述开合上盖（2）在支撑臂（2B）一端的侧壁下部在电极通道口（2A）两侧还分别设置有冷却水进口Ⅲ（2C）、冷却水进口Ⅳ（2D），所述开合上盖（2）的侧壁上部还设置有冷却水出口Ⅲ（2E），所述冷却水进口Ⅲ（2C）、冷却水进口Ⅳ（2C）及冷却水出口Ⅲ（2E）分别与循环水冷系统连通；所述开合上盖（2）的顶部近浇铸口法兰（1C）设置有与熔炼炉预热系统连通的预热通道口（2F）及观察口装置Ⅰ（2G）。

5.根据权利要求3所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述开合装置（3）还包括固定在基础座上的驱动支座（3C），所述升降机构（3B）的本体与驱动支座（3C）固定连接或铰接，所述轴承座组件（3A）固定设置于驱动支座（3C）上部。

6.根据权利要求3所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述坩埚倾翻推杆滑动密封装置（1E）包括推杆Ⅱ（1E1）、密封固定设置在熔炼室本体（1）侧壁的坩埚推杆口上的密封组件Ⅰ（1E2），所述推杆Ⅱ（1E1）动密封配合的穿过密封组件Ⅰ（1E2）且上部延伸至熔炼室本体（1）内并与承托熔炼坩埚的底部，所述推杆Ⅱ（1E1）的下端与坩埚倾翻装置升降机构的推杆Ⅲ铰接或固定连接。

7.根据权利要求4所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述电极封盖（4）还包括设置于顶部电极滑动密封装置（4B）侧的观察口装置Ⅱ（4C）和观察口装置Ⅲ（4D），所述电极封盖（4）的顶部或侧部在电极滑动密封装置（4B）的两侧还固定设置有与移动装置连接的吊耳Ⅰ（4E）。

8.根据权利要求7所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述观察口装置Ⅰ（1G）、观察口装置Ⅱ（4C）和/或观察口装置Ⅲ（4D）依次设置有防射线铅玻璃层及外加承压视镜玻璃层且下层玻璃层的底部还设置有飞溅保护网。

9.根据权利要求1至8任意一项所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于还包括电极移动推车（6），所述电极移动推车（6）包括底架（6A）、车体（6B）、操作平台（6C），所述底架（6A）包括刚性结构件及其上固定的轨道，所述底架（6A）的刚性结构件固定设置在开合上盖（2）的顶部，所述操作平台（6C）固定设置于底架（6A）的刚性结构件顶部，所述车体（6B）设置有车轮并可沿底架（6A）的轨道移动，所述车体（6B）前端设置有托承工作电极锭杆的支持架槽口（6D）。

10.根据权利要求9所述用于钛及钛合金实现动态密封及开合的真空熔炼室，其特征在于所述车体（6B）上还设置有翻转固定装置，所述翻转固定装置包括上部与车体（6B）固定且下部与车轮上下共同抱紧轨道的防倾轮（6E）、固定设置于车体（6B）并与底架（6A）可拆卸连接的防倾钩。

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