CN115094242A - 一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子束炉冷床技术领域的一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置，炉冷床包括：床体，所述床体一侧形成物料熔化区；底托，所述底托设于所述床体背离物料熔化区的一侧，所述底托与所述床体四周密封连接；冷却装置，所述冷却装置设于所述床体与所述底托之间，用于对床体进行降温。本申请的炉冷床采用分体式结构进行加工，由床体和底托密封连接形成，使得冷却装置能够置于床体和底托之间，不仅提升了熔炼设备的运转安全性，而且能够使得冷却装置的加工、布置更加简单便捷，从而最大程度的发挥出冷却装置的换热作用，提高炉冷床的换热效率以及提高炉冷床的使用寿命。

Description

一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置

技术领域

本申请涉及电子束炉冷床技术领域，尤其是涉及一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置。

背景技术

电子束熔炼炉是一种特殊的真空冶金设备，将电子束熔炼炉抽真空，利用电子枪组件向结晶器内的底锭和炉冷床上的物料发射电子束，使底锭在结晶器内熔化形成熔池，炉冷床上的物料也不断地被熔化滴落到熔池内，从而实现熔炼过程，然后再经过快速冷却后形成金属锭。

目前的炉冷床常采用水套侧板结构或炉冷床内部加工腔体形成水路的方式进行降温；水套侧板与电子束炉冷床主体在侧面用密封圈的方式进行密封，该连接方式容易受到变型以及高温的影响，结构不稳定，在处于长期高温的熔炼环境里，后期极易发生渗水事故，对设备的安全运转造成影响；对于炉冷床内部加工腔体形成水路的方式，其加工难度系数大，且加工难度因素造成水路设计单一，使得换热效率较低。

发明内容

为了提升设备的运转安全性和炉冷床的换热效率，本申请提供一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置。

根据本发明的第一方面，提供一种炉冷床，包括：床体，所述床体一侧形成物料熔化区；底托，所述底托设于所述床体背离物料熔化区的一侧，所述底托与所述床体四周密封连接；冷却装置，所述冷却装置设于所述床体与所述底托之间，用于对床体进行降温。

通过使用本技术方案中的炉冷床，将炉冷床采用分体式结构进行加工，由床体和底托密封连接形成，使得冷却装置能够置于床体和底托之间，不仅减少了物料飞溅以及高温环境对冷却装置造成的不利影响，提升了熔炼设备的运转安全性，而且分体式结构，使得冷却装置的加工、布置更加简单便捷，从而实现在床体与底托之间根据熔炼工艺对冷却装置进行科学的设计，最大程度的发挥出冷却装置的换热作用，进而提高炉冷床的换热效率以及提高炉冷床的使用寿命。

另外，根据本申请的炉冷床，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述床体与所述底托由焊接连接的方式密封连接。

在本发明的一些实施方式中，所述床体与所述底托相对一侧的四周开设有坡口结构。

在本发明的一些实施方式中，所述坡口结构表面与床体朝向底托一侧或底托朝向床体一侧的夹角为30-60°。

在本发明的一些实施方式中，所述床体与所述底托之间设有卯榫结构；所述卯榫结构包括第一连接端和第二连接端；其中，所述第一连接端设于所述床体朝向底托一侧；所述第二连接端设于所述底托朝向床体一侧。

在本发明的一些实施方式中，所述第一连接端为连接在所述床体朝向底托一侧的四周的各一个凸条，所述第二连接端为开设于所述底托朝向床体一侧的与每个凸条适配的凹槽。

在本发明的一些实施方式中，每相邻的两个所述凸条端部之间均留有间隙。

在本发明的一些实施方式中，所述冷却装置包括依次连通的进液端、第一水路、第二水路和出液端；其中，所述第一水路靠近所述物料熔化区第一区域布置，所述第二水路靠近物料熔化区第二区域布置；其中，所述第一区域的温度高于第二区域的温度。

在本发明的一些实施方式中，所述第一水路和第二水路由开设于床体朝向底托一侧和底托朝向床体一侧中的至少一个面上的水槽构成，所述第一水路和第二水路的图形分别加工为方形、圆形或椭圆形。

在本发明的一些实施方式中，所述第一水路和第二水路分别呈蛇形排布。

在本发明的一些实施方式中，所述床体和底托为纯紫铜材料制作而成。

根据本发明的第二方面，提供一种制造方法，用于制造上述的炉冷床，包括以下步骤：选取材料，分别加工出床体和底托；在床体和底托相对一侧布置冷却装置；将床体和底托密封连接在一起。

另外，根据本申请的制造方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述材料为纯紫铜材料，所述纯紫铜材料加工前期进行热锻压处理。

