一种连续式电子束冷床熔炼设备的制作方法

1.本发明属于真空冶金设备技术领域，尤其涉及一种连续式电子束冷床熔炼设备。


背景技术：

2.电子束冷床熔炼炉是利用高速运动的电子束流的动能作为热源的一种熔炼设备，可用来熔炼钛及铌、钽、铪等难熔、高纯金属。具有功率密度高、熔池表面温度高、除气效果好、原材料形状结构限制低等优点。熔炼室是整个设备的基础，其结构形式与电子枪的类型及数量、原料及进料方式、出锭结构及尺寸有关，可分为立式与卧式。立式熔炼室的炉体上开口，电子枪安装于活动炉盖上，工作时炉盖扣于炉体上部，炉内其它部件通过炉体上开口吊装放入炉内；卧式熔炼室的炉体侧开口，电子枪安装于炉体顶部，炉内各部件安装于熔炼台车，可随炉门一同驶离炉体。
3.电子枪可分为热阴极枪和冷阴极枪两种。热阴极枪需要灯丝加热阴极，并需要额外抽空，结构复杂，故障多，能耗高；冷阴极枪不需对阴极加热，只须通入气体，故障少，能耗低。
4.现有部分电子束冷床熔炼设备存在结构布局复杂、功能单一、生产效率低、可靠性及扩展性低等不足。


