CN219824314U - 一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，所述的冷凝罩包括大钢材圆环(1)、小钢材圆环(4)、若干钢材主梁(8)、若干钢材副梁(9)、1#电子枪预留口(10)、2#电子枪预留口(2)、3#电子枪预留口(3)；采用本实用新型方案，冷凝罩的主梁未出现变形下陷情况，各电子枪预留口边部轻微烧损。出炉的铸锭做成份检测，未发现局部铁、氧、碳、氮元素偏高情况，铸锭成分的一致性和稳定性得到保证。
Description
技术领域
本实用新型属于冷凝罩结构技术领域，尤其是属于一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩技术领域。
背景技术
EB炉熔铸在高真空环境下，以高能电子束作为媒介传递能量给欲加工的原料(海绵钛、海绵锆、电解镍等)上，因在高真空下原料中金属及非金属熔化后，部分金属及非金属气氛及低密度杂物挥发后，在炉壁挡板和冷凝罩上冷却附着，主要附着在冷凝罩上。冷凝罩的作用在于保护炉盖，收集挥发物并隔绝挥发物附着在炉盖上；避免挥发物对炉盖各部件造成腐蚀损坏，且降低熔铸完成时清炉难度，从而提高生产效率。冷凝罩的强度及收集能力，严重影响了EB炉熔铸产量和质量。
目前冷凝罩根据原料品质情况每炉可熔铸7～9块铸锭，其结构设计为平直面圆锥造型，及主梁、副梁均为平直钢梁结构。随着熔炼的进行，产生的挥发物会附着堆积在冷凝罩的钢网、钢板、钢梁各部件上。六根主梁为冷凝罩主要支撑结构，且主梁为两头不等高的斜梁，挥发物附着堆积在主梁上形成垂直向下的压力，而平直的斜梁无法将压力向梁的水平方向传输，导致单位面积上受到的力更多。随着挥发物增多，重量增加，导致主梁产生扭矩，弯矩增大，加之炉内高温容易使钢材受热变形。最终导致冷凝罩整体会变软下陷，连带钢板、钢网一起下陷。如果各电子枪预留口周边钢板下陷，则电子束扫射路径与预留口周边下陷位置的距离变短，真空环境波动影响电子束偏转扫射到预留口周边的下陷位置，导致该位置熔化烧损。被熔化烧损的部分(钢网、钢板、钢梁及附着的挥发物)会落入粗炼区或精炼区内，影响铸锭成分的一致性和稳定，表现为纯钛铸锭局部的铁、氧、碳、氮元素偏高，最终影响产品质量。所以目前使用的冷凝罩存在结构强度低、易变形烧损等问题。
发明内容
为解决目前使用冷凝罩存在结构强度低易变形，导致烧损而影响铸锭成分一致性和稳定性的问题，本发明提供一种电子束冷床熔炼炉(EB炉)冷凝罩结构设计方案。
本实用新型采用如下技术方案实现。
一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，本实用新型所述的冷凝罩包括大钢材圆环1、小钢材圆环4、若干钢材主梁8、若干钢材副梁9、1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3；
所述若干钢材主梁8一端与小钢材圆环4固定连接；所述若干钢材主梁8另一端与大钢材圆环1固定连接；
1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3、的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁8之间围成的区域内；b)分别设置在钢材主梁8与大钢材圆环1之间围成的区域内；c)分别设置在钢材主梁8、钢材副梁9与大钢材圆环1之间围成的区域内；
所述钢材副梁9的结构择一设置为：a)固定设置在钢材主梁8之间；b)固定设置在钢材主梁8与大钢材圆环1之间；c)固定设置在钢材主梁8与其他钢材副梁9之间。
进一步为，本实用新型在所述的冷凝罩上还设置有1#粗炼区观察口6和粗炼区观察预留口11；所述1#粗炼区观察口6、粗炼区观察预留口11的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁8、钢材副梁9和大钢材圆环1围成的区域；b)分别设置在钢材副梁9和大钢材圆环1围成的区域。
进一步为，本实用新型在所述的冷凝罩还设置有4#电子枪预留口12；所述4#电子枪预留口12靠近1#粗炼区观察口6设置；所述4#电子枪预留口12的结构择一设置为：设置在钢材主梁8之间围成的区域内；b)设置在钢材主梁8和钢材副梁9之间围成的区域内。
