CN113670065A - 一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属熔炼技术领域，且公开了一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，包括炉体，所述炉体内腔的中部设有主坩埚，所述炉体的内腔设有位于主坩埚外周的预热坩埚和冷却液箱，所述预热坩埚和冷却液箱交错分布，所述主坩埚、预热坩埚和冷却液箱的外壁上均设有轮齿，所述冷却液箱、主坩埚、预热坩埚依次通过轮齿传动连接。本发明通过在主坩埚的外周设置多个预热坩埚，并在预热坩埚内装填铜胚料，充分利用感应线圈外部的磁场对胚料进行初步加热，由于主坩埚与预热坩埚相互连通，保证了主坩埚、预热坩埚内腔均处于相同的真空条件下，并可通过真空抽吸在主坩埚内熔炼完成后实现同步输出和输入物料，实现了熔炼的持续性，提高熔炼的效率。

Description

一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，具体为一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置。

背景技术

坩埚封闭在真空室中利用电磁感应产生的涡流热做热源，在真空状态下进行金属与合金的冶炼并浇注，从而得到高质量的材料，这种工艺方法叫真空感应熔炼法，实施此种熔炼法的设备叫做真空感应熔炼炉，简称真空感应炉。

用于熔炼金属铜的真空感应炉一般选择中频电流，但是电流产生的磁场仅用于对位于感应线圈内圈的金属物料进行加热，而对于位于感应线圈外圈的磁场能量利用率较低，因此现有的真空感应炉的节能效果低，成本高；另外在真空感应炉的使用过程中需要持续对坩埚进行降温，但是由于坩埚体的温度过高，因此需要给冷却液进行加热以减小坩埚与冷却液之间的温度差，防止温差过大导致产生大量的蒸汽而污染金属液，但是现有的冷却液需要额外使用能源进行加热，进一步加大了熔炼的成本。

发明内容

针对背景技术中提出的现有熔炼装置在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，具备能源利用率大、熔炼成本低、节能的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，包括炉体，所述炉体内腔的中部设有主坩埚，所述炉体的内腔设有位于主坩埚外周的预热坩埚和冷却液箱，所述预热坩埚和冷却液箱交错分布，所述主坩埚、预热坩埚和冷却液箱的外壁上均设有轮齿，所述冷却液箱、主坩埚、预热坩埚依次通过轮齿传动连接，所述主坩埚、预热坩埚和冷却液箱的上下两端均开设有入料口和出料口，所述预热坩埚的出料口与相邻预热坩埚的入料口顺序连通，所述主坩埚、预热坩埚的顶部均设有密封上盖，所述冷却液箱的出料口与主坩埚、预热坩埚的内腔相连通。

优选的，所述主坩埚的内部设有感应线圈，所述主坩埚和预热坩埚的内部均开设有冷却腔，所述主坩埚的顶部设有真空通道，所述真空通道连接有真空泵，所述主坩埚的内壁上连接有层板，所述层板与主坩埚的底面之间形成缓流腔，所述层板上设有温-电磁阀，所述主坩埚的出料口连通有浇注装置。

优选的，所述冷却液箱包括内筒和外筒，所述外筒活动套接于内筒的外周，所述内筒和外筒均为圆筒状，所述内筒和外筒同轴装配且所述外筒的高度为内筒高度的二分之一，所述外筒的内壁设有保温层，所述内筒和外筒上设有驱动组件，所述内筒的内部滑动连接有滑塞。

优选的，所述驱动组件包括受力导体和触发导体，所述受力导体设于外筒外壁上的轮齿内，所述受力导体分布于感应线圈的水平中心线上，所述触发导体的数量为两个且对称设置于内筒的外壁上，两个所述触发导体内通入方向相反的电流。

优选的，所述受力导体和触发导体的相对面均呈弧形，所述触发导体倾斜设置且所述触发导体靠近冷却液箱中心的一端略低于受力导体的底端，相邻所述受力导体之间的距离为触发导体弧形面长度的二倍，所述触发导体远离受力导体的一面连接有弹簧。

