专利名称：真空感应电弧熔炼快冷快淬炉的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及金属及合金熔体的快速冷却凝固技术，主要提供了一种适合于稀土永磁钕铁硼合金和贮氢合金制造的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉。
近年来，由于快速凝固技术在非晶、微晶合金磁性材料、超高强度非晶合金、钎焊、电池和催化材料等领域取得了许多可喜的成果，显示了该技术的优越性。因此有关快速凝固金属合金的研究、开发越来越受到人们的重视。其中快冷快淬炉的设计是快速凝固技术及合金进入工业化生产的关键。目前国内已有的炉体设计主要存在以下几方面的问题首先由于熔炼包只有一个，熔化速度跟不上甩带速度，且无后续加料熔化机构，因此只能熔炼一炉甩一炉，甩带完后只能停炉装料，耗时耗能，不能连续生产；另由于中间包仅采用耐火材料做成，急冷急热时易开裂损坏，加之又被置于压力相对较小的快淬室中，自流喷射时还可勉强使用，但在需要加压喷射快淬时，则易发生开裂，一旦发生此种情况，就不得不停炉维修，严重时会导致中间包爆裂，从而使其中的熔体全部倾洒至炉中造成严重的事故，故仅采用耐火材料的中间包，影响连续工作且不安全；第三个问题是喷射方式为仅靠中间包内的流体重力自流，流速不可避免地会随包内熔体液面高度的变化而变化，在熔体的表面张力较大时还可能喷不出来，从而影响快淬工艺的稳定性及制品的均匀性。第四就是没有解决好喷嘴堵塞的问题，影响连续生产。
本实发明专利的目的在于提供一种能连续生产、功能可靠、使用安全且快淬制品均匀性好的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉。
本发明提供了一种真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征在于整个炉体被分隔成上中下三部分即熔炼室1、快淬室21和冷却室16。熔炼室1的左右上方分别设置有后续备用加料的加料机构2及电弧熔炼加料机构4，熔炼室1内还设置有中频感应线圈25、熔炼坩锅24、测温偶3、中间包10、浇口杯8、电阻加热套23及过滤器7、中频感应加热保温系统9、应急铸模6；中间包10和熔炼坩埚24既可用耐火材料制成，也可用开缝的金属水冷坩埚内衬一层耐火保温材料复合而成，中间包10内有可控熔体喷射状状的塞杆机构5，其内表面底部设置有可调尺寸的喷嘴11，其材质可为氮化硅、氮化硼材料或其与金属的复合。中间包10外设置中频感应加热保温系统9及中间包10的升降机构22；浇口杯8的外面设置有电阻加热套23；内有过滤器7；快淬室21内设置有水冷转轮20(轮圈材质据需要可为Cu、Cu镀Cr或Mo、Fe、不锈钢等中的一种)、修轮刷轮机构19；冷却室16中有出料口17、螺旋推进搅拌机构15；熔炼室1与快淬室21间由喷嘴11相联，快淬室21与冷却室16间由收集口13相联。水冷转轮20在喷咀11的下方，转轮20与喷嘴11 间的间距可调。水冷转轮20的左下方设置有修轮刷轮机构19，右侧设置有收集口13。另配有充(放)气阀、真空压力表、观察孔及测距、测温、测压、测速系统及水冷系统抽真空接口等。
本发明专利有一个附图
，下面即结合附图和实施例对本专利作进一步描述熔炼室1熔炼室1由无磁不锈钢和A3钢板双层水冷筒体构成，熔炼室1的上方可开门，其上部左右分别装有加料机构2及测温偶3、电弧熔炼加料机构4，室内有熔炼感应线圈25及熔炼坩埚24一套，中间包10、烧口杯8、过滤器7及电阻加热套23、感应加热保温线圈9各一个。所配置的后续加料机构2及电弧熔炼加料机构4可独立工作，也可同时工作。同时工作时，每套加料机构均可独立地向熔炼坩埚24及中间包10中倾倒金属液体，以确保系统能连续工作。电弧熔炼加料机构4还可代替加料构2及熔炼坩埚24单独使用，独立地直接向中间包10补加熔体。中间包10下方有喷嘴11及可控熔体喷射状态的塞杆机构5，塞杆机构5通过位于熔炼室1外上方的齿轮齿条机构控制升降，从而控制熔体的喷射状态包括控制喷射开始、停止及喷射口尺寸调节。塞杆机构5中有测量偶，通过它并结合控温系统，可对中间包10中的熔体温度实现自动调节。中间包10的上部设置有可方便装卸的浇口杯8和过滤器7，在熔体由熔炼坩埚24浇入中间包10时，由过滤器7滤掉其中的渣皮，从而起到净化熔体，有效防止堵嘴的作用。另还设置有真空压力表、充(放)气阀及抽真空接口等。
