本發(fā)明屬于真空冶金設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)式冷坩堝感應(yīng)霧化制備鈦粉設(shè)備。
背景技術(shù)：
感應(yīng)熔煉技術(shù)是一種先進(jìn)的熔煉手段，它去除了熔煉過程中氣氛和加熱源對(duì)爐料的污染。但一般的真空感應(yīng)熔煉技術(shù)不能防止?fàn)t料與坩堝之間的反應(yīng)，尤其在熔煉活潑金屬或高純度金屬時(shí)，這種影響非常嚴(yán)重。上世紀(jì)末出現(xiàn)了一種更為先進(jìn)的冷坩堝真空感應(yīng)熔煉技術(shù)。它是一種利用水冷坩堝（主要為純銅，也有用其它合金）來進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉的方法。此種方法可以完全排除坩堝對(duì)爐料的污染。
冷坩堝感應(yīng)熔煉裝置主要有三種澆鑄方式：傾倒鑄造(tilt-tapping)技術(shù)、底鑄(bottom-tapping)技術(shù)、懸浮型(lavitationtype)冷坩堝的底鑄技術(shù)。
傾倒鑄造技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于實(shí)現(xiàn)，問題在于，傾轉(zhuǎn)時(shí)熔體同坩堝側(cè)壁的接觸面積增大，使凝殼顯著長(zhǎng)大，鑄出的熔體量減少。所以，鑄造應(yīng)盡可能快(通常在3秒鐘之內(nèi))。此外，鑄造一旦中斷凝殼便迅速長(zhǎng)大，為了恢復(fù)鑄造需要將坩堝轉(zhuǎn)回原位熔化凝殼，重復(fù)多次。
懸浮型冷坩堝的底鑄技術(shù)的問題在于懸浮很大的熔體質(zhì)量有困難，目前只有懸浮熔煉5kg的裝置，還不能用于工業(yè)化的規(guī)模。
因此，底鑄技術(shù)有應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。但其結(jié)構(gòu)和工藝非常復(fù)雜。需要進(jìn)一步的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能耗低，工作效率高，粉末質(zhì)量好且成分粒徑可控，安全性好，并可實(shí)現(xiàn)作不破壞爐內(nèi)真空或氣氛環(huán)境下，不同形狀物料的添加，已達(dá)到連續(xù)熔煉的霧化制粉設(shè)備。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種連續(xù)式冷坩堝感應(yīng)霧化制備鈦粉設(shè)備，包括爐體、高壓進(jìn)氣管、霧化倉(cāng)及真空系統(tǒng)；所述真空系統(tǒng)的端口與爐體工作腔相通；所述爐體包括合金加料機(jī)構(gòu)、安全閥、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)、重力料爪加料機(jī)構(gòu)、螺旋送料機(jī)構(gòu)、爆破排放裝置、熔煉電極、底注電極、水冷坩堝系統(tǒng)、熔煉感應(yīng)線圈、底注感應(yīng)線圈及環(huán)孔形噴盤；所述合金加料機(jī)構(gòu)、安全閥、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)、重力料爪加料機(jī)構(gòu)、螺旋送料機(jī)構(gòu)及爆破排放裝置的工作端分別與爐體工作腔相通；所述熔煉感應(yīng)線圈固定設(shè)于水冷坩堝系統(tǒng)上部外壁；所述底注感應(yīng)線圈固定設(shè)于水冷坩堝系統(tǒng)底部外壁；在所述水冷坩堝系統(tǒng)底部設(shè)有陶瓷噴管；在所述陶瓷噴管底部設(shè)有陶瓷導(dǎo)管；所述陶瓷導(dǎo)管上部端口與陶瓷噴管底口垂直套接，且穿過環(huán)孔形噴盤；高壓低溫氬氣通過高壓進(jìn)氣管進(jìn)入爐體內(nèi)的環(huán)孔形噴盤；所述重力料爪加料機(jī)構(gòu)的加料腔上橫向設(shè)有氣動(dòng)插板閥。
作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述爐體可采用立式哈殼雙層水冷夾套結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)可采用球鉸鏈結(jié)構(gòu)；所述合金加料機(jī)構(gòu)內(nèi)部有多個(gè)獨(dú)立的加料杯。
