CN217202900U - 一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种熔炼装置，具体地说，涉及一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置。其包括加料系统、整体式水冷炉床和铸造系统，所述加料系统底部设置有炉体，所述整体式水冷炉床包括倾炉装置和熔炼区水冷炉床凝壳，所述熔炼区水冷炉床凝壳设置在倾炉装置的上方，所述熔炼区水冷炉床凝壳的一端设置有第一精练区水冷炉床凝壳，所述第一精练区水冷炉床凝壳的一侧设置有第二精练区水冷炉床凝壳，该钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置中，通过边熔炼、边精炼、边铸造工艺，使不同熔点、不同蒸汽压的合金元素都能有效熔化和合金化，降低低熔点、高蒸汽压元素熔炼损失，解决了合金的成分控制极为困难，熔炼成本也极高的问题。

Description

一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置

技术领域

本实用新型涉及一种熔炼装置，具体地说，涉及一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置。

背景技术

钛是高熔点的活性金属，在高温条件下，能同耐火材料炉衬及周围环境中的碳、氮、氧、水等介质发生剧烈的化学反应，常用的炉衬和熔炼装置无法熔炼钛合金。采用真空自耗电弧熔炼炉、真空电子束炉可以生产钛及钛合金的铸锭，存在的问题是：

采用真空自耗电弧熔炼技术熔炼钛及钛合金时，需要专用的电极制备装置，操作过程需要在氩气保护的条件下进行，设备投资大、生产准备环节多、生产流程长、生产成本高；无法有效回收、利用后道加工工序所产生的工艺废料，极大地增加了钛锭的原料制造成本；只能铸造钛及钛合金园锭，不能满足异型锭的生产需求；无法有效脱除溶入合金中的氢、氧等气体，除气效果较差。不能有效脱除合金液中的高密度、低密度夹杂，是造成航空件断裂失效的主要原因。

采用真空电子束炉熔炼钛及钛合金时，由于合金液在高温、高真空的条件下暴露的时间长，可以有效脱除合金的气体，通过溶解、熔化、浮选、沉降等精炼机制，也能消除合金中的高密度、低密度夹杂。存在的问题是，在熔炼含低熔点、低蒸汽压的合金元素时，这类元素的蒸发损耗特别大。利用电子束炉熔炼含铝量高的钛合金时，铝的蒸发损失达到44％；熔炼含锰的钛合金时，锰的蒸发损失可以达到95％；熔炼含锡的钛合金时，锡的蒸发损失达到100％，合金的成分控制极为困难，熔炼成本也极高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，包括加料系统、整体式水冷炉床和铸造系统，所述加料系统底部设置有炉体；

所述整体式水冷炉床包括倾炉装置和熔炼区水冷炉床凝壳，所述熔炼区水冷炉床凝壳设置在倾炉装置的上方，所述熔炼区水冷炉床凝壳的一端设置有第一精练区水冷炉床凝壳，所述第一精练区水冷炉床凝壳的一侧设置有第二精练区水冷炉床凝壳，所述熔炼区水冷炉床凝壳的上方设置有熔化等离子枪，所述第一精练区水冷炉床凝壳的上方设置有第一精炼等离子枪，所述第二精练区水冷炉床凝壳的上方设置有第二精炼等离子枪，所述熔炼区水冷炉床凝壳的一侧设置有转注口；

所述铸造系统包括设置铸锭，所述铸锭内设置有结晶器，所述铸锭底部设置有铸锭装置。

作为本技术方案的进一步改进，所述加料系统包括第一密闭料仓，所述第一密闭料仓的下方设置有加料小车。

作为本技术方案的进一步改进，所述加料系统还包括第二密闭料仓。

作为本技术方案的进一步改进，所述炉体的一侧设置有氦气回收装置。

作为本技术方案的进一步改进，所述炉体内设置有氦气供气装置和真空系统。

作为本技术方案的进一步改进，所述炉体内真空度压力为0.1-304KPa之间。

作为本技术方案的进一步改进，所述铸锭的上方设置有铸造保温等离子枪。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

该钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置中，通过边熔炼、边精炼、边铸造工艺，使不同熔点、不同蒸汽压的合金元素都能有效熔化和合金化，降低低熔点、高蒸汽压元素熔炼损失，解决了合金的成分控制极为困难，熔炼成本也极高的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图。