优选的，所述外筒的底端连接有转向机构，所述转向机构的内部延伸出往复连杆，所述往复连杆贯穿内筒的底面并延伸至内筒的内部，所述往复连杆与滑塞相连接，所述滑塞上开设有液流孔，所述液流孔处设有温-电动阀。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过在主坩埚的外周设置多个预热坩埚，并在预热坩埚内装填铜胚料，充分利用感应线圈外部的磁场对胚料进行初步加热，由于主坩埚与预热坩埚相互连通，保证了主坩埚、预热坩埚内腔均处于相同的真空条件下，并可通过真空抽吸在主坩埚内熔炼完成后实现同步输出和输入物料，实现了熔炼的持续性，提高熔炼的效率。

2、本发明通过将在炉体内设置冷却液箱，利用冷却液箱吸收主坩埚、预热坩埚内物料通过炉体传导的热量，在对冷却液箱内冷却液进行初步预热的同时降低了炉体的温度，当冷却液箱中的冷却液升温至标准的温度后，再将冷却液输送至主坩埚、预热坩埚的冷却腔内，对主坩埚、预热坩埚起到进一步降温的作用，避免需要额外加热冷却液的过程，本方案充分提高了预热的利用率。

3、本发明通过在内筒和外筒上分别设置受力导体、触发导体，利用处于感应线圈磁场中的受力导体与触发导体接触时受到的安培力促使外筒旋转，并通过轮齿的啮合带动主坩埚和预热坩埚旋转，利用离心力促进主坩埚、预热坩埚内物料的径向流动，提高物料混合的均匀性和熔炼的效率。

4、本发明通过转向机构、往复连杆将外筒的旋转转化成滑塞的往复移动，并通过滑塞的下移的压力将冷却液输送进冷却腔内，同时向内筒内抽吸冷却液以保证冷却液的充足性，本方案利用感应线圈的磁场不仅实现了对物料加热熔炼的作用，同时还实现了冷却液的抽吸，进一步提高了能源的利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的局部俯视剖视图；

图3为本发明冷却液箱的俯视结构示意图；

图4为本发明的俯视图。

图中：1、炉体；2、主坩埚；201、感应线圈；202、缓流腔；203、层板；204、温-电磁阀；205、真空通道；3、预热坩埚；4、冷却液箱；401、内筒；402、外筒；5、轮齿；6、驱动组件；601、受力导体；602、触发导体；7、转向机构；701、往复连杆；8、滑塞；801、液流孔；802、温-电动阀；9、保温层；10、密封上盖；11、冷却腔；12、浇注装置。

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。

请参阅图1-4，一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，包括炉体1，炉体1内腔的中部设有主坩埚2，炉体1的内腔设有位于主坩埚2外周的预热坩埚3和冷却液箱4，预热坩埚3和冷却液箱4交错分布，主坩埚2、预热坩埚3、冷却液箱4的外壁上均设有轮齿5，冷却液箱4通过轮齿5与主坩埚2传动连接，主坩埚2通过轮齿5与预热坩埚3传动连接，主坩埚2的数量为一个，预热坩埚3、冷却液箱4的数量视需求或炉体1的体积大小设定，主坩埚2、预热坩埚3和冷却液箱4的上下两端均开设有入料口和出料口，预热坩埚3的出料口与相邻预热坩埚3的入料口顺序连通，第一个预热坩埚3的入料口与进料装置连接，进料装置为现有技术，本申请中未示出，最后一个预热坩埚3的出料口与主坩埚2的入料口相连通；