進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述爐體內(nèi)腔通過氣動(dòng)球閥與螺旋送料機(jī)構(gòu)腔體相連；在所述螺旋送料機(jī)構(gòu)底部設(shè)有下料流槽。
進(jìn)一步地，本發(fā)明所述陶瓷噴管的錐度為90°；所述陶瓷噴管的管徑為dn20。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造與維護(hù)成本低，安裝方便、安全性好便于設(shè)備批量生產(chǎn)，由于采用高壓低溫氬氣作為霧化用氣，節(jié)省了氣源加熱成本并且粉末降溫迅速提高收粉效率；懸浮力大凝殼少（小于10%）出粉率高且凝殼可重復(fù)熔化，不浪費(fèi)原料；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)減少了抽空充氣環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率，減少資源浪費(fèi)，對(duì)熔煉原料形狀沒有嚴(yán)格要求，可在熔煉過程中調(diào)入不同合金且攪拌劇烈熔液成分均勻；粉末粒徑可通過調(diào)整噴嘴直徑與進(jìn)氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，粉末球形度高、含氧量低（小于600ppm）；本發(fā)明還可以滿足多種難熔活潑金屬的霧化制粉要求。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
圖1為發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為發(fā)明俯視圖。
圖3為本發(fā)明內(nèi)部視圖。
圖4為本發(fā)明重力爪加料機(jī)構(gòu)。
圖5為本發(fā)明螺旋送料機(jī)構(gòu)。
圖中：1、爐體；2、爐門；3、真空系統(tǒng)；4、合金加料機(jī)構(gòu)；5、安全閥；6、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)；7、重力爪加料機(jī)構(gòu)；8、螺旋送料機(jī)構(gòu)；9、電源系統(tǒng)；10、爆破排放裝置；11、高壓進(jìn)氣管；12、霧化倉(cāng)；13、水冷坩堝系統(tǒng)；14、熔煉感應(yīng)線圈；15、底注感應(yīng)線圈；16、陶瓷噴管；17、陶瓷導(dǎo)管；18、環(huán)孔形噴盤；19、支撐框架；20、熔煉電極；21、底注電極；22、氣動(dòng)插板閥；23、氣動(dòng)球閥；24、下料流槽。
具體實(shí)施方式
如圖所示，連續(xù)式冷坩堝感應(yīng)霧化制備鈦粉設(shè)備，包括爐體1、高壓進(jìn)氣管11、霧化倉(cāng)12及真空系統(tǒng)3；所述真空系統(tǒng)3的端口與爐體1工作腔相通；所述爐體1包括合金加料機(jī)構(gòu)4、安全閥5、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)6、重力料爪加料機(jī)構(gòu)7、螺旋送料機(jī)構(gòu)8、爆破排放裝置10、熔煉電極20、底注電極21、水冷坩堝系統(tǒng)13、熔煉感應(yīng)線圈14、底注感應(yīng)線圈15及環(huán)孔形噴盤18；所述合金加料機(jī)構(gòu)4、安全閥5、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)6、重力料爪加料機(jī)構(gòu)7、螺旋送料機(jī)構(gòu)8及爆破排放裝置10的工作端分別與爐體1工作腔相通；所述熔煉感應(yīng)線圈14固定設(shè)于水冷坩堝系統(tǒng)13上部外壁；所述底注感應(yīng)線圈15固定設(shè)于水冷坩堝系統(tǒng)13底部外壁；在所述水冷坩堝系統(tǒng)13底部設(shè)有陶瓷噴管16；在所述陶瓷噴管16底部設(shè)有陶瓷導(dǎo)管17；所述陶瓷導(dǎo)管17上部端口與陶瓷噴管16底口垂直套接，且穿過環(huán)孔形噴盤18；高壓低溫氬氣通過高壓進(jìn)氣管11進(jìn)入爐體1內(nèi)的環(huán)孔形噴盤18；所述重力料爪加料機(jī)構(gòu)7的加料腔上橫向設(shè)有氣動(dòng)插板閥22。
