CN204661801U - 一种真空自耗炉升降控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空自耗炉升降控制系统，其特征在于，包括一个位于炉体一侧且底部固定于地面的转盘，转盘上方设置有液压升降装置，液压升降装置的升降端和真空室壳体固定连接并用于带动其升降，液压升降装置的升降端上端还固定设置有主轴升降装置和升降主轴固定连接并用于带动升降主轴升降。所述主轴升降装置包括一根竖向设置于液压升降装置的升降端上端的丝杠，丝杠和丝杠控制电机连接并能够靠其控制旋转，丝杠上配合设置有一个螺母构成丝杠螺母传动副，螺母通过连接臂和升降主轴固定连接。本实用新型能够实现真空室壳体和升降主轴以及对芯轴的同步升降控制以及单独升降控制，具有结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠的优点。

Description

一种真空自耗炉升降控制系统

技术领域

本实用新型涉及真空炉冶金工业领域的真空自耗炉，尤其涉及一种真空自耗炉升降控制系统。

背景技术

真空自耗电极电弧炉简称真空自耗炉升降控制系统，是在真空环境中利用电弧作为热源熔炼金属的一种电炉。主要用于熔炼难熔金属及稀有金属,尤其是在钛及钛合金熔炼领域中应用非常广泛。真空自耗电极电弧炉的结构，包括内置坩埚的炉体，炉体内坩埚外设置有夹层式的冷却水室，炉体上方竖向设置有真空室壳体，真空室壳体外连接有抽真空系统，真空室壳体内套设有竖向正对坩埚设置的电极，电极包括位于上方的过渡电极和焊接在过渡电极下方的自耗电极，过渡电极上部连接在升降主轴上，升降主轴上部通过滑动密封结构可滑动地穿过真空室壳体，还设置有用于控制真空室壳体以及升降主轴进行升降的升降控制系统。其中现有的电极和升降主轴连接方式，是通过端平面对接后，靠升降主轴上的夹具对电极进行夹紧固定。

这种真空自耗炉升降控制系统工艺过程如下，待重熔的金属先制成自耗电极，和过渡电极同心牢固焊接形成电极，升降主轴上的夹具将过渡电极夹紧，自耗电极装进炉体坩锅内，自耗炉密闭，抽真空至定值，升降主轴下降将自耗电极送至近坩锅底，坩锅底上放有底垫和起弧剂，在空载电压下借助于自耗电极与起电弧剂之间的瞬时接触产生弧光放电进而达到稳定的电弧燃烧，形成一定量的金属熔池．起弧成功后转入正常熔炼．正常熔炼时合理控制电流，电压，熔炼速度和真空度，金属中的气体及低熔点的杂质就能得到脱除。

在真空自耗电极电弧重熔工艺中，自耗电极的直径和坩锅直径应有一合理的比例，电极直径太大(接近坩锅直径)，影响排气，太小则会使热损失过大，熔池温度不均匀．适中的电极直径和坩锅直径按一定比例制成，但如果电极与坩锅对中不良，即电极外圆周表面与坩锅内圆周面距离不均，或者电极与坩锅因对中不良甚至有接触点，则容易产生边弧烧坏坩锅壁，因坩锅壁外是冷却水，如发生上述事故击穿坩锅则将严重损坏设备及危害操作人员人身安全。而现有真空自耗炉升降控制系统升降主轴下端面与过渡电极配合面选用平面配合，平面配合方式当电极与主轴配合同心度良好时才能保证面接触良好，导电良好。如主轴与电极不同心，则因重力作用电极中心线与主轴中心线会出现一定夹角，配合面将难以避免的产生配合间隙，主轴与过渡电极配合不良将产生大量打弧现象，影响冶炼电流，并易损坏主轴下端面或过渡电极相应配合面，过渡电极损耗大。现有真空自耗炉升降控制系统主轴与过渡电极在夹持方面主要选用垂直夹具，此夹具缺点是只能保证夹头和电极持夹位夹紧，不能在电极夹持安装中起到自动对中作用，因而现有技术设计不能方便地完成电极与主轴以及后继与坩锅保证对中的操作要求．在实际操作中操作人员为了对好中心，往往多次夹持，多次上升下降不断调整电极与坩锅的对中情况等，并且只能靠眼睛去判断实际对中量，此方法精度很低，人为误差较大，难以防止电极轴向与主轴定位中心线及坩锅中心线之间发生径向位移，从而引起真空冶炼中因电极对中不良而产生边弧现象损坏坩锅壁，现有技术操作复杂，电极重复定位精度低、操作速度慢，难以满足批量生产时电极批量更换与及高精度重复快速定位的要求，大大降低了生产效率。