进一步为，本实用新型所述4#电子枪预留口12靠近小钢材圆环4设置。
进一步为，本实用新型所述1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3所在区域固定设置钛板，所述钛板通过螺栓孔16以固定。
进一步为，本实用新型所述的冷凝罩中除已设置钛板的区域外，其余区域固定设置钢板。
进一步为，本实用新型所述钢材主梁8设置为三段式结构，即第一段与第二段之间和第二段与第三段之间分别设置有折弯处理位置5；部分钢材副梁9设置为两段式结构，即第一段与第二段之间设置有折弯处理位置5。
进一步为，本实用新型所述折弯处理位置5包括折弯处15、第一切割断面13和第二切割断面14；所述折弯处15设置在钢材主梁8或部分钢材副梁9的上表面；所述第一切割断面13和第二切割断面14设置在钢材主梁8或部分钢材副梁9的下表面；折弯处15、第一切割断面13和第二切割断面14构成夹角α，所述α取值范围为30°～60°。
进一步为，本实用新型所述α取值范围为45°。
进一步为，本实用新型所述折弯处理位置5设置在部分钢材副梁9的中间位置。
本发明的优点和效果：采用上述方案，冷凝罩的主梁未出现变形下陷情况，各电子枪预留口边部轻微烧损。一炉熔炼铸锭数量从原先的8块提升至13块，每炉熔铸时长从180小时提升至228小时(按EB炉抽真空预热时长约72小时，每块铸锭熔炼时长约12小时计算)，生产效率显著提升。从第一炉使用开始，本发明的冷凝罩只有电子枪预留口周边有轻微烧损，只需更换烧损的钢板、钛板和钢网，冷凝罩的使用率得到显著提升。出炉的铸锭做成份检测，未发现局部铁、氧、碳、氮元素偏高情况，铸锭成分的一致性和稳定性得到保证。
下面结合附图和具体实施方式本实用新型做进一步解释。
附图说明
图1为本实用新型冷凝罩主梁、副梁、预留口分布位置俯视图；
图2为本实用新型冷凝罩折弯结构侧视图；
图3为本实用新型主梁、副梁折弯示意图；
图4为本实用新型主梁、副梁折弯后的效果图；
图5为本实用新型1#电子枪预留口区域替换钛板示意图。
图中标号为：1、大钢材圆环；2、2#电子枪预留口；3、3#电子枪预留口；4、小钢材圆环；5、折弯处理位置；6、1#粗炼区观察口；7、钢网；8、钢材主梁；9、钢材副梁；10、1#电子枪预留口；11、粗炼区观察预留口；12、4#电子枪预留口；13、第一切割断面；14、第二切割断面；15、折弯处；16、螺栓孔。
具体实施方式
一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，本实用新型所述的冷凝罩包括大钢材圆环1、小钢材圆环4、若干钢材主梁8、若干钢材副梁9、1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3；
所述若干钢材主梁8一端与小钢材圆环4固定连接；所述若干钢材主梁8另一端与大钢材圆环1固定连接；
1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3、的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁8之间围成的区域内；b)分别设置在钢材主梁8与大钢材圆环1之间围成的区域内；c)分别设置在钢材主梁8、钢材副梁9与大钢材圆环1之间围成的区域内；
所述钢材副梁9的结构择一设置为：a)固定设置在钢材主梁8之间；b)固定设置在钢材主梁8与大钢材圆环1之间；c)固定设置在钢材主梁8与其他钢材副梁9之间。
进一步为，本实用新型在所述的冷凝罩上还设置有1#粗炼区观察口6和粗炼区观察预留口11；所述1#粗炼区观察口6、粗炼区观察预留口11的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁8、钢材副梁9和大钢材圆环1围成的区域；b)分别设置在钢材副梁9和大钢材圆环1围成的区域。
进一步为，本实用新型在所述的冷凝罩还设置有4#电子枪预留口12；所述4#电子枪预留口12靠近1#粗炼区观察口6设置；所述4#电子枪预留口12的结构择一设置为：设置在钢材主梁8之间围成的区域内；b)设置在钢材主梁8和钢材副梁9之间围成的区域内。
进一步为，本实用新型所述4#电子枪预留口12靠近小钢材圆环4设置。