主坩埚2的内部设有感应线圈201，当给感应线圈201通电后，感应线圈201产生的磁场在感应线圈201的外周也分布有磁场线，因此将预热坩埚3设置与主坩埚2的外周，并向预热坩埚3内加入铜料，感应线圈201外周的磁场可对预热坩埚3内的铜料起到预加热的作用，提高了能量的利用率；主坩埚2和预热坩埚3的内部均开设有冷却腔11，冷却腔11的内部通入冷却水，用于对主坩埚2、预热坩埚3进行降温，避免主坩埚2、预热坩埚3的温度过高而被损坏，但是由于主坩埚2、预热坩埚3的熔炼腔内装有高温的铜溶液，因此用于给主坩埚2、预热坩埚3降温的冷却水温度与主坩埚2、预热坩埚3的温度差不宜过大，否则，主坩埚2、预热坩埚3内容易产生大量的水蒸气，水蒸气逸散至熔炼腔内会影响铜液的质量，另外，主坩埚2熔炼腔内壁的骤冷也会造成靠近内壁处的铜溶液温度降低；本申请中，感应线圈201的高度略小于主坩埚2熔炼腔的高度，感应线圈201的磁场在螺管上下入口和出口端的密度与感应线圈201中部的磁场密度相同，一般将感应线圈201设置与主坩埚2熔炼腔高度相同后，主坩埚2熔炼腔两端密集的磁感线的能量则无法被充分利用，造成能量利用效率降低；主坩埚2的内壁上连接有层板203，层板203与主坩埚2的面之间形成缓流腔202，层板203上安装有温-电磁阀204，主坩埚2的出料口连接有浇注装置12，主坩埚2熔炼腔内的铜液熔融后通过出料口进入到浇注装置12内进行浇注成型，温-电磁阀204包括温度传感器和电磁阀，温度传感器设于层板203的上方，电磁阀设于层板203上开设的通孔中，在出料阶段，当温度传感器检测到层板203上端铜液的温度降低时，则控制电磁阀即时关闭，从而避免温度低的铜液进入浇注装置12内，而缓流腔202内的铜溶液向浇注装置12内流动的时间为温度传感器和电磁阀的动作提供了充足的时间；主坩埚2、预热坩埚3的顶部均设有密封上盖10，主坩埚2的顶部设有真空通道205，真空通道205连接有真空泵，通过与真空通道205连接的真空泵可使得主坩埚2、预热坩埚3保持一致的真空度，并且也可以通过抽真空的方式使得预热坩埚3内、主坩埚2内的铜液循环持续流动，从而实现了持续熔炼的功能；在预热坩埚3内的铜液进入主坩埚2内时，由于溶液温度存在温度差，因此通过层板203、温-电磁阀204的共同作用可阻断新进主坩埚2内的铜液进入浇注装置12中；

冷却液箱4位于炉体1内，并通过热传导吸收主坩埚2、预热坩埚3的热量，并将热量传导至冷却液箱4内的冷却液中，将冷却液进行初步加热，避免冷却液与主坩埚2、预热坩埚3的温度差过大而造成产生大量蒸汽的问题，同时冷却液箱4在吸收热量预热的过程中可对主坩埚2、预热坩埚3起到初步降温的效果，但是由于冷却液箱4与主坩埚2、预热坩埚3之间不直接接触，也可避免主坩埚2、预热坩埚3的温度骤降问题；

冷却液箱4包括内筒401和外筒402，外筒402活动套接于内筒401的外周，内筒401相对于炉体1固定，外筒402相对于内筒401可转动，当外筒402转动时，通过轮齿5的啮合作用，外筒402带动主坩埚2旋转，主坩埚2带动预热坩埚3旋转，由于现有技术中，主坩埚2、预热坩埚3内的溶液在磁场的作用下存在磁搅拌的效果，但是磁搅拌的方向是从中心向四周翻转流动，即溶液在纵向上的搅拌效果较好，但是在径向上的搅拌效果较差，而通过外筒402带动主坩埚2、预热坩埚3旋转，利用离心力增加溶液的径向流动，从而提高溶液的径向搅拌效果，提高主坩埚2、预热坩埚3内溶液熔炼的效率；内筒401和外筒402均为圆筒状，内筒401和外筒402同轴装配且外筒402的高度为内筒401高度的二分之一，即内筒401的上半部分裸露于外筒402的外侧，外筒402的内壁设有保温层9，保温层9用于保持内筒401位于外筒402内的冷却液的温度，位于外筒402内的这部分冷却液温度达到可输送进主坩埚2的冷却腔11内的标准，而位于外筒402外侧的冷却液则由于没有保温层9的隔热作用，可持续通过炉体1的导热作用吸收热量加热此部分的冷却液；内筒401和外筒402上设有驱动组件6，驱动组件6可通过利用感应线圈201产生的磁场使得外筒402旋转，驱动组件6的具体结构如下：