快淬室21快淬室21由无磁不锈钢和A3钢板双层水冷筒体构成，该室主要完成喷射制取快淬条带或薄带。快淬室21内有水冷转轮20、刷轮修轮机构19、收集料口13，另还配置有压力表、充(放)气阀、观察孔等。
冷却室16冷却室16中有出料口17和螺旋推进搅拌机构15，还配置有用于循环冷却的气体进出阀14和18。
实施例实际操作时，主要工艺过程如下首先在大气压下将按要求成分熔炼好的铸锭料分别装入熔炼坩埚24、后续加料装置2及电弧熔炼加料机构4的坩埚和料仓中，并按附图所示将含有电阻加热套23、过滤器7的浇杯口8及塞杆机构5、喷嘴11装配于中间包10上，并先给电阻加热套23送电预热浇口杯8及过滤器7，将可移动的应急铸模6置于中间包10右上方备用。用刷轮修轮机构19使转轮20的辊面粗糙度达到0.8左右，并始终保持转轮20与刷轮修轮机构19紧贴，使转轮在旋转过程中一直被清理。调节升降机构22使喷嘴11与转轮20间的间隙达所需尺寸，在确认以上各项准备工作均做好之后，关闭所有炉门。在开启冷却水后，开启真空系统12抽真空，并将连有高压气管及氢气瓶的充气阀门打开，以抽出其中的空气。当系统真空达到5×10-1Pa左右时，送电感应加热，当铸锭快要熔化时即关闭抽气阀门，打开充气口阀门26向熔炼室1中充氩气至-0.04MPa左右，尔后加大功率迅速熔化铸锭，并使之过热，测温偶3能随时插入熔体中检测，并与温度控制系统配合实现熔体温度的自动控制。当熔体温度过热至所需温度值时，先开启水冷转轮20，并使其达设室值，尔后将熔体浇入已预先加热的浇口杯8及中间包10中至一定液面高度，同时给感应线圈9送电加热，用内置于塞杆机构5中的测温偶测温，并与温度控制系统配合实现温度的自动控制，此时，开启加料机构2及电弧熔炼加料机构4向熔炼坩埚24中快速补加一室数量的预先配好的铸锭料和电弧熔化后的熔体，并迅速使其熔化升温以备用。同时随时观察中间包10中的温度情况，当达到所需的喷射温度时，即调节塞杆机构5至一定位置使熔体在重力和熔炼室1与快淬室21间的压差的联合作用下，通过喷嘴11喷流至旋转的水冷转轮20的辊面上，使其快速凝固成条带或薄带。通过后续的加料装置2及电弧熔炼加料机构4快速地往熔炼坩埚24中补加铸锭料和溶体，以确保熔炼坩埚24中有充足的过热熔体能适时地加入中间包10中，电弧熔炼加料机构4可代替加料机构2及熔化坩埚24独立地向中间包10中连续地补加熔体，并使之保持一定的液面高度。重复以上操作过程就能使快速凝固甩带(片)过程连续进行。
甩制的条片(带)通过收集口13进入冷却室16中，利用螺旋推进搅拌机构15及通过进出气阀14、18的隋性气体的循环冷却，使条片(带)较快地冷却下来。待全部炉料均熔化甩制完成，且条带(片)均已冷却至一室温度后，即可开炉从出料口17中取出条带(片)。至此本次阶段工作即告完成。
调节喷嘴11的开口形状、尺寸、及其与水冷转轮20间的间隙、中间包10中的液面高度、熔炼室1与快淬室21间的压差、水冷转轮20的转速就能获得所需形状尺寸及内部质量的快冷条带(片)。
如上所述，本发明专利提供了一种能稳定安全地进行连续快速凝固甩带(片)、且条带厚度均匀、内部质量可控的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，能满足批量制备高性能烧结(快淬)钕铁硼合金的甩带(铸片)工艺要求。同时该设备还适用于类似工艺过程的材料制备如镍氢电池用贮氢合金的快速固化制备。
权利要求