根据本发明的第三方面，提供一种熔炼装置，所述熔炼装置包括上述的炉冷床。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本申请实施方式炉冷床的整体结构示意图；

图2是体现床体底部和底托顶部的结构示意图；

图3是图2中A部分的局部放大示意图。

附图中各标号表示如下：1、床体；11、物料熔化区；12、槽口；2、底托；21、凹槽；3、冷却装置；31、进液端；32、第一水路；33、第二水路；34、出液端；4、凸条；5、坡口结构。

具体实施方式

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了方便理解本申请实施例提供的炉冷床及其制造方法和熔炼装置，首先说明一下其应用场景，本申请实施例提供的炉冷床用于电子束熔炼炉，可以应用于高熔点难熔性金属材料，比如钽、铌等难熔金属，另外，该炉冷床同样适用于其他类金属或一些废旧金属的熔化；电子束熔炼炉在工作时，在电子束的照射下，其炉内温度非常高，如熔炼铌铝合金时，温度可达2700℃，而目前的炉冷床常采用水套侧板结构或炉冷床内部加工腔体形成水路的方式进行降温。

其中，水套侧板结构的进出水管道托板与炉冷床直接是通过密封圈方式密封，在熔炼过程中，物料飞溅以及高温环境，容易对密封圈造成破坏，使得密封位置容易出现渗水，从而导致炉内真空降低，不仅影响产品质量，而且会对设备的安全运转造成影响，此外密封圈的密封方式，对于两个平面的平整度要求很高，在高温环境下，炉冷床以及进出水管道托板容易发生变形，也容易导致密封位置出现渗水。

对于炉冷床内部加工腔体形成水路的方式，由于工作人员在炉冷床上由外向内加工出腔体，受加工环境和加工工艺的限制，使得其加工难度系数大，且加工难度因素造成水路设计单一，很难根据炉冷床各区域受热强度的不同而合理的设计水路并进行加工，从而使得换热效率较低，相应的也降低了炉冷床的使用寿命。

因此，本申请提供了一种炉冷床及其制造方法和熔炼装置，以提升熔炼设备的运转安全性和炉冷床的换热效率以及提高炉冷床的使用寿命，下面结合附图对本申请实施例提供的炉冷床及其制造方法和熔炼装置进行说明。

本申请实施例公开一种炉冷床。如图1和图2所示，炉冷床包括床体1、底托2和冷却装置3，其中，床体1一侧形成物料熔化区11，底托2设于床体1背离物料熔化区11的一侧，且底托2与床体1四周密封连接，冷却装置3则设于床体1与底托2之间以用于对床体1进行降温。

通过使用本技术方案中的炉冷床，将炉冷床采用分体式结构进行加工，由床体1和底托2密封连接形成，使得冷却装置3能够置于床体1和底托2之间，不仅减少了物料飞溅以及高温环境对冷却装置3造成的不利影响，提升了熔炼设备的运转安全性，而且分体式结构，使得冷却装置3的加工、布置更加简单便捷，从而实现在床体1与底托2之间根据熔炼工艺对冷却装置3进行科学的设计，最大程度的发挥出冷却装置3的换热作用，进而提高炉冷床的换热效率以及提高炉冷床的使用寿命。

具体地，本实施方式中的物料熔化区11由床体1上表面靠近中部区域通过凹陷的方式形成，且物料熔化区11一端形成与结晶器顶部连通的槽口12，以用于物料熔化区11内不断熔化的物料滴落进结晶器内；另外在物料熔化区11及槽口12表面还可形成有凝壳，与冷却装置3协同配合，对炉冷床整体进行防护，并对熔炼过程中沉淀的高密度杂质进行承载。

具体地，本实施方式中的底托2底部或者中心处还可形成一定体积的槽或腔的结构，通过合理的受力分析结构强度计算，使在不影响其结构强度、该环境的正常使用及冷却装置3的布置的情况下，减少炉冷床整体的材料使用和自身重量，从而降低生产成本以及加工过程中底托2的搬运难度。

在本发明的一些实施方式中，如图1和图2所示，床体1与底托2由焊接连接的方式密封连接。通过焊接的方式，对床体1与底托2进行固定，并对床体1与底托2之间的拼接缝进行封闭，使得床体1与底托2之间的连接牢固耐久，且拼接缝的密封度高，降低了后期使用过程中的维护频率，另外对于冷却装置3也能起到最大限度的防护。