进一步为，本实用新型所述1#电子枪预留口10、2#电子枪预留口2、3#电子枪预留口3所在区域固定设置钛板，所述钛板通过螺栓孔16以固定。
进一步为，本实用新型所述的冷凝罩中除已设置钛板的区域外，其余区域固定设置钢板。
进一步为，本实用新型所述钢材主梁8设置为三段式结构，即第一段与第二段之间和第二段与第三段之间分别设置有折弯处理位置5；部分钢材副梁9设置为两段式结构，即第一段与第二段之间设置有折弯处理位置5。
进一步为，本实用新型所述折弯处理位置5包括折弯处15、第一切割断面13和第二切割断面14；所述折弯处15设置在钢材主梁8或部分钢材副梁9的上表面；所述第一切割断面13和第二切割断面14设置在钢材主梁8或部分钢材副梁9的下表面；折弯处15、第一切割断面13和第二切割断面14构成夹角α，所述α取值范围为30°～60°。
进一步为，本实用新型所述α取值范围为45°。
进一步为，本实用新型所述折弯处理位置5设置在部分钢材副梁9的中间位置。
实施例：
冷凝罩原本结构造型为平直面圆锥形，搭建的主要材料有：一个小钢材圆环4、一个大钢材圆环1、六根钢材主梁8、十根钢材副梁9、以及十三块钢板和三块钛板、十六块钢网7。
所述以小钢材圆环4为中心原点，四根主梁以小钢材圆环4为原点呈X型中心对称结构。
所述另外两根主梁，一根分布在2#电子枪预留口2和3#电子枪预留口3中间；另一根分布在粗炼区观察预留口11和4#电子枪预留口12中间。
所述十根钢材副梁9搭建连接固定主梁、大圆环，使主梁结构更加稳定。其中1#粗炼区观察口6、3#电子枪预留口3、4#电子枪预留口12区域副梁还起到固定钢板、钢网7，防止其变形下陷的作用。
所述大钢材圆环1连接六根主梁作底部承托作用。
所述十三块钢板和钢网7在主梁与副梁之间连接搭建，采用电焊连接。三块钛板、钢网7与主梁、副梁的连接方式采用螺栓固定。
冷凝罩的主梁、副梁、预留口分布位置及结构示意图如图1所示，图1为冷凝罩俯视图，图中主梁、副梁上黑色区域为冷凝罩“折弯”部分，黑色四边形区域为预留口“替换钛板”部分。
冷凝罩结构设计考虑以下三点因素：
一是冷凝罩中六根主梁为主要支撑结构，需对六根主梁进行折弯；
二是冷凝罩中3#电子枪预留口3和1#粗炼区观察口6区域钢板面积较大，熔炼过程中钢板有下陷几率较大；
三是4#电子枪预留口12对应炉内结晶器位置，属于重要区域，如4#电子枪周边钢板下陷造成烧损则会影响铸锭成分一致性和稳定性。因此在3#电子枪预留口3一侧、4#电子枪预留口12两侧、1#粗炼区观察口6一侧的副梁(总共四根副梁)进行折弯。
本发明将六根平直主梁设计成三段式结构，将四根副梁设计成两段式结构，使冷凝罩整体设计成弧形拱式结构。冷凝罩折弯结构示意图如图2所示(图2为冷凝罩侧视图)。主梁折弯是利用拱形原理，及依靠自身形成的弧形拱式结构，将竖向压力分解成横向压力，最终将压力传递至大钢材圆环处，拱形原理能让冷凝罩承受更大的竖向压力。防止熔铸过程主梁变形下凹，和提高钢网7、钢板的高度。降低因挥发物附着堆积及受热，钢网7、钢板变形下凹高度，避免冷凝罩各预留口被烧损。
冷凝罩结构设计中1#、2#、3#电子枪预留口分别对应炉内的粗炼区和精炼区。如发生冷凝罩预留口周边钢板因炉内高温或挥发物附着堆积导致变形下陷对预留口周边造成烧损，或电子束偏移对预留口周边造成烧损等情况。导致预留口周边钢板被扫射掉落进熔池内，则会影响铸锭成分一致性和稳定性。
本发明将原本1#、2#、3#电子枪预留口区域的钢板替换成钛板。如预留口周边被烧损掉落进熔池内，则能尽量减小铸锭成分的偏析。
如图2、图3、图4所示，将主梁改造设计成三段式弧形拱式结构，需在主梁上折弯两点，折弯处位置分别距离小钢材圆环4约600mm，L1和970mm，L2。副梁只需略微折弯，折弯处为副梁中点位置。主梁、副梁均为长方形腔体结构，中部空心，有上、下、左、右四面。
折弯为先对主梁、副梁左右两侧面、下面进行火焰切割，左右两侧面切割角度约45°，下面切割长度约100mm。再以主梁、副梁上面为折弯处15进行折弯，最后对主梁左右两侧面、下面的接触位置进行低氢电焊，使原本平直的主梁、副梁结构变成弧形拱式结构。
如图1、图5所示，将冷凝罩1#、2#、3#预留口区域钢板替换成钛板，因钛板与钢材不相融特性，因此在主梁、副梁、大圆环边部搭建焊接螺栓孔16，螺栓孔位置为钢梁长度的处，且两螺栓孔间距≥200mm。其次在钛板对应位置打孔，最后用螺母与螺帽将钛板悬挂固定在预留口区域。图5为1#电子枪预留口区域替换钛板俯视图，2#、3#电子枪预留口区域替换钛板效果图与图5一致。