驱动组件6包括受力导体601和触发导体602，受力导体601设于外筒402外壁的轮齿5内，受力导体601分布于感应线圈201的水平中心线上，触发导体602的数量为两个且对称设置于内筒401的外壁上，两个触发导体602内通入方向相反的电流，即受力导体601、触发导体602位于感应线圈201外周磁场方向是竖直的高度上，而感应线圈201产生的磁场的竖直方向的高度为感应线圈201的水平中心线的高度，触发导体602、受力导体601与此处的磁场垂直，因此当受力导体601旋转至与触发导体602接触时，受力导体601内通入电流，受力导体601在洛伦兹力的作用下沿主坩埚2、外筒402的切线方向移动，由于切向力的作用使得外筒402旋转，当受力导体601与触发导体602断开接触时，由于惯性继续带动外筒402旋转而转，然后下一个受力导体601与触发导体602接触，重复上述动作，实现了外筒402的连续旋转；相邻受力导体601之间的距离为触发导体602弧形面长度的二倍，因此触发导体602在与当前受力导体601分离至与下一个受力导体601的接触的过程中，存在不与触发导体602接触的时间间隔，而在此时间间隔中，外筒402的惯性转动速度稍微降低，从而使得外筒402实现间歇性的加速和降速过程，因此与外筒402啮合的主坩埚2、预热坩埚3也呈现上述转动效果，这可促使主坩埚2、预热坩埚3内的熔液所受到的离心力间歇性增大与减小，当离心力大时，溶液向四周发散，当离心力减小时，溶液向中心流动，从而进一步促进溶液的径向混合效果；受力导体601和触发导体602的相对面均呈弧形，触发导体602的倾斜设置且触发导体602靠近冷却液箱4中心的一端略低于受力导体601的底端，触发导体602远离受力导体601的一面连接有弹簧，在外筒402旋转的过程中，触发导体602先与受力导体601接触的一端略低于受力导体601，从而可以保证受力导体601与触发导体602的接触且触发导体602不阻碍受力导体601的移动，另外弹簧的作用使得触发导体602具有可移动性，可提高受力导体601与触发导体602的接触效果，同时降低受力导体601与触发导体602的接触摩擦；

内筒401的顶端开设有进液口，内筒401的底端开设有出液口，内筒401的出液口通过管道与主坩埚2、预热坩埚3的冷却腔11相连通；内筒401的内部滑动连接有滑塞8，滑塞8上开设有液流孔801，液流孔801处设有温-电动阀802，温-电动阀802与温-电磁阀204的结构大致相同，即当滑塞8上方的溶液的温度达到设定标准后，滑塞8上方的冷却液可通过液流孔801流动至滑塞8的下方，外筒402的底端连接有转向机构7，转向机构7的内部延伸出往复连杆701，转向机构7用于将外筒402的旋转转化成往复连杆701的往复移动，而往复连杆701贯穿内筒401并与内筒401内的滑塞8连接，利用往复连杆701的往复移动带动滑塞8的移动，当滑塞8向下移动，则将滑塞8下方的冷却液压进主坩埚2、预热坩埚3的冷却腔11内进行冷却，且将位于炉体1外部的冷却液抽吸进滑塞8上方的空间内，用于补充内筒401内的冷却液，内筒401的进出口处均设有单向阀，防止冷却液倒流，另外，为了避免滑塞8上移过程时受到阻碍，因此滑塞8两端的内筒401内腔均应留存一定的空间，利用空间内空气的压缩性，保证滑塞8上下移动的流畅性。