具体地，本实施方式中的床体1和底托2可以选用纯紫铜材料制作而成。纯紫铜具有优良的导热性和耐蚀性，同时还具有良好的焊接性和延展性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品；不仅使得床体1与底托2的加工过程更加简单，而且方便对床体1与底托2进行焊接，同时使得炉冷床与冷却装置3更容易进行热交换。

具体地，本实施方式中床体1与底托2的焊接方式，可以选用气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等。在其他的实施方式中，床体1与底托2还可使用螺栓连接、铆接等方式，使床体1与底托2紧密无间隙的贴合在一起。

在本发明的一些实施方式中，如图2和图3所示，床体1与底托2相对一侧的四周开设有坡口结构5。坡口结构5的设置，可实现完全熔透，还可调整焊缝成分及性能、改善结晶条件，从而保证床体1与底托2焊接处的焊接质量。床体1与底托2上的坡口结构5共同形成的沟槽的形状可以为V型、U型Y型等，具体的，本实施方式中沟槽的形状为V型，坡口结构5表面与床体1朝向底托2一侧或底托2朝向床体1一侧的夹角为30-60°。

在本发明的一些实施方式中，如图2和图3所示，床体1与底托2之间设有卯榫结构。通过床体1与底托2之间的卯榫结构，使得在对床体1与底托2进行焊接前，可对床体1与底托2在水平方向进行定位，同时在焊接过程中，避免了床体1与底托2发生微小距离的滑移，从而大大提高了床体1与底托2之间的焊接质量，另外配合床体1与底托2之间的焊接连接，卯榫结构使得床体1与底托2之间的连接更加紧密，使床体1与底托2更能形成一个整体，在高温环境下，不管是作为个体还是作为整体，床体1与底托2都更不易发生形变。

在本发明的一些实施方式中，如图2和图3所示，卯榫结构包括第一连接端和第二连接端；其中，第一连接端设于床体1朝向底托2一侧；第二连接端设于底托2朝向床体1一侧。由第一连接端和第二连接端的插接配合，以此实现床体1与底托2直接的卯榫连接。

在本发明的一些实施方式中，如图2和图3所示，第一连接端为连接在床体1朝向底托2一侧的四周的各一个凸条4，第二连接端为开设于底托2朝向床体1一侧的与每个凸条4适配的凹槽21。由于床体1底部凸条4与底托2上表面凹槽21的插接配合，使床体1与底托2除焊接处以外，实现在竖直方向与水平方向连接性的增强，由此实现床体1与底托2卯榫结构的连接，此外，凸条4与凹槽21配合使床体1与底托2在水平方向形成多方位力的加持，使炉冷床在使用时，大大减轻了床体1与底托2之间焊接缝所承担的力的作用，减少了对焊接缝造成破坏的可能性。

具体的，在其他的实施方式中，凸条4也可设置在底托2上，相应的，凹槽21可开设于床体1底部；或者凸条4的形状还可以为柱状体、锥状体等，任何能够实现床体1与底托2卯榫结构连接的结构均属于本发明的保护范围。

在本发明的一些实施方式中，如图2和图3所示，每相邻的两个凸条4端部之间均留有间隙。相邻凸条4端部之间的间隙，避免了底托2上各凹槽21相互连通，降低了对底托2结构强度造成的影响，而且最大程度的增加了凸条4的长度，使床体1与底托2由凸条4与凹槽21形成接近一整圈的交叉结构，使冷却装置3布置在床体1与底托2之间时，可以获得更加稳定的防护，如减少床体1与底托2之间冷却用冷却液泄露至外界的可能性。

在本发明的一些实施方式中，如图1和图2所示，冷却装置3包括依次连通的进液端31、第一水路32、第二水路33和出液端34；其中，第一水路32靠近物料熔化区11第一区域布置，第二水路33靠近物料熔化区11第二区域布置；其中，第一区域的温度高于第二区域的温度。

当冷却液由进液端31进入时，首先会进入第一水路32中，然后在第一水路32中进行换热的同时，逐渐流向第二水路33并继续在第二水路33中进行换热，最终从出液端34流出，将第一水路32置于物料熔化区11温度较高的第一区域下方以及将第二水路33置于物料熔化区11温度较低的第二区域下方，使得冷却液可以更加科学的对床体1进行降温，增强床体1各区域温度控制的均衡，减少了床体1发生局部高温损害或者局部低温对金属熔炼造成影响的可能性，既保证了对金属高效、高质量的熔炼，又保证了对炉冷床最大程度的防护。

具体的，本实施方式中第一区域位于物料熔化区11靠近槽口12一侧，第二区域位于物料熔化区11远离槽口12一侧；在其他实施方式中，第一区域和第二区域还可设置成其他的方位布置，且第一区域和第二区域还可各设置成多个，多个第一区域或者多个第二区域可分别通过并联或串联的方式与进液端31和出液端34连通，任何能够实现高温、低温不同区域均衡冷却的结构均属于本发明的保护范围。

在本发明的一些实施方式中，如图1和图2所示，第一水路32和第二水路33由开设于床体1朝向底托2一侧和底托2朝向床体1一侧中的至少一个面上的水槽构成。通过在床体1与底托2上直接开设水槽形成第一水路32和第二水路33，使得冷却液可以更加直接的与床体1和底托2进行接触并实现换热，以此实现高效控温的目的，配合床体1与底托2四周的紧密的密封连接，实现风险最低化。

具体的，本实施方式中进液端31和出液端34分别由连接在床体1与底托2上管道形成，两个管道分别与第一水路32和第二水路33连通，管道同样通过焊接的方式紧密无缝的连接在床体1与底托2侧壁上；第一水路32和第二水路33整体呈迷宫式结构，整体图形可分别加工为方形、圆形或椭圆形等，在本实施方式中，第一水路32和第二水路33分别呈蛇形排布，且第一水路32和第二水路33的图形分别加工为方形。

本发明还提出了一种制造方法，用于制造上述的炉冷床，包括以下步骤：首先选取加工床体1和底托2所需的材料，分别加工出床体1和底托2；然后根据炉冷床使用时，床体1物料熔化区11各区域的受热情况，既区分出高温区域和低温区域，然后根据床体1物料熔化区11各区域受热不同，在床体1和底托2相对一侧布置冷却装置3，之后将床体1和底托2密封连接在一起。

通过该制造方法制造炉冷床，虽采用分体式结构，但整体加工过程简单，既实现了生产成本的控制，同时所生产出的炉冷床具有优异的性能，生产出的炉冷床相对于目前的炉冷床的具体有益效果与上述的炉冷床相同，在此不再进行赘述。

在本发明的一些实施方式中，材料为纯紫铜材料，纯紫铜材料加工前期进行热锻压处理。

本发明还提出了一种熔炼装置，该熔炼装置包括上述的炉冷床，在该熔炼装置中，炉冷床用于高熔点难熔性金属材料熔化过程中的物料承载；相比于目前的炉冷床的冷却方式，本申请的炉冷床具有更高换热效率和更高使用安全性的冷却装置3，从而使得其能够更好的适应高熔点难熔性金属材料的熔化，此外，对于其他熔点较低的金属材料，该炉冷床同样具有优良的使用效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种炉冷床，其特征在于，包括：

床体，所述床体一侧形成物料熔化区；

底托，所述底托设于所述床体背离物料熔化区的一侧，所述底托与所述床体四周密封连接；

冷却装置，所述冷却装置设于所述床体与所述底托之间，用于对床体进行降温。

2.根据权利要求1所述的炉冷床，其特征在于，所述床体与所述底托由焊接连接的方式密封连接。

3.根据权利要求2所述的炉冷床，其特征在于，所述床体与所述底托相对一侧的四周开设有坡口结构。

4.根据权利要求3所述的炉冷床，其特征在于，所述床体与所述底托之间设有卯榫结构；

所述卯榫结构包括第一连接端和第二连接端；其中，

所述第一连接端设于所述床体朝向底托一侧；所述第二连接端设于所述底托朝向床体一侧。

5.根据权利要求4所述的炉冷床，其特征在于，所述第一连接端为连接在所述床体朝向底托一侧的四周的各一个凸条，所述第二连接端为开设于所述底托朝向床体一侧的与每个凸条适配的凹槽。

6.根据权利要求1所述的炉冷床，其特征在于，所述冷却装置包括依次连通的进液端、第一水路、第二水路和出液端；其中，

所述第一水路靠近所述物料熔化区第一区域布置，所述第二水路靠近物料熔化区第二区域布置；其中，

所述第一区域的温度高于第二区域的温度。

7.根据权利要求6所述的炉冷床，其特征在于，所述第一水路和第二水路由开设于床体朝向底托一侧和底托朝向床体一侧中的至少一个面上的水槽构成，所述第一水路和第二水路的图形分别加工为方形、圆形或椭圆形。

8.一种制造方法，用于制造如权利要求1-7任一项所述的炉冷床，其特征在于，包括以下步骤：

选取材料，分别加工出床体和底托；

在床体和底托相对一侧布置冷却装置；

将床体和底托密封连接在一起。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述材料为纯紫铜材料，所述纯紫铜材料加工前期进行热锻压处理。

10.一种熔炼装置，其特征在于，所述熔炼装置包括权利要求1至7中任意一项所述的炉冷床。

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