图中各个标号意义为：

1、第一密闭料仓；2、第二密闭料仓；3、加料小车；4、散碎的炉料；5、炉体；6、待熔化的炉料；7、整体式水冷炉床；8、倾炉装置；9a、熔炼区水冷炉床凝壳；9b、第一精练区水冷炉床凝壳；9c、第二精炼区水冷炉床凝壳；

10、熔化等离子枪；11、高能等离子束；12、熔化区；12a、熔化的合金液；13、第一精炼等离子枪；14、第一精炼区；14a、一次精炼合金；15、第二精炼等离子枪；16、第二精炼区；17、转注口；18、二次精炼合金液；19、铸造保温等离子枪；

20、铸造合金液；21、铸锭；22、结晶器；23、铸锭装置；24、氦气供气装置；25、真空系统；26、氦气回收装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

请参阅图1所示，本实施例提供一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，包括加料系统、整体式水冷炉床7和铸造系统，加料系统底部设置有炉体5；

整体式水冷炉床7包括倾炉装置8和熔炼区水冷炉床凝壳9a，熔炼区水冷炉床凝壳9a 设置在倾炉装置8的上方，熔炼区水冷炉床凝壳9a的一端设置有第一精练区水冷炉床凝壳 9b，第一精练区水冷炉床凝壳9b的一侧设置有第二精练区水冷炉床凝壳9c，熔炼区水冷炉床凝壳9a的上方设置有熔化等离子枪10，熔化等离子枪10喷出的物质为高能等离子束11，高能等离子束11的喷射处为融化区12，融化区12内设有待熔化的炉料6和熔化的合金液12a，第一精练区水冷炉床凝壳9b的上方设置有第一精炼等离子枪13，第一精炼等离子枪13的喷射处为第一精炼区14，第一精炼区14内设有一次精炼合金14a，第二精练区水冷炉床凝壳9c的上方设置有第二精炼等离子枪15，第二精炼等离子枪15的喷射处为第二精炼区16，第二精炼区16内设有二次精炼合金液18，熔炼区水冷炉床凝壳9a的一侧设置有转注口17；

铸造系统包括设置铸锭21，铸锭21内设置有铸造合金液20，铸造合金液20由转注口17流入至铸锭21内，铸锭21内设置有结晶器22，铸锭21底部设置有铸锭装置23，通过边熔炼、边精炼、边铸造工艺，使不同熔点、不同蒸汽压的合金元素都能有效熔化和合金化，降低低熔点、高蒸汽压元素熔炼损失。可适合于熔炼含铝量较高、易烧损、铸态粗晶塑性很差、极难熔炼Ti-Al基金属化合物。可以直接利用经过净化处理的残料、回炉料，节约加工成本20-40％。可以生产尺寸很大的园锭或者异型锭。

除此之外，加料系统包括第一密闭料仓1，第一密闭料仓1的下方设置有加料小车3，加料小车3内设置有散碎的炉料4，在熔炼期间，第一密闭料仓1按照熔化工艺，将散碎的炉料4加入加料小车3，由加料小车3将散碎的炉料4输送入整体式水冷炉床7的熔化区12中熔化。

进一步的，为了提高生产效率，加料系统还包括第二密闭料仓2，第二密闭料仓2可为装料、备料准备，实现不间歇供料，进而提高生产效率。

进一步的，为了减低生产成本，炉体5的一侧设置有氦气回收装置26，通过设置的氦气回收装置26，用于回收氩气或者氦气，进而降低熔炼过程的生产成本。

除此之外，炉体5内设置有氦气供气装置24和真空系统25，真空系统25对炉体5内抽真空，通过氦气供气装置24对多个枪体提供电离所需的介质。

进一步的，炉体5内真空度压力为0.1-304KPa之间，炉压取低限时，可以有效去除合金中的气体和易挥发杂质元素，提高合金纯度。炉压取高限时，可以降低低熔点、高蒸汽压合金元素的熔炼损失，合金元素的成分易于控制。通过调整不同熔炼期的炉压，可以使不同熔点、不同蒸汽压的合金元素都能有效熔化和合金化。

