專利名稱：真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及金屬及合金熔體的快速冷卻凝固技術(shù)，主要提供了一種適合于稀土永磁釹鐵硼合金和貯氫合金制造的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐。
近年來，由于快速凝固技術(shù)在非晶、微晶合金磁性材料、超高強度非晶合金、釬焊、電池和催化材料等領(lǐng)域取得了許多可喜的成果，顯示了該技術(shù)的優(yōu)越性。因此有關(guān)快速凝固金屬合金的研究、開發(fā)越來越受到人們的重視。其中快冷快淬爐的設(shè)計是快速凝固技術(shù)及合金進入工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。目前國內(nèi)已有的爐體設(shè)計主要存在以下幾方面的問題首先由于熔煉包只有一個，熔化速度跟不上甩帶速度，且無后續(xù)加料熔化機構(gòu)，因此只能熔煉一爐甩一爐，甩帶完后只能停爐裝料，耗時耗能，不能連續(xù)生產(chǎn)；另由于中間包僅采用耐火材料做成，急冷急熱時易開裂損壞，加之又被置于壓力相對較小的快淬室中，自流噴射時還可勉強使用，但在需要加壓噴射快淬時，則易發(fā)生開裂，一旦發(fā)生此種情況，就不得不停爐維修，嚴重時會導(dǎo)致中間包爆裂，從而使其中的熔體全部傾灑至爐中造成嚴重的事故，故僅采用耐火材料的中間包，影響連續(xù)工作且不安全；第三個問題是噴射方式為僅靠中間包內(nèi)的流體重力自流，流速不可避免地會隨包內(nèi)熔體液面高度的變化而變化，在熔體的表面張力較大時還可能噴不出來，從而影響快淬工藝的穩(wěn)定性及制品的均勻性。第四就是沒有解決好噴嘴堵塞的問題，影響連續(xù)生產(chǎn)。
本實發(fā)明專利的目的在于提供一種能連續(xù)生產(chǎn)、功能可靠、使用安全且快淬制品均勻性好的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐。
本發(fā)明提供了一種真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征在于整個爐體被分隔成上中下三部分即熔煉室1、快淬室21和冷卻室16。熔煉室1的左右上方分別設(shè)置有后續(xù)備用加料的加料機構(gòu)2及電弧熔煉加料機構(gòu)4，熔煉室1內(nèi)還設(shè)置有中頻感應(yīng)線圈25、熔煉坩鍋24、測溫偶3、中間包10、澆口杯8、電阻加熱套23及過濾器7、中頻感應(yīng)加熱保溫系統(tǒng)9、應(yīng)急鑄模6；中間包10和熔煉坩堝24既可用耐火材料制成，也可用開縫的金屬水冷坩堝內(nèi)襯一層耐火保溫材料復(fù)合而成，中間包10內(nèi)有可控熔體噴射狀狀的塞桿機構(gòu)5，其內(nèi)表面底部設(shè)置有可調(diào)尺寸的噴嘴11，其材質(zhì)可為氮化硅、氮化硼材料或其與金屬的復(fù)合。中間包10外設(shè)置中頻感應(yīng)加熱保溫系統(tǒng)9及中間包10的升降機構(gòu)22；澆口杯8的外面設(shè)置有電阻加熱套23；內(nèi)有過濾器7；快淬室21內(nèi)設(shè)置有水冷轉(zhuǎn)輪20(輪圈材質(zhì)據(jù)需要可為Cu、Cu鍍Cr或Mo、Fe、不銹鋼等中的一種)、修輪刷輪機構(gòu)19；冷卻室16中有出料口17、螺旋推進攪拌機構(gòu)15；熔煉室1與快淬室21間由噴嘴11相聯(lián)，快淬室21與冷卻室16間由收集口13相聯(lián)。水冷轉(zhuǎn)輪20在噴咀11的下方，轉(zhuǎn)輪20與噴嘴11 間的間距可調(diào)。水冷轉(zhuǎn)輪20的左下方設(shè)置有修輪刷輪機構(gòu)19，右側(cè)設(shè)置有收集口13。另配有充(放)氣閥、真空壓力表、觀察孔及測距、測溫、測壓、測速系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)抽真空接口等。
本發(fā)明專利有一個附圖
，下面即結(jié)合附圖和實施例對本專利作進一步描述熔煉室1熔煉室1由無磁不銹鋼和A3鋼板雙層水冷筒體構(gòu)成，熔煉室1的上方可開門，其上部左右分別裝有加料機構(gòu)2及測溫偶3、電弧熔煉加料機構(gòu)4，室內(nèi)有熔煉感應(yīng)線圈25及熔煉坩堝24一套，中間包10、燒口杯8、過濾器7及電阻加熱套23、感應(yīng)加熱保溫線圈9各一個。所配置的后續(xù)加料機構(gòu)2及電弧熔煉加料機構(gòu)4可獨立工作，也可同時工作。同時工作時，每套加料機構(gòu)均可獨立地向熔煉坩堝24及中間包10中傾倒金屬液體，以確保系統(tǒng)能連續(xù)工作。電弧熔煉加料機構(gòu)4還可代替加料構(gòu)2及熔煉坩堝24單獨使用，獨立地直接向中間包10補加熔體。中間包10下方有噴嘴11及可控熔體噴射狀態(tài)的塞桿機構(gòu)5，塞桿機構(gòu)5通過位于熔煉室1外上方的齒輪齒條機構(gòu)控制升降，從而控制熔體的噴射狀態(tài)包括控制噴射開始、停止及噴射口尺寸調(diào)節(jié)。塞桿機構(gòu)5中有測量偶，通過它并結(jié)合控溫系統(tǒng)，可對中間包10中的熔體溫度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。中間包10的上部設(shè)置有可方便裝卸的澆口杯8和過濾器7，在熔體由熔煉坩堝24澆入中間包10時，由過濾器7濾掉其中的渣皮，從而起到凈化熔體，有效防止堵嘴的作用。另還設(shè)置有真空壓力表、充(放)氣閥及抽真空接口等。
快淬室21快淬室21由無磁不銹鋼和A3鋼板雙層水冷筒體構(gòu)成，該室主要完成噴射制取快淬條帶或薄帶?？齑闶?1內(nèi)有水冷轉(zhuǎn)輪20、刷輪修輪機構(gòu)19、收集料口13，另還配置有壓力表、充(放)氣閥、觀察孔等。
冷卻室16冷卻室16中有出料口17和螺旋推進攪拌機構(gòu)15，還配置有用于循環(huán)冷卻的氣體進出閥14和18。
實施例實際操作時，主要工藝過程如下首先在大氣壓下將按要求成分熔煉好的鑄錠料分別裝入熔煉坩堝24、后續(xù)加料裝置2及電弧熔煉加料機構(gòu)4的坩堝和料倉中，并按附圖所示將含有電阻加熱套23、過濾器7的澆杯口8及塞桿機構(gòu)5、噴嘴11裝配于中間包10上，并先給電阻加熱套23送電預(yù)熱澆口杯8及過濾器7，將可移動的應(yīng)急鑄模6置于中間包10右上方備用。用刷輪修輪機構(gòu)19使轉(zhuǎn)輪20的輥面粗糙度達到0.8左右，并始終保持轉(zhuǎn)輪20與刷輪修輪機構(gòu)19緊貼，使轉(zhuǎn)輪在旋轉(zhuǎn)過程中一直被清理。調(diào)節(jié)升降機構(gòu)22使噴嘴11與轉(zhuǎn)輪20間的間隙達所需尺寸，在確認以上各項準備工作均做好之后，關(guān)閉所有爐門。在開啟冷卻水后，開啟真空系統(tǒng)12抽真空，并將連有高壓氣管及氫氣瓶的充氣閥門打開，以抽出其中的空氣。當系統(tǒng)真空達到5×10-1Pa左右時，送電感應(yīng)加熱，當鑄錠快要熔化時即關(guān)閉抽氣閥門，打開充氣口閥門26向熔煉室1中充氬氣至-0.04MPa左右，爾后加大功率迅速熔化鑄錠，并使之過熱，測溫偶3能隨時插入熔體中檢測，并與溫度控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)熔體溫度的自動控制。當熔體溫度過熱至所需溫度值時，先開啟水冷轉(zhuǎn)輪20，并使其達設(shè)室值，爾后將熔體澆入已預(yù)先加熱的澆口杯8及中間包10中至一定液面高度，同時給感應(yīng)線圈9送電加熱，用內(nèi)置于塞桿機構(gòu)5中的測溫偶測溫，并與溫度控制系統(tǒng)配合實現(xiàn)溫度的自動控制，此時，開啟加料機構(gòu)2及電弧熔煉加料機構(gòu)4向熔煉坩堝24中快速補加一室數(shù)量的預(yù)先配好的鑄錠料和電弧熔化后的熔體，并迅速使其熔化升溫以備用。同時隨時觀察中間包10中的溫度情況，當達到所需的噴射溫度時，即調(diào)節(jié)塞桿機構(gòu)5至一定位置使熔體在重力和熔煉室1與快淬室21間的壓差的聯(lián)合作用下，通過噴嘴11噴流至旋轉(zhuǎn)的水冷轉(zhuǎn)輪20的輥面上，使其快速凝固成條帶或薄帶。通過后續(xù)的加料裝置2及電弧熔煉加料機構(gòu)4快速地往熔煉坩堝24中補加鑄錠料和溶體，以確保熔煉坩堝24中有充足的過熱熔體能適時地加入中間包10中，電弧熔煉加料機構(gòu)4可代替加料機構(gòu)2及熔化坩堝24獨立地向中間包10中連續(xù)地補加熔體，并使之保持一定的液面高度。重復(fù)以上操作過程就能使快速凝固甩帶(片)過程連續(xù)進行。
甩制的條片(帶)通過收集口13進入冷卻室16中，利用螺旋推進攪拌機構(gòu)15及通過進出氣閥14、18的隋性氣體的循環(huán)冷卻，使條片(帶)較快地冷卻下來。待全部爐料均熔化甩制完成，且條帶(片)均已冷卻至一室溫度后，即可開爐從出料口17中取出條帶(片)。至此本次階段工作即告完成。
調(diào)節(jié)噴嘴11的開口形狀、尺寸、及其與水冷轉(zhuǎn)輪20間的間隙、中間包10中的液面高度、熔煉室1與快淬室21間的壓差、水冷轉(zhuǎn)輪20的轉(zhuǎn)速就能獲得所需形狀尺寸及內(nèi)部質(zhì)量的快冷條帶(片)。
如上所述，本發(fā)明專利提供了一種能穩(wěn)定安全地進行連續(xù)快速凝固甩帶(片)、且條帶厚度均勻、內(nèi)部質(zhì)量可控的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，能滿足批量制備高性能燒結(jié)(快淬)釹鐵硼合金的甩帶(鑄片)工藝要求。同時該設(shè)備還適用于類似工藝過程的材料制備如鎳氫電池用貯氫合金的快速固化制備。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提供了一種真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征在于整個爐體被分隔成上中下三部分即熔煉室1、快淬室21和冷卻室16。熔煉室1的左右上方分別設(shè)置有可后續(xù)加料的加料機構(gòu)2及電弧熔煉加料機構(gòu)4，熔煉室1內(nèi)還設(shè)置有中頻感應(yīng)線圈25、熔煉坩鍋24、測溫偶3、中間包10、澆口杯8、電阻加熱套23及過濾器7、中頻感應(yīng)加熱保溫系統(tǒng)9、應(yīng)急鑄模6；中間包10和熔煉坩堝24均可用耐火材料制成，也可用開縫的金屬水冷坩堝內(nèi)襯一層耐火材料復(fù)合而成，中間包10內(nèi)有可控熔體噴射狀態(tài)的塞桿機構(gòu)5，其內(nèi)表面底部設(shè)置有可調(diào)尺寸的噴嘴11，噴嘴11的材質(zhì)可為氮化硅、氮化硼材料或其與金屬的復(fù)合。中間包10外設(shè)置有中頻感應(yīng)加熱保溫系統(tǒng)9及中間包10的升降機構(gòu)22；澆口杯8的外面設(shè)置有電阻加熱套23，內(nèi)有過濾器7；快淬室21內(nèi)設(shè)置有水冷轉(zhuǎn)輪20(轉(zhuǎn)輪外圈材質(zhì)據(jù)需要可為Cu、Cu鍍Cr或Mo、Fe、不銹鋼等中的一種)、修輪刷輪機構(gòu)19及收集口13；冷卻室16中有出料口17、螺旋推進攪拌機構(gòu)15及收集口13；熔煉室1與快淬室21間由噴嘴11相聯(lián)，快淬室21與冷卻室16間由收集口13相聯(lián)。水冷轉(zhuǎn)輪20在噴咀11的下方，轉(zhuǎn)輪20與噴嘴11間的間距可調(diào)，水冷轉(zhuǎn)輪20的左下方設(shè)置有修輪刷輪機構(gòu)19、右側(cè)有收集口13。