为了解决上述问题，申请人设计了一种真空自耗炉，包括内置坩埚的炉体，炉体上方竖向设置有真空室壳体，真空室壳体下端和炉体上端可分离地密封对接，真空室壳体外连接有抽真空系统，真空室壳体内套设有竖向正对坩埚设置的电极，电极包括位于上方的过渡电极和焊接在过渡电极下方的自耗电极，过渡电极上部连接在升降主轴上，升降主轴上部通过滑动密封结构可滑动地穿过真空室壳体，还设置有用于控制真空室壳体以及升降主轴进行升降的升降控制系统；所述电极上端通过电极夹持装置固定在升降主轴下端，其中，所述电极上端和升降主轴下端之间还设置有用于实现电极自动对中的对接结构；所述对接结构包括位于升降主轴下端同轴设置的安装孔，安装孔下部具有一个小直径端向上的锥筒段，对接结构还包括位于电极上端靠近端部的一个同轴设置的锥台段，锥台段小直径端向上设置，所述电极上端插入到升降主轴下端安装孔后，锥台段能够和锥筒段完成贴紧配合。

这样，当自耗电极焊接到过渡电极上形成电极整体结构后，安装电极时，将电极上端插入到升降主轴下端安装孔内，靠电极上端的锥台段和升降主轴下端安装孔内的锥筒段贴紧配合，可以完成对电极轴心的自动对中，然后再靠电极夹持装置实现对电极固定。这样就能够更好地实现对电极的夹持对中，能减少主轴与过渡电极配合面配合不良产生的打弧现象，使其电极重复定位精度高、速度快。另外，申请人在考虑设计电极夹持装置时，考虑设计一根位于升降主轴轴心孔中的芯轴，靠其下端设置夹爪紧固装置并在上端的芯轴升降机构带动下实现向下运动并将电极夹紧。

但其中升降控制系统具体结构应该怎样设置，实现真空室壳体和升降主轴以及进一步对芯轴的同步升降控制以及单独升降控制，使其结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠，成为有待考虑的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种能够实现真空室壳体和升降主轴以及进一步对芯轴的同步升降控制以及单独升降控制，结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠的真空自耗炉升降控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种真空自耗炉升降控制系统，其特征在于，所述升降控制系统，包括一个位于炉体一侧且底部固定于地面的转盘，转盘上方设置有液压升降装置，液压升降装置的升降端和真空室壳体固定连接并用于带动其升降，液压升降装置的升降端上端还固定设置有主轴升降装置和升降主轴固定连接并用于带动升降主轴升降。所述主轴升降装置包括一根竖向设置于液压升降装置的升降端上端的丝杠，丝杠和丝杠控制电机连接并能够靠其控制旋转，丝杠上配合设置有一个螺母构成丝杠螺母传动副，螺母通过连接臂和升降主轴固定连接。

这样，升降控制系统能够实现真空室壳体和升降主轴的同步升降控制，也可以实现对升降主轴的单独升降控制，具有结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠的特点，同时能够实现真空室壳体和升降主轴的旋转控制，以方便装卸维修等操作。

进一步地，还包括芯轴升降机构，所述芯轴升降机构包括固定安装在升降主轴上端端部的缸体，缸体高度方向的内腔中部具有隔板将缸体内腔分隔为上下两个腔室，所述芯轴上端可滑动地向上穿过缸体，且芯轴和缸体上下两端以及中部的隔板之间均分别设置有密封圈实现动密封，芯轴位于缸体内腔上下两个腔室内的部分各自水平固定设置有一个活塞将缸体内腔分隔为高度方向依次排布的四个气压室，缸体上还设置有四个分别和四个气压室连通的气孔接口。

进一步地，所述芯轴下端（和夹爪安装盘连接处）具有一段绝缘材料段。以进一步对芯轴进行绝缘，避免芯轴上端产生打弧现象而破坏芯轴升降机构。

这样，复合了对芯轴的升降控制功能，使得芯轴能够和升降主轴一起实现升降控制，也能够单独实现对芯轴的升降控制，同时，通过气压控制的方式，控制芯轴的升降，控制方便快捷且结构简单可靠。

综上所述，本实用新型能够实现真空室壳体和升降主轴以及对芯轴的同步升降控制以及单独升降控制，具有结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠的优点。