进一步的，铸锭21的上方设置有铸造保温等离子枪19，铸造位等离子枪19对钛合金液20进行保温，防止钛合金液20温度下降过快。

本实施例一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，在使用时，当加料小车3将散碎的炉料4输送入整体式水冷炉床7的熔化区12后，熔化等离子枪10将高能等离子束11 照射到待熔化的炉料6上，将炉料熔化，熔化的合金液汇入整体式水冷炉床7中，受整体式水冷炉床7的水冷作用的影响，合金液在整体式水冷炉床7的表面形成熔化区12，熔炼区水冷炉床凝壳9a、第一精练区水冷炉床凝壳9b、第二精炼区水冷炉床凝壳9c，在整体式水冷炉床7中熔炼区水冷炉床凝壳9a、第一精练区水冷炉床凝壳9b、第二精炼区水冷炉床凝壳9c起到了炉衬的作用，使合金液与整体式水冷炉床7的基体金属隔离，防止整体式水冷炉床7的基体金属污染高温的钛合金液；

整体式水冷炉床7内熔化区12中熔化的合金液12a，在重力的作用下转入第一精炼区 14，第一精炼等离子枪13对熔化的合金液12a进行升温，保证精炼过程中合金液具有工艺要求的过热度。通过高温、真空脱除合金液中的气体和低熔点杂质，通过调节炉压控制低熔点合金元素烧损。通过控制熔炼温度和保温时间，使合金液中高密度、低密度夹杂熔化、溶解，金属液中不能充分熔化、溶解去除的高密度夹杂通过沉降凝固，第一精练区水冷炉床凝壳9b中，部分未沉降的高密度夹杂仍然留在一次精炼合金14a中。合金液14a 在重力的作用下转入第二精炼区16中，第二精炼等离子枪15对转入的一次精炼合金14a 进行升温，保证精炼过程中合金液具有工艺要求的过热度。通过高温、真空脱除合金液中的气体和低熔点杂质，通过调节炉压控制低熔点合金元素烧损。通过控制熔炼温度和保温时间，使合金液中残存的高密度、低密度夹杂进一步熔化、溶解，金属液中不能充分熔化、溶解去除的高密度夹杂通过沉降凝固在第二精炼区水冷炉床凝壳9c中，得到二次精炼合金液18。倾炉装置8的作用是将整体式水冷炉床7中熔化、精炼合格的二次精炼合金液 18，通过转注口17转入结晶器22中，准备铸造；

铸造保温等离子枪19对钛合金液20进行保温，结晶器22对合金液20进行冷却，形成铸锭21，铸锭装置23将铸锭21从结晶器22中引出，可以铸造园锭，也可以铸造异型锭，满足后道次工序的工艺要求，完成铸锭成形过程。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：包括加料系统、整体式水冷炉床(7)和铸造系统，所述加料系统底部设置有炉体(5)；

所述整体式水冷炉床(7)包括倾炉装置(8)和熔炼区水冷炉床凝壳(9a)，所述熔炼区水冷炉床凝壳(9a)设置在倾炉装置(8)的上方，所述熔炼区水冷炉床凝壳(9a)的一端设置有第一精练区水冷炉床凝壳(9b)，所述第一精练区水冷炉床凝壳(9b)的一侧设置有第二精练区水冷炉床凝壳(9c)，所述熔炼区水冷炉床凝壳(9a)的上方设置有熔化等离子枪(10)，所述第一精练区水冷炉床凝壳(9b)的上方设置有第一精炼等离子枪(13)，所述第二精练区水冷炉床凝壳(9c)的上方设置有第二精炼等离子枪(15)，所述熔炼区水冷炉床凝壳(9a)的一侧设置有转注口(17)；

所述铸造系统包括设置铸锭(21)，所述铸锭(21)内设置有结晶器(22)，所述铸锭(21)底部设置有铸锭装置(23)。

2.根据权利要求1所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述加料系统包括第一密闭料仓(1)，所述第一密闭料仓(1)的下方设置有加料小车(3)。

3.根据权利要求2所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述加料系统还包括第二密闭料仓(2)。

4.根据权利要求1所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述炉体(5)的一侧设置有氦气回收装置(26)。

5.根据权利要求1所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述炉体(5)内设置有氦气供气装置(24)和真空系统(25)。

6.根据权利要求5所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述炉体(5)内真空度压力为0.1-304KPa之间。

7.根据权利要求1所述的钛及钛合金的等离子体分级熔炼装置，其特征在于：所述铸锭(21)的上方设置有铸造保温等离子枪(19)。

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