本發(fā)明所述爐體1可采用立式哈殼雙層水冷夾套結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)6可采用球鉸鏈結(jié)構(gòu)；所述合金加料機(jī)構(gòu)4內(nèi)部有多個(gè)獨(dú)立的加料杯。本發(fā)明在所述爐體1內(nèi)腔通過氣動(dòng)球閥23與螺旋送料機(jī)構(gòu)8腔體相連；在所述螺旋送料機(jī)構(gòu)8底部設(shè)有下料流槽24。本發(fā)明所述陶瓷噴管16的錐度為90°；所述陶瓷噴管16的管徑為dn20。
本發(fā)明爐體采用立式哈殼形式，打開爐門后，內(nèi)部整體露出便于裝取爐料及日常安裝維護(hù)。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明包括真空系統(tǒng)、合金加料機(jī)構(gòu)、安全閥、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)、重力料爪加料機(jī)構(gòu)、螺旋送料機(jī)構(gòu)、電源系統(tǒng)、爆破排放裝置、高壓進(jìn)氣管及霧化倉(cāng)；上述單元模塊均與爐體工作腔體相通。本發(fā)明爐體包括水冷坩堝系統(tǒng)、熔煉感應(yīng)線圈、底注感應(yīng)線圈、陶瓷噴管、陶瓷導(dǎo)管、環(huán)孔形噴盤安裝在支撐框架上，作為整體結(jié)構(gòu)與爐體固定連接；熔煉電極和底注電極通過密封結(jié)構(gòu)分別與爐體內(nèi)的熔煉感應(yīng)線圈和底注感應(yīng)線圈相連接，電極外部通過銅排與電源系統(tǒng)相連接。
本發(fā)明在所述爐體采用立式哈殼雙層水冷夾套結(jié)構(gòu)；所述紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)采用球鉸鏈結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)熔液任意位置的測(cè)量并可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外鏡頭的氬氣清掃；所述合金加料機(jī)構(gòu)內(nèi)部有多個(gè)獨(dú)立的加料杯，可實(shí)現(xiàn)熔煉過程中多種合金料獨(dú)立的添加。本發(fā)明在所述爐體上通過氣動(dòng)插板閥與重力料爪加料機(jī)構(gòu)相連，其腔體開有真空接口和充氣口，可實(shí)現(xiàn)在不破壞爐體真空或氣氛環(huán)境下棒狀物料的添加。本發(fā)明在所述爐體上通過氣動(dòng)球閥與螺旋送料機(jī)構(gòu)相連，其腔體開有真空接口和充氣口，底部有可擺動(dòng)的下料流槽,不但可實(shí)現(xiàn)在不破壞爐體真空或氣氛環(huán)境下碎塊或海綿鈦的添加，還可實(shí)現(xiàn)熔煉過程中連續(xù)定量添加。本發(fā)明感應(yīng)熔煉部分由上下兩組線圈組成，其上部為熔煉感應(yīng)線圈通入中頻電流用于熔化物料，其下部為錐形底注感應(yīng)線圈通入高頻電流用于加熱噴嘴使熔液從坩堝底部流出；電源系統(tǒng)將中頻感應(yīng)系統(tǒng)與高頻感應(yīng)系統(tǒng)整合到同一電源柜內(nèi)，通過熔煉電極和底注電極分別與兩組線圈相連通。本發(fā)明高壓低溫氬氣通過高壓進(jìn)氣管進(jìn)入環(huán)孔形噴盤霧化，節(jié)省了氣源加熱成本且提高粉末質(zhì)量縮短工作周期。
本發(fā)明水冷坩堝系統(tǒng)中的水冷銅坩堝壁與水冷銅坩堝底采用分體設(shè)計(jì)，分別擁有獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)，坩堝壁由獨(dú)立循環(huán)水道的銅坩堝瓣拼接而成；坩堝底為切縫錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)襯氧化釔陶瓷噴管，由于氧化釔只與金屬鈦熔液輕微反應(yīng)，且反應(yīng)后生成穩(wěn)定的浸潤(rùn)層阻止反應(yīng)繼續(xù)發(fā)生，因此氧化釔陶瓷可用作霧化鈦粉時(shí)的噴管；陶瓷噴管的錐度和管徑與冷坩堝底注是否成功有直接關(guān)系。通過試驗(yàn)陶瓷噴管的錐度選取90°，噴管管徑選取dn20。