以上所述的仅是本实用新型的具体实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述的冷凝罩包括大钢材圆环(1)、小钢材圆环(4)、若干钢材主梁(8)、若干钢材副梁(9)、1#电子枪预留口(10)、2#电子枪预留口(2)、3#电子枪预留口(3)；
所述若干钢材主梁(8)一端与小钢材圆环(4)固定连接；所述若干钢材主梁(8)另一端与大钢材圆环(1)固定连接；
1#电子枪预留口(10)、2#电子枪预留口(2)、3#电子枪预留口(3)、的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁(8)之间围成的区域内；b)分别设置在钢材主梁(8)与大钢材圆环(1)之间围成的区域内；c)分别设置在钢材主梁(8)、钢材副梁(9)与大钢材圆环(1)之间围成的区域内；
所述钢材副梁(9)的结构择一设置为：a)固定设置在钢材主梁(8)之间；b)固定设置在钢材主梁(8)与大钢材圆环(1)之间；c)固定设置在钢材主梁(8)与其他钢材副梁(9)之间。
2.根据权利要求1所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，在所述的冷凝罩上还设置有1#粗炼区观察口(6)和粗炼区观察预留口(11)；所述1#粗炼区观察口(6)、粗炼区观察预留口(11)的结构择一设置为：a)分别设置在钢材主梁(8)、钢材副梁(9)和大钢材圆环(1)围成的区域；b)分别设置在钢材副梁(9)和大钢材圆环(1)围成的区域。
3.根据权利要求2所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，在所述的冷凝罩还设置有4#电子枪预留口(12)；所述4#电子枪预留口(12)靠近1#粗炼区观察口(6)设置；所述4#电子枪预留口(12)的结构择一设置为：设置在钢材主梁(8)之间围成的区域内；b)设置在钢材主梁(8)和钢材副梁(9)之间围成的区域内。
4.根据权利要求3所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述4#电子枪预留口(12)靠近小钢材圆环(4)设置。
5.根据权利要求1所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述1#电子枪预留口(10)、2#电子枪预留口(2)、3#电子枪预留口(3)所在区域固定设置钛板，所述钛板通过螺栓孔(16)以固定。
6.根据权利要求5所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述的冷凝罩中除已设置钛板的区域外，其余区域固定设置钢板。
7.根据权利要求1所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述钢材主梁(8)设置为三段式结构，即第一段与第二段之间和第二段与第三段之间分别设置有折弯处理位置(5)；部分钢材副梁(9)设置为两段式结构，即第一段与第二段之间设置有折弯处理位置(5)。
8.根据权利要求7所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述折弯处理位置(5)包括折弯处(15)、第一切割断面(13)和第二切割断面(14)；所述折弯处(15)设置在钢材主梁(8)或部分钢材副梁(9)的上表面；所述第一切割断面(13)和第二切割断面(14)设置在钢材主梁(8)或部分钢材副梁(9)的下表面；折弯处(15)、第一切割断面(13)和第二切割断面(14)构成夹角α，所述α取值范围为30°～60°。
9.根据权利要求8所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述α取值范围为45°。
10.根据权利要求7所述的一种电子束冷床熔炼炉冷凝罩，其特征在于，所述折弯处理位置(5)设置在部分钢材副梁(9)的中间位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |