電子束冷床爐的制作方法
【專利摘要】電子束冷床爐屬于金屬冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是稀有金屬冶煉。該設(shè)備是以真空熔煉室系統(tǒng)為基體,一側(cè)與水平進料系統(tǒng)連接,另一側(cè)安裝真空系統(tǒng),熔煉室頂部設(shè)置3套電子槍系統(tǒng)及豎直屑料進料系統(tǒng),在熔煉室內(nèi)部,設(shè)置有冷床系統(tǒng)及防護罩,結(jié)晶器系統(tǒng)安裝在熔煉室底部,結(jié)晶器系統(tǒng)底下設(shè)置有連續(xù)拖錠系統(tǒng);冷卻系統(tǒng)對需要冷卻的結(jié)構(gòu)、部件加以冷卻。該設(shè)備可廣泛應用于鈦、鋯等活性金屬,鎢、鉭、鈮等難熔金屬及特種鋼的熔煉;具有熔煉真空度高、提純效果好的特點;尤其是在航空、航天需用鈦及鈦合金材料方面,可生產(chǎn)出其它設(shè)備不能生產(chǎn)的產(chǎn)品;此設(shè)備還可將鈦殘料回收熔煉成滿足使用要求的鈦材,此過程相比傳統(tǒng)工藝過程,節(jié)約能耗20%~30%。
【專利說明】電子束冷床爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于金屬冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是稀有金屬的冶煉專用設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家航空、航天及航海的快速發(fā)展,對優(yōu)質(zhì)鈦材的需求也迅速增大;由于傳統(tǒng)真空自耗電弧爐熔煉的鈦材存在夾雜、偏析等缺陷,已不能滿足需求,電子束冷床爐可以很好的解決這個問題;之前只有幾個發(fā)達國家已經(jīng)研制出電子束冷床爐,但價格特別昂貴,且技術(shù)封鎖,嚴重制約著我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我國迫切的需要自己的電子束冷床爐技術(shù)及設(shè)備。
[0003]目前使用的電子束冷床爐大都為熱陰極電子槍,其電子槍室的抽氣系統(tǒng)是獨立系統(tǒng)。熔煉過程中,電子槍室真空度保持在10_3?10_4Pa。熔煉室內(nèi)真空度保持在KT1?1-2Pa0合金成分控制困難是電子束冷床爐熔煉制取合金錠的主要障礙。由于真空度高,在熔煉鈦合金過程中,熔池溫度高,液態(tài)金屬保持的時間長,一般合金組元的揮發(fā)損失率都較大。由于在熔煉溫度下的蒸汽壓力,維持液態(tài)時間的不同而有較大的波動。合金元素由于蒸氣壓的不同,揮發(fā)速度也相差極大,不利于鈦合金鑄錠的生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于研制一種可以生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)鈦材的成套熔煉設(shè)備一電子束冷床爐。
[0005]電子束冷床爐,其主要包括真空熔煉室、電子槍、電源、加料系統(tǒng)、冷床、結(jié)晶器、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng);電子槍有三把并安裝在真空熔煉室上部,其中兩把電子槍的電子束正對位于真空熔煉室中部的冷床,另外一把電子槍的電子束正對位于真空熔煉室下部的結(jié)晶器;加料系統(tǒng)由水平連續(xù)進料機構(gòu)和豎直屑料進料倉組成,豎直屑料進料倉位于真空熔煉室上部;水平連續(xù)進料機構(gòu)位于真空熔煉室側(cè)面并分為進料室和裝料室,進料室和裝料室兩者之間用插板閥隔開;結(jié)晶器位于冷床下部并且其底部與拖錠系統(tǒng)通過閉鎖閥連接;真空系統(tǒng)連接在真空熔煉室上并滿足真空系統(tǒng)的密封要求;混合工作氣體制氣及供氣系統(tǒng)與電子槍的電子槍室連通將混合氣體輸送到電子槍室。
[0006]該設(shè)備可廣泛應用于鈦、鋯等活性金屬,鎢、鉭、鈮等難熔金屬及特種鋼的熔煉;具有熔煉真空度高、提純效果好的特點;尤其是在航空、航天需用鈦及鈦合金材料方面,可生產(chǎn)出其它設(shè)備不能生產(chǎn)的產(chǎn)品;此設(shè)備還可將鈦殘料回收熔煉成滿足使用要求的鈦材,此過程相比傳統(tǒng)工藝過程,節(jié)約能耗20%?30%。
[0007]本實用新型冷陰極電子槍是將混合氣體輸送到電子槍室,在氣體放電電子槍中,陰陽極之間通過高電壓作用發(fā)生輝光放電產(chǎn)生等離子體,由其轟擊陰極而形成電子束熔化物料,氣體放電電子槍不需要每個單獨使用高真空泵,可在10?10_2Pa壓力區(qū)間穩(wěn)定工作,并且在熔煉過程中對熔煉室中的壓力變化和金屬氣體甚至飛濺物的影響敏感度低。爐室真空度10?10_2Pa工作。熔煉鈦合金過程中,合金元素的含量及成份均勻性容易控制。生產(chǎn)的鈦合金鑄錠性能更好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為圖1側(cè)面視圖。
[0010]圖號說明:1_推料塊;2_棒料;3_驅(qū)動鏈輪;4_預備進料;5_裝料室爐門;6_裝料室;7_插板閥;8_進料室;9_電子槍;10-屑料進料倉;11_冷床;12-熔煉室系統(tǒng);13_真空系統(tǒng);14-混合工作氣體制氣及供氣系統(tǒng);15_電源;16-液壓系統(tǒng);17-壓縮空氣系統(tǒng);18-回轉(zhuǎn)大盤;19-拖錠筒;20_伺服電機;21_電氣控制系統(tǒng);22_冷床小車;23_折疊輪;24-牽引小車;25_冷卻系統(tǒng);26_防護罩;27_觀察裝置;28_熔煉室支架;29_結(jié)晶器;30-插板閥;31_波紋管;32_拖錠桿。
【具體實施方式】
[0011]如圖1-2所示給出了本實用新型【具體實施方式】,電子束冷床爐,其主要包括真空熔煉室12、電子槍9、電源14、加料系統(tǒng)、冷床11、結(jié)晶器29、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)13、混合工作氣體制氣及供氣系統(tǒng)14冷卻系統(tǒng)25、液壓系統(tǒng)16、壓縮空氣系統(tǒng)17和電氣控制系統(tǒng)21 ;電子槍9有三把并安裝在真空熔煉室12上部,其中兩把電子槍9的電子束正對位于真空熔煉室12中部的冷床11,另外一把電子槍9的電子束正對位于真空熔煉室12下部的結(jié)晶器29 ;加料系統(tǒng)由水平連續(xù)進料機構(gòu)和豎直屑料進料倉10組成,豎直屑料進料倉10位于真空熔煉室12上部;水平連續(xù)進料機構(gòu)位于真空熔煉室12側(cè)面并分為進料室8和裝料室6,進料室和裝料室兩者之間用插板閥7隔開;結(jié)晶器28位于冷床11下部并且其底部與拖錠系統(tǒng)通過閉鎖閥30連接;真空系統(tǒng)13連接在真空熔煉室12上并滿足真空系統(tǒng)的密封要求?;旌瞎ぷ鳉怏w制氣及供氣系統(tǒng)14與電子槍9的電子槍室連通將混合氣體輸送到電子槍室。冷床11位于冷床小車21上,冷床11和真空熔煉室12上的移動爐門固定在冷床小車22上整體可由牽引小車24驅(qū)動開進或者開出真空爐室12。結(jié)晶器29整體固定在真空熔煉室12的底部由兩對稱的油缸壓緊在爐體上,結(jié)晶器29為嵌套式結(jié)構(gòu),內(nèi)部為結(jié)晶容器,外部為冷卻水套,冷卻水套與冷卻系統(tǒng)24連接。拖錠系統(tǒng)主要由拉錠機構(gòu)、拖錠筒18及回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成,所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)大盤18固定在基礎(chǔ)上,兩拖錠筒19安裝在回轉(zhuǎn)大盤18上并在油缸的驅(qū)動下可上下動作,拉錠機構(gòu)20由電機驅(qū)動滾珠絲杠,使拖錠桿32組件上下移動。真空熔煉室12上安裝有監(jiān)測結(jié)晶器液位高度的距離傳感器,該傳感器與拖錠系統(tǒng)中電機開關(guān)連接控制拖錠系統(tǒng)中拖錠桿32的動作。
[0012]冷陰極電子槍系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、冷床系統(tǒng)、結(jié)晶器系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等很好的連接在真空熔煉室上,滿足真空系統(tǒng)的密封要求。三支槍冷陰極電子槍系統(tǒng)安裝在方形真空熔煉室上部,一支槍熔化原料并維持冷床內(nèi)液態(tài)金屬的溫度;一支槍進行精煉并保證冷床內(nèi)熔液的過熱度;一支槍維持結(jié)晶器內(nèi)液態(tài)熔池表面溫度的過熱度,避免局部凝固引起鑄錠表面質(zhì)量下降。加料系統(tǒng)由水平連續(xù)進料和豎直屑料進料組成,水平連續(xù)進料系統(tǒng)分為進料室和裝料室,兩者之間用插板閥隔開;冷床系統(tǒng)主要包括冷床、冷床小車、移動爐門和牽引小車,冷床和移動爐門固定在冷床小車上,三者整體可由牽引小車驅(qū)動,開進或者開出真空爐室;結(jié)晶器系統(tǒng)整體固定在方形真空室的底部,由兩對稱的油缸壓緊在爐體上,結(jié)晶器組件為嵌套式結(jié)構(gòu),內(nèi)部為結(jié)晶器,外部為冷卻水套;拖錠系統(tǒng)主要由拖錠機構(gòu)、拖錠筒及回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成,回轉(zhuǎn)大盤可固定在基礎(chǔ)上,兩拖錠筒安裝在回轉(zhuǎn)大盤上,在油缸的驅(qū)動下可上下動作,拖錠機構(gòu)固定在拖錠桶內(nèi),由電機驅(qū)動滾珠絲杠,使拖錠桿組件上下移動;真空系統(tǒng)由兩組相同配置的熔煉室真空泵組、一組拖錠筒及裝料室真空機組組成、三組槍室真空機組和一組垂直加料真空機組組成。
[0013]真空熔煉室為方形爐體,支撐架將熔煉室抬離地面,在熔煉室長度方向設(shè)置有對開門;真空熔煉室由爐室支撐架支撐。水平進料系統(tǒng)由裝料室、進料室及預備進料組成,預備進料的推料機構(gòu)為鏈條傳動,由電機驅(qū)動鏈輪、鏈條,帶動推料塊在軌道上平移;裝料室和進料室之間用插板閥隔開;進料室連接在爐體上,裝料室與進料室間用插板閥隔開,二者有相互獨立的動力、傳動裝置。冷床由前后兩段組成裝料室的爐門懸掛在爐門支架上,可來回平移將裝料室封閉、開啟;冷床整體固定在冷床小車上,小車帶有折疊輪,移動爐門固定在冷床上車上,整體可由牽引小車驅(qū)動來回移動,冷床上方設(shè)有防護罩。移動爐門也固定在冷床小車上,整體由牽引小車驅(qū)動,開進或開出真空熔煉室,冷床上部有防護罩;結(jié)晶器組件的固定法蘭為圓形法蘭,即可安裝圓錠結(jié)晶器,又可安裝扁錠結(jié)晶器,結(jié)晶器組件為嵌套式結(jié)構(gòu),內(nèi)層為結(jié)晶器,外層為冷卻水套,結(jié)晶器組件另一端法蘭連接插板閥,插板閥另一端與波紋管連接;結(jié)晶器組件的固定法蘭為圓形法蘭,即可安裝圓錠結(jié)晶器,又可安裝扁錠結(jié)晶器,結(jié)晶器組件為嵌套式結(jié)構(gòu),內(nèi)層為結(jié)晶器,外層為冷卻水套,結(jié)晶器組件另一端法蘭連接插板閥,插板閥另一端與波紋管連接。拖錠系統(tǒng)以回轉(zhuǎn)大盤支架為支撐,兩組拖錠筒對稱安裝在回轉(zhuǎn)大盤上,兩組拖錠筒同步抬升;拖錠筒內(nèi)部有拖錠裝置。拖錠系統(tǒng)回轉(zhuǎn)大盤支撐架既可固定在基礎(chǔ)上,又可由行車牽引,在地坑地面上平移。兩拖錠筒安裝在回轉(zhuǎn)大盤上,在油缸的驅(qū)動下可上下動作,拖錠機構(gòu)固定在拖錠桶內(nèi),由電機驅(qū)動滾珠絲杠,使拖錠桿組件上下移動;真空系統(tǒng)由兩組相同配置的熔煉室真空泵組、一組拖錠筒及裝料室真空機組組成、三組槍室真空機組和一組垂直加料真空機組組成。真空熔煉室上安裝有監(jiān)測結(jié)晶器液位高度的距離傳感器,用以控制拖錠裝置的動作。
[0014]工作過程:
[0015]該設(shè)備是以真空熔煉室系統(tǒng)為基體,一側(cè)與水平進料系統(tǒng)連接,另一側(cè)安裝真空系統(tǒng),熔煉室頂部設(shè)置3套冷陰極電子槍系統(tǒng)及豎直屑料進料系統(tǒng),在熔煉室內(nèi)部,設(shè)置有冷床系統(tǒng)及防護罩,結(jié)晶器系統(tǒng)安裝在熔煉室底部,結(jié)晶器系統(tǒng)底下設(shè)置有連續(xù)拖錠系統(tǒng);冷卻系統(tǒng)對需要冷卻的結(jié)構(gòu)、部件加以冷卻。設(shè)備還配備有液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及觀察裝置等。該設(shè)備可廣泛應用于鈦、鋯等活性金屬,鎢、鉭、鈮等難熔金屬及特種鋼的熔煉;除了具有普通電子束爐可熔煉提純高熔點合金的優(yōu)點外,電子束冷床爐最大的特點是將熔化、精煉和鑄錠凝固過程分離,即熔化后進入冷床的精煉區(qū)進行精煉,最后流入結(jié)晶內(nèi)凝固成錠。
[0016]物料可以接收多種加料方式進入水冷銅爐床上方,被高密度電子束轟擊熔入床形成熔池??筛鶕?jù)物料純度和成分要求。選擇液態(tài)金屬在熔池的停留時間,在有效提純的同時,可使熔池內(nèi)高密度雜質(zhì)沉入熔池底部,由于冷爐床床壁能形成凝殼,它的“粘滯區(qū)”能夠捕捉如WC、Mo、Ta等高密度夾雜物(HDI),同時,在精煉區(qū),低密度夾雜(LDI)顆粒在高溫液體中滯留時間延長,可以確保LDI的完全溶解,從而有效地清除夾雜缺陷。也就是說,冷床熔煉的提純機理可分為比重分離和溶解分離兩種。捕捉高密度夾雜,低密度雜質(zhì)浮在熔池表面,在高溫液體中滯留時間延長,可以確保低密度雜質(zhì)溶解或被電子擋渣板擋住,有效地防止了高、低兩種密度雜質(zhì)流入結(jié)晶器內(nèi),從而清除了夾雜缺陷,達到常規(guī)熔煉方法難以達到的提純效果,提高了鈦合金鑄錠質(zhì)量;尤其是在航空、航天需用鈦及鈦合金材料方面,可生產(chǎn)出其它設(shè)備不能生產(chǎn)的產(chǎn)品;此設(shè)備還可將鈦殘料回收熔煉成滿足使用要求的鈦材,此過程相比傳統(tǒng)工藝過程,節(jié)約能耗20%?30% ;設(shè)備采用冷陰極電子槍系統(tǒng),與國內(nèi)外同類設(shè)備相比,爐室真空度低,生產(chǎn)鈦合金的性能更好。
[0017]將待熔化棒料裝入水平進料系統(tǒng),待熔化屑料裝入豎直進料系統(tǒng),熔煉室真空機組對熔煉開始抽空,達到真空度要求后,化料電子槍系統(tǒng)工作,冷床內(nèi)逐漸建立熔池,精煉電子槍系統(tǒng)開始工作,隨著熔化過程,冷床熔池液面升高到溢流口處,液態(tài)金屬開始滴流到結(jié)晶器內(nèi),結(jié)晶電子槍開始工作,隨著原料的熔化,拖錠系統(tǒng)中的引錠頭不斷下拉,得到預定外形、尺寸的鑄錠;工作過程中,冷卻系統(tǒng)對需要冷卻的結(jié)構(gòu)、部件加以冷卻,液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)根據(jù)工藝要求,配合電氣控制系統(tǒng),執(zhí)行特定的動作。
【權(quán)利要求】
1.電子束冷床爐,其特征是主要包括真空熔煉室(12)、電子槍(9)、電源(14)、加料系統(tǒng)、冷床(11)、結(jié)晶器(29)、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)(13)、混合工作氣體制氣及供氣系統(tǒng)(14)、冷卻系統(tǒng)(24)、液壓系統(tǒng)(16)、壓縮空氣系統(tǒng)(17)和電氣控制系統(tǒng)(21);電子槍(9)有三把并安裝在真空熔煉室(12)上部,其中兩把電子槍(9)的電子束正對位于真空熔煉室(12)中部的冷床(11),另外一把電子槍(9)的電子束正對位于真空熔煉室(12)下部的結(jié)晶器(29);加料系統(tǒng)由水平連續(xù)進料機構(gòu)和豎直屑料進料倉(10)組成,豎直屑料進料倉(10)位于真空熔煉室(12)上部;水平連續(xù)進料機構(gòu)位于真空熔煉室(12)側(cè)面并分為進料室(8)和裝料室(6),進料室和裝料室兩者之間用插板閥(7)隔開;結(jié)晶器(29)位于冷床(11)下部并且其底部與拖錠系統(tǒng)通過閉鎖閥(30)連接;真空系統(tǒng)(13)連接在真空熔煉室(12)上并滿足真空系統(tǒng)的密封要求;混合工作氣體制氣及供氣系統(tǒng)(14)與電子槍(9)的電子槍室連通將混合氣體輸送到電子槍室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床爐,其特征是冷床(11)位于冷床小車(22)上,冷床(11)和真空熔煉室(12)上的移動爐門固定在冷床小車(22)上整體可由牽引小車(24)驅(qū)動開進或者開出真空爐室(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床爐,其特征是結(jié)晶器(29)整體固定在真空熔煉室(12)的底部由兩對稱的油缸壓緊在爐體上,結(jié)晶器(29)為嵌套式結(jié)構(gòu),內(nèi)部為結(jié)晶容器,外部為冷卻水套,冷卻水套與冷卻系統(tǒng)(25)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束冷床爐,其特征是拖錠系統(tǒng)主要由拉錠機構(gòu)、拖錠筒(19)及回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成,所述回轉(zhuǎn)機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)大盤(18)固定在基礎(chǔ)上,兩拖錠筒(19)安裝在回轉(zhuǎn)大盤(18)上并在 油缸的驅(qū)動下可上下動作,拉錠機構(gòu)(20)由電機驅(qū)動滾珠絲杠,使拖錠桿(32)組件上下移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束冷床爐,其特征是真空熔煉室(12)上安裝有監(jiān)測結(jié)晶器液位1?度的距尚傳感器,該傳感器與拖徒系統(tǒng)中電機開關(guān)連接控制拖徒系統(tǒng)中拖徒桿(32)的動作。
【文檔編號】C22B9/22GK203820870SQ201420200355
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】馬開道, 高輝, 黨磊, 邵波 申請人:寶雞市凱博真空科技有限公司