1.本发明提供了一种真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征在于整个炉体被分隔成上中下三部分即熔炼室1、快淬室21和冷却室16。熔炼室1的左右上方分别设置有可后续加料的加料机构2及电弧熔炼加料机构4，熔炼室1内还设置有中频感应线圈25、熔炼坩锅24、测温偶3、中间包10、浇口杯8、电阻加热套23及过滤器7、中频感应加热保温系统9、应急铸模6；中间包10和熔炼坩埚24均可用耐火材料制成，也可用开缝的金属水冷坩埚内衬一层耐火材料复合而成，中间包10内有可控熔体喷射状态的塞杆机构5，其内表面底部设置有可调尺寸的喷嘴11，喷嘴11的材质可为氮化硅、氮化硼材料或其与金属的复合。中间包10外设置有中频感应加热保温系统9及中间包10的升降机构22；浇口杯8的外面设置有电阻加热套23，内有过滤器7；快淬室21内设置有水冷转轮20(转轮外圈材质据需要可为Cu、Cu镀Cr或Mo、Fe、不锈钢等中的一种)、修轮刷轮机构19及收集口13；冷却室16中有出料口17、螺旋推进搅拌机构15及收集口13；熔炼室1与快淬室21间由喷嘴11相联，快淬室21与冷却室16间由收集口13相联。水冷转轮20在喷咀11的下方，转轮20与喷嘴11间的间距可调，水冷转轮20的左下方设置有修轮刷轮机构19、右侧有收集口13。另配有充(放)气阀、真空压力表、观察孔及测距、测温、测压、测速系统及水冷系统抽真空接口等。
2.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是在熔炼室1中设置了能及时地向熔炼坩埚24中补加铸锭或熔体的加料机构2和电弧熔炼加料机构4。加料机构2和电弧熔炼加料机构4既可同时使用，也可单独使用。单独使用电弧熔炼加料机构4时，据使用要求的不同，有时也可省掉感应熔炼坩埚24，而直接使电弧熔炼加料机构4独立地向中间包10中提供熔体；
3.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是中间包10和熔炼坩埚24可以用耐火材料做成，也可以用开缝的金属水冷坩埚内衬一层耐火保温材料复合而成；
4.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是在中间包10中设置有带测温偶的塞杆机构5，且塞杆机构5的下端部可以穿透喷嘴11；
5.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是在中间包10的上方有一带电阻加热套23和过滤器7的浇口杯8；
6.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是中间包10位于压力相对较高的熔炼室1中，使得本专利除可实施自流喷射甩带工艺外、还可实施加压喷射甩带；
7.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是在熔炼室1中设置可移动的有应急铸模6；
8.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是快淬室21中的水轮转轮20的下方设置有条带(片)冷却室16，冷却室16中设置有螺旋搅拌机构15，在冷却室16上还配置有用于循环冷却的气体进出阀14和18；
9.根据权利要求1所述的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，其特征是熔炼室1与快淬室21通过喷嘴11联接，又通过塞杆机构5隔离。两室可同时抽直空，也可单独抽真空。
全文摘要
本发明公开了一种能稳定地连续生产的真空感应电弧熔炼快冷快淬炉，主要用于高性能烧结(快淬)钕铁硼合金的快速凝固铸片(条带)制备。由于采用了能快速补加铸锭料的后续加料装置及电弧熔炼备用加料装置，并设置了具有特殊结构的熔炼坩埚、中间包、喷嘴、塞杆机构，从而有效地克服以前的快淬炉存在的一系列问题即喷嘴易堵塞而不能稳定工作的问题；坩埚易破裂的问题；不能连续甩带的问题；甩出条带(片)形状厚度均匀性不好的问题。另，由于本发明配置了可移动的应急铸模，故它还可代替常规的真空感应炉用于真空感应熔炼工作，同时本发明还可用作真空非自耗电弧炉进行电弧熔炼工作，可见本发明将真空感应熔炼和电弧熔炼两种技术及快速凝固技术有机地结合在一起，发明了一种应用前景广阔的熔炼快淬技术。
文档编号B22F9/10GK1430035SQ01133788
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月30日 优先权日2001年12月30日
发明者郭锦华 申请人:郭锦华