本發(fā)明可以通過改變通入噴盤氣體的壓力和改變陶瓷噴管端部孔徑來獲取不同粒徑的粉末。由于本發(fā)明采用高壓低溫氬氣作為霧化用氣體節(jié)省了氣源加熱成本，平均每秒出粉0.25kg并且粉末降溫迅速，霧化完成30分鐘后便可取粉，提高了工作效率。
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在不破壞爐體真空或氣氛環(huán)境下不同形狀物料的添加，棒狀料采用重力爪機(jī)構(gòu)送料，其原理是依靠物料自重來提供夾緊力，料爪通過卷繞機(jī)構(gòu)經(jīng)過插板閥將物料送入坩堝，當(dāng)物料與坩堝底接觸，料爪自動(dòng)松開再通過卷繞機(jī)構(gòu)收回；當(dāng)需要加入碎塊料時(shí)擺動(dòng)下料流槽，打開與爐體連接的球閥，通過螺旋送料機(jī)構(gòu)連續(xù)不斷的將物料送入坩堝，并可通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)送料量的調(diào)整。不但可實(shí)現(xiàn)在不破壞爐體真空或氣氛環(huán)境下碎塊或海綿鈦的添加，還可實(shí)現(xiàn)熔煉過程中連續(xù)定量添加。
本發(fā)明排空氣體經(jīng)過干式過濾器過濾后才能最終進(jìn)入機(jī)械泵真空系統(tǒng)，能有效收集熔煉過程中產(chǎn)生的揮發(fā)物、油脂、粉塵等，避免粉塵顆粒對(duì)機(jī)械泵轉(zhuǎn)子的劃傷，減緩對(duì)泵油的污染。同時(shí)，為防止熔煉過程中由于意外導(dǎo)致的水冷銅坩堝熔穿冷卻水與熔融液體接觸發(fā)生的不可預(yù)見反應(yīng)狀況，爐體設(shè)置獨(dú)立的安全閥和大通徑的膜片防爆泄壓裝置。
以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果。只要滿足使用需要，都在發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于真空冶金設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)式冷坩堝感應(yīng)霧化制備鈦粉設(shè)備，包括爐體（1）、高壓進(jìn)氣管（11）、霧化倉(cāng)（12）及真空系統(tǒng)（3）；爐體（1）包括合金加料機(jī)構(gòu)（4）、安全閥（5）、紅外測(cè)溫機(jī)構(gòu)（6）、重力料爪加料機(jī)構(gòu)（7）、螺旋送料機(jī)構(gòu)（8）、爆破排放裝置（10）、熔煉電極（20）、底注電極（21）、水冷坩堝系統(tǒng)（13）、熔煉感應(yīng)線圈（14）、底注感應(yīng)線圈（15）及環(huán)孔形噴盤（18）；重力料爪加料機(jī)構(gòu)（7）的加料腔上橫向設(shè)有氣動(dòng)插板閥（22）。本發(fā)明可連續(xù)生產(chǎn)，出粉率高氧含量低，粉末成份和粒徑可控，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造與維護(hù)成本低，安裝方便，節(jié)能環(huán)保，安全性好。
技術(shù)研發(fā)人員：牟鑫;馬海玲;王勃;陳鼎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：沈陽(yáng)真空技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.10.19
技術(shù)公布日：2017.12.12
聲明：
“連續(xù)式冷坩堝感應(yīng)霧化制備鈦粉設(shè)備的制作方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：沈陽(yáng)真空技術(shù)研究所
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