由于感应线圈201内的电流为中高频电流，因此通入受力导体601、触发导体602内的电流远小于感应线圈201内的电流即可满足主坩埚2、预热坩埚3、外筒402的旋转需求，因此大大节约了能源的使用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (6)

1.一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，包括炉体(1)，所述炉体(1)内腔的中部设有主坩埚(2)，其特征在于：所述炉体(1)的内腔设有位于主坩埚(2)外周的预热坩埚(3)和冷却液箱(4)，所述预热坩埚(3)和冷却液箱(4)交错分布，所述主坩埚(2)、预热坩埚(3)和冷却液箱(4)的外壁上均设有轮齿(5)，所述冷却液箱(4)、主坩埚(2)、预热坩埚(3)依次通过轮齿(5)传动连接，所述主坩埚(2)、预热坩埚(3)和冷却液箱(4)的上下两端均开设有入料口和出料口，所述预热坩埚(3)的出料口与相邻预热坩埚(3)的入料口顺序连通，所述主坩埚(2)、预热坩埚(3)的顶部均设有密封上盖(10)，所述冷却液箱(4)的出料口与主坩埚(2)、预热坩埚(3)的内腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，其特征在于：所述主坩埚(2)的内部设有感应线圈(201)，所述主坩埚(2)和预热坩埚(3)的内部均开设有冷却腔(11)，所述主坩埚(2)的顶部设有真空通道(205)，所述真空通道(205)连接有真空泵，所述主坩埚(2)的内壁上连接有层板(203)，所述层板(203)与主坩埚(2)的底面之间形成缓流腔(202)，所述层板(203)上设有温-电磁阀(204)，所述主坩埚(2)的出料口连通有浇注装置(12)。

3.根据权利要求1所述的一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，其特征在于：所述冷却液箱(4)包括内筒(401)和外筒(402)，所述外筒(402)活动套接于内筒(401)的外周，所述内筒(401)和外筒(402)均为圆筒状，所述内筒(401)和外筒(402)同轴装配且所述外筒(402)的高度为内筒(401)高度的二分之一，所述外筒(402)的内壁设有保温层(9)，所述内筒(401)和外筒(402)上设有驱动组件(6)，所述内筒(401)的内部滑动连接有滑塞(8)。

4.根据权利要求3所述的一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，其特征在于：所述驱动组件(6)包括受力导体(601)和触发导体(602)，所述受力导体(601)设于外筒(402)外壁上的轮齿(5)内，所述受力导体(601)分布于感应线圈(201)的水平中心线上，所述触发导体(602)的数量为两个且对称设置于内筒(401)的外壁上，两个所述触发导体(602)内通入方向相反的电流。

5.根据权利要求4所述的一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，其特征在于：所述受力导体(601)和触发导体(602)的相对面均呈弧形，所述触发导体(602)倾斜设置且所述触发导体(602)靠近冷却液箱(4)中心的一端略低于受力导体(601)的底端，相邻所述受力导体(601)之间的距离为触发导体(602)弧形面长度的二倍，所述触发导体(602)远离受力导体(601)的一面连接有弹簧。

6.根据权利要求3所述的一种高精度黄铜板带胚料熔炼装置，其特征在于：所述外筒(402)的底端连接有转向机构(7)，所述转向机构(7)的内部延伸出往复连杆(701)，所述往复连杆(701)贯穿内筒(401)的底面并延伸至内筒(401)的内部，所述往复连杆(701)与滑塞(8)相连接，所述滑塞(8)上开设有液流孔(801)，所述液流孔(801)处设有温-电动阀(802)。

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