附图说明

图1是一种采用了本实用新型结构的真空自耗炉的结构示意图。

图2为图1中单独炉体、升降主轴和真空室壳体部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合一种采用了本实用新型结构的真空自耗炉及其附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-2所示，一种真空自耗炉，包括内置坩埚的炉体12，炉体内坩埚外设置有夹层式的冷却水室，炉体12上方竖向设置有真空室壳体15，真空室壳体15下端和炉体上端可分离地密封对接，真空室壳体外连接有抽真空系统，真空室壳体内套设有竖向正对坩埚14设置的电极，电极包括位于上方的过渡电极1和焊接在过渡电极1下方的自耗电极13，过渡电极1上部连接在升降主轴7上，升降主轴7上部通过滑动密封结构16可滑动地穿过真空室壳体，还设置有用于控制真空室壳体以及升降主轴进行升降的升降控制系统；所述电极上端通过电极夹持装置固定在升降主轴下端，其中，所述电极上端和升降主轴下端之间还设置有用于实现电极自动对中的对接结构。

其中，所述对接结构包括位于升降主轴7下端同轴设置的安装孔，安装孔下部具有一个小直径端向上的锥筒段，对接结构还包括位于电极上端靠近端部的一个同轴设置的锥台段，锥台段小直径端向上设置，所述电极上端插入到升降主轴下端安装孔后，锥台段能够和锥筒段完成贴紧配合。

这样，当自耗电极焊接到过渡电极上形成电极整体结构后，安装电极时，将电极上端插入到升降主轴下端安装孔内，靠电极上端的锥台段和升降主轴下端安装孔内的锥筒段贴紧配合，可以完成对电极轴心的自动对中，然后再靠电极夹持装置实现对电极固定。这样就能够更好地实现对电极的夹持对中，能减少主轴与过渡电极配合面配合不良产生的打弧现象，使其电极重复定位精度高、速度快。

其中，所述安装孔下部过盈配合套设有一个铜套2形成所述锥筒段，铜套2内表面为锥筒形外表面为圆柱形。

这样，单独采用铜套形成锥筒段的定位配合面，铜套利于导电且表面更加光滑耐磨，同时当定位面磨损后，可以通过拆卸更换铜套的方式，保证定位精确效果。

其中，所述电极上部锥台段下方位置还沿周向向外设置有两圈夹持用的凸台。这样，方便对电极的夹持移动以实现安装定位。

其中，所述电极夹持装置，包括位于升降主轴下端安装孔内且固定于电极上端端部的一个和电极同轴设置的夹持头，夹持头下部为向内收缩的弧形面且在下端通过同轴竖向设置的连接柱固定连接在电极的锥台段上端轴心位置，电极夹持装置还包括一根芯轴6，芯轴6竖向同轴设置在升降主轴轴心处的轴心孔中，芯轴6上端通过芯轴升降机构安装在升降主轴上端且能够靠其控制升降，芯轴下端固定连接有一个水平设置的夹爪安装盘4，夹爪安装盘4周边均匀开设有多个安装槽且在各安装槽内可竖向转动地铰接安装有活动夹爪3，活动夹爪3整体围成小直径端向下的锥套形状，且围成的锥套下部内腔和夹持头外形匹配，活动夹爪围成的锥套外表面和周向设置在升降主轴下端安装孔内壁上的一圈限位凸台配合，使得芯轴向下运动时能够靠限位凸台迫使活动夹爪下端向内转动并将夹持头夹紧固定。

这样，当电极对接定位后，芯轴升降机构控制芯轴向下移动，使得活动夹爪和升降主轴内孔中的限位凸台接触并被迫转动，将夹持头夹紧固定；实现对主轴的夹持紧固。这样使得电极对接定位后，从内部进行夹持固定。采用的夹持结构能够极大地保证夹持的同轴度要求，实现无间隙配合自动对心定位夹持，防止电极轴向方向与主轴定位中心线发生径向位移，造成真空冶炼中发生因电极对中不良而产生边弧烧坏坩锅壁，出现冶炼事故，同样大大减少主轴与过渡电极配合面因配合不良产生的打弧现象。

其中，所述升降主轴下端安装孔内位于限位凸台上方还设置有滑槽，所述活动夹爪外表面上部具有外凸配合在滑槽内的滑台。这样可以更好地保证配合过程中，活动夹爪围成的锥套和升降主轴以及电极之间的同轴度，确保电极对中效果。

其中，所述活动夹爪外方的升降主轴下端安装孔内套接嵌设有绝缘套5，所述限位凸台和滑槽均形成于所述绝缘套5内表面。这样，单独嵌设的绝缘套，可以利于该位置内腔结构的设置成形，同时磨损后方便更换以保证配合精度，保证对中效果。同时绝缘套还可以实现绝缘，避免芯轴上端产生打弧现象。进一步地，所述芯轴下端和夹爪安装盘连接处具有一段绝缘材料段。以进一步对芯轴进行绝缘，避免芯轴上端产生打弧现象而破坏装置。