另配有充(放)氣閥、真空壓力表、觀察孔及測距、測溫、測壓、測速系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)抽真空接口等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是在熔煉室1中設(shè)置了能及時地向熔煉坩堝24中補加鑄錠或熔體的加料機構(gòu)2和電弧熔煉加料機構(gòu)4。加料機構(gòu)2和電弧熔煉加料機構(gòu)4既可同時使用，也可單獨使用。單獨使用電弧熔煉加料機構(gòu)4時，據(jù)使用要求的不同，有時也可省掉感應(yīng)熔煉坩堝24，而直接使電弧熔煉加料機構(gòu)4獨立地向中間包10中提供熔體；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是中間包10和熔煉坩堝24可以用耐火材料做成，也可以用開縫的金屬水冷坩堝內(nèi)襯一層耐火保溫材料復(fù)合而成；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是在中間包10中設(shè)置有帶測溫偶的塞桿機構(gòu)5，且塞桿機構(gòu)5的下端部可以穿透噴嘴11；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是在中間包10的上方有一帶電阻加熱套23和過濾器7的澆口杯8；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是中間包10位于壓力相對較高的熔煉室1中，使得本專利除可實施自流噴射甩帶工藝外、還可實施加壓噴射甩帶；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是在熔煉室1中設(shè)置可移動的有應(yīng)急鑄模6；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是快淬室21中的水輪轉(zhuǎn)輪20的下方設(shè)置有條帶(片)冷卻室16，冷卻室16中設(shè)置有螺旋攪拌機構(gòu)15，在冷卻室16上還配置有用于循環(huán)冷卻的氣體進出閥14和18；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，其特征是熔煉室1與快淬室21通過噴嘴11聯(lián)接，又通過塞桿機構(gòu)5隔離。兩室可同時抽直空，也可單獨抽真空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能穩(wěn)定地連續(xù)生產(chǎn)的真空感應(yīng)電弧熔煉快冷快淬爐，主要用于高性能燒結(jié)(快淬)釹鐵硼合金的快速凝固鑄片(條帶)制備。由于采用了能快速補加鑄錠料的后續(xù)加料裝置及電弧熔煉備用加料裝置，并設(shè)置了具有特殊結(jié)構(gòu)的熔煉坩堝、中間包、噴嘴、塞桿機構(gòu)，從而有效地克服以前的快淬爐存在的一系列問題即噴嘴易堵塞而不能穩(wěn)定工作的問題；坩堝易破裂的問題；不能連續(xù)甩帶的問題；甩出條帶(片)形狀厚度均勻性不好的問題。另，由于本發(fā)明配置了可移動的應(yīng)急鑄模，故它還可代替常規(guī)的真空感應(yīng)爐用于真空感應(yīng)熔煉工作，同時本發(fā)明還可用作真空非自耗電弧爐進行電弧熔煉工作，可見本發(fā)明將真空感應(yīng)熔煉和電弧熔煉兩種技術(shù)及快速凝固技術(shù)有機地結(jié)合在一起，發(fā)明了一種應(yīng)用前景廣闊的熔煉快淬技術(shù)。
文檔編號B22F9/10GK1430035SQ01133788
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月30日
發(fā)明者郭錦華 申請人:郭錦華