其中，所述芯轴升降机构包括固定安装在升降主轴上端端部的缸体17，缸体高度方向的内腔中部具有隔板将缸体17内腔分隔为上下两个腔室，所述芯轴6上端可滑动地向上穿过缸体17，且芯轴和缸体上下两端以及中部的隔板之间均分别设置有密封圈实现动密封，芯轴位于缸体内腔上下两个腔室内的部分各自水平固定设置有一个活塞将缸体内腔分隔为高度方向依次排布的四个气压室，四个气缸室由上到下依次排布为第一气缸室11，第二气缸室10，第三气缸室9和第四气缸室8，缸体上还设置有四个分别和四个气压室连通的气孔接口。

这样，通过气压控制的方式，控制芯轴的升降，控制方便快捷且结构简单可靠。

其中，所述升降控制系统，包括一个位于炉体一侧且底部固定于地面的转盘26，转盘上方设置有液压升降装置，液压升降装置的升降端18和真空室壳体15固定连接并用于带动其升降，液压升降装置的升降端18上端还固定设置有主轴升降装置和升降主轴7固定连接并用于带动升降主轴7升降。所述主轴升降装置包括一根竖向设置于液压升降装置的升降端上端的丝杠27，丝杠27和丝杠控制电机连接并能够靠其控制旋转，丝杠上配合设置有一个螺母构成丝杠螺母传动副，螺母通过连接臂和升降主轴7固定连接。

这样，升降控制系统能够实现真空室壳体和升降主轴的同步升降控制，也可以实现对升降主轴的单独升降控制，具有结构简单，控制方便快捷，运动过程稳定可靠的特点，同时能够实现真空室壳体和升降主轴的旋转控制，以方便装卸维修等操作。

其中，所述抽真空系统包括和真空室壳体连接的抽气管道28，抽气管道28上远离真空室壳体一端串联设置有两个罗茨真空泵22、23和一个滑阀真空泵25，两个罗茨真空泵后端以及前端和滑阀真空泵之间的抽气管道上还分别设置有一个前级控制阀21、24，抽气管道上还设置有和两个罗茨真空泵及其后端的前级控制阀并联的旁路管道，旁路管道上设置有旁路控制阀20，旁路管道后方的抽气管道28上还连接有带开关阀的第一旁通管19，两个罗茨真空泵前端的前级控制阀和滑阀真空泵之间的抽气管道上还连接有带开关阀的第二旁通管29。其中，抽真空时气流流动方向为前方。

这样，抽真空系统采用了两套管路，抽真空时，可以先关闭第一旁通管和第二旁通管；开启旁路管道和两个罗茨真空泵前端的前级控制阀，关闭两个罗茨真空泵后端的前级控制阀，关闭第二旁通管，通过滑阀真空泵进行预抽真空。预抽到一定程度后，关闭旁路管道上的旁路控制阀，开启两个罗茨真空泵前端的前级控制阀，打开第二旁通管，靠两个罗茨真空泵进行深度抽真空。这样保证了抽真空过程的快捷，可靠，抽真空程度高且不易损伤设备，延长设备使用寿命。当冶炼完毕后，可以开启第一旁通管进行放气，带炉体内气压平衡后，再移开真空室壳体，保证气压冲击带来安全隐患。

Claims (3)

1.一种真空自耗炉升降控制系统，其特征在于，所述升降控制系统，包括一个位于炉体一侧且底部固定于地面的转盘，转盘上方设置有液压升降装置，液压升降装置的升降端和真空室壳体固定连接并用于带动其升降，液压升降装置的升降端上端还固定设置有主轴升降装置和升降主轴固定连接并用于带动升降主轴升降；

所述主轴升降装置包括一根竖向设置于液压升降装置的升降端上端的丝杠，丝杠和丝杠控制电机连接并能够靠其控制旋转，丝杠上配合设置有一个螺母构成丝杠螺母传动副，螺母通过连接臂和升降主轴固定连接。

2.如权利要求1所述的真空自耗炉升降控制系统，其特征在于，还包括芯轴升降机构，所述芯轴升降机构包括固定安装在升降主轴上端端部的缸体，缸体高度方向的内腔中部具有隔板将缸体内腔分隔为上下两个腔室，所述芯轴上端可滑动地向上穿过缸体，且芯轴和缸体上下两端以及中部的隔板之间均分别设置有密封圈实现动密封，芯轴位于缸体内腔上下两个腔室内的部分各自水平固定设置有一个活塞将缸体内腔分隔为高度方向依次排布的四个气压室，缸体上还设置有四个分别和四个气压室连通的气孔接口。

3.如权利要求2所述的真空自耗炉升降控制系统，其特征在于，所述芯轴下端具有一段绝缘材料段。