技术实现要素：

5.本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种布局简洁、结构紧凑、维护方便、适应扁锭与圆锭，可连续生产的大型连续式电子束冷床熔炼设备。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括熔炼室、加料装置、铸锭室、铸锭室传动车、真空系统、平台；其特征在于：所述熔炼室与加料装置把接于平台上；所述熔炼室两侧各有两个接口，其中，圆接口与真空系统相连，方接口通过具有水冷防护罩的加料室阀与加料装置相连；所述加料装置、铸锭室、铸锭室传动车、真空系统各有两组；所述铸锭室落于可提供升降动作的铸锭室传动车上，并能够一同平移；所述铸锭室顶部有铸锭室隔离阀，铸锭室处于升起位置时与熔炼室底部的熔炼室隔离阀对接；所述真空系统通过管路与加料装置相连。其一部分落于平台7的下层，另一部分落于地面。
7.进一步地，所述熔炼室包括方炉体、炉门熔炼车、电子枪、炉顶盖组件、闪频观察窗、熔炼室维护门、出锭转接板、熔炼室隔离阀、熔炼水路、炉顶平台。
8.所述方炉体为碳钢材质的双层水冷卧式方形结构；所述炉门熔炼车由炉门及熔炼台车连接组成，并由炉门驱动组件控制开合。
9.所述炉门熔炼车设有水平一字型冷床、水冷铜结晶器、结晶器支撑梁、水冷框架、水冷托板、炉内导向轨道组件、冷凝罩、防护盖板、折叠轮腿；所述冷床及水冷铜结晶器把接于熔炼台车中心，并配有冷床水平调整装置及结晶器水平调整装置。
10.所述冷床主体由床体及可拆装替换的接嘴组成，冷床与水冷铜结晶器均采用法兰水管把接方式供水；所述水冷铜结晶器可拉制扁锭，还包含可拆装替换的圆结晶器，由可拆
卸的结晶器支撑梁支撑并供应冷却水，均通过熔炼台车的中空框架供应冷却水，对应拉制扁锭与圆锭。
11.所述结晶器支撑梁主体由两根矩形管焊接而成，顶部留有多个水嘴通过软管与结晶器相连，横梁两端开口，与熔炼台车的水冷框架把接并通入冷却水，两根矩形管各为进水与回水端。
12.所述水冷托板位于冷床的侧上方，并与炉内导向轨道组件及加料装置对齐。
13.所述冷凝罩落于熔炼台车，为挂有钛板的框架结构，钛板采用挂钩与螺栓分步连接方式；所述防护盖板分布于冷床及结晶器四周，保护底部水路。
14.所述折叠轮腿安装于熔炼台车底部，在炉门熔炼车驶入炉体时自动折叠，当炉门熔炼车驶离炉体时依靠重力自动下垂展开落于炉外轨道，支撑熔炼台车。
15.更进一步地，所述电子枪选用冷阴极电子枪，共有7把，其中4把直接安装于方炉体用于化料，另外3把安装于炉顶盖组件，用于扫描冷床及结晶器；所述炉顶盖组件有两种电子枪布局形式，分别用于扫描扁锭与圆锭，炉顶盖组件通过法兰与炉体把接，所述闪频观察窗装有铅玻璃，带有水冷、吹气装置，并设有隔离阀用于在熔炼过程中更换玻璃；所述出锭转接板为带有偏置长圆孔的双层水冷圆板结构，旋转该板产生两种安装位置，对应熔炼室的两个平移位置，分别用于扁锭与圆锭出锭；所述熔炼室隔离阀安装于出锭转接板底部，内部带有水冷防护罩，熔炼室隔离阀在熔炼结束时封闭熔炼室，在切换铸锭室后重新开放，实现连续熔炼；所述熔炼水路安装于炉门两侧，可为冷床、水冷托板及炉门供应冷却水，熔炼水路装有快速接头及波纹管，快速接头可将熔炼水路分为与总冷却水路连接的固定端，以及与炉门连接的活动端两部分，两端各有阀门可在分离前切断水路，两端阀门间的管路，高处装有吸气阀，低处装有球阀，可在切断水路而分离前排出残留冷却水；所述炉顶平台安装于熔炼室顶部。
16.进一步地，所述加料装置包含进料仓、进料仓盖、开盖机构、承料辊、承料挡板、推料车、侧轨道轮组、推料油缸及支撑腿；所述进料仓为分布于熔炼室两侧的水平进料方箱结构，底部连接可调节高度的支撑腿，进料仓底部留有抽空接口；所述进料仓的尺寸可保证单侧单次开盖进料两块，首先放入一块料块，并通过推料油缸推至水冷托板处，此时料块由炉内导向轨道组件承载，退回推料油缸，进料仓空置，可放入第二块料块。
17.更进一步地，所述进料仓盖采用上开盖方式，通过开盖机构与进料仓连接；所述承料辊与承料挡板间隔分布承放原料，承料辊外层设有可拆卸的保护套，其顶面高于承料挡板，所述推料车放置于侧轨道轮组的轨道上，在推料油缸的驱动下推料；所述侧轨道轮组同时有料块左右导向的作用。
18.进一步地，所述铸锭室包含拉锭筒、铸锭室隔离阀、底托、底托水管、铸锭支撑装置、丝杠传动组件、导向轨道、丝杠水冷板、水管防护板、铸锭室维护门；所述拉锭筒由两节圆筒式双层水冷结构连接而成，顶部安装有铸锭室隔离阀；所述底托由底托水管供水，安装于铸锭支撑装置的顶部，在高点位置可伸入水冷铜结晶器内，用于支撑铸锭。
19.更进一步地，所述铸锭支撑装置由两组丝杠传动组件驱动，并通过导向轨道导向；所述丝杠传动组件为顶部安装，底部设置有一定伸缩余量的辅助限位装置；所述导向轨道侧向安装于拉锭筒，其为双层中空，内有冷却管路，冷却水底进底回。
20.更进一步地，所述丝杠水冷板由纵向排列的双层中空管路与弯板焊接而成，整体
穿过铸锭支撑装置，上下两端把接于铸锭室，冷却水底进底回，可为丝杠遮挡下拉锭子的热辐射；所述水管防护板用于底托水管的冷却防护；所述铸锭室维护门开在铸锭室底部。
21.进一步地，所述真空系统包含抽空主管道、油增压泵、除尘罐、罗茨泵、滑阀泵、防爆阀、加料抽空接管；所述抽空主管道一端与熔炼室相连，连接处管路外设有水冷套；所述挡板阀与抽空主管道合为一体，底部通过冷阱与油增压泵相连。
22.更进一步地，所述除尘罐下罐体可移动换油或更换滤网；所述防爆阀位于抽空主管道，所述加料抽空接管连接进料仓和一组机械泵入口，在加料室阀关闭时，对补充添料后的进料仓使用一组机械泵抽空，当真空度满足要求时打开加料室阀继续推料；所述油增压泵放置于下层平台，除尘罐、罗茨泵、滑阀泵放置于地面，落于平台之下。
23.与现有技术相比本发明有益效果。
24.本发明结构可靠稳定，空间利用率高，模块化，方便维修，可长期使用。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
26.图1为本发明的轴侧视图。
27.图2为本发明扁锭配置时，熔炼室的轴测视图。
28.图3为本发明圆锭配置时，炉门熔炼车的轴测视图。
29.图4为本发明熔炼台车的局部俯视图。
30.图5为本发明加料装置的轴测视图。
31.图6为本发明铸锭室的剖视图。
32.图中：1、铸锭室维护门；2、铸锭室；3、铸锭室传动车；4、铸锭室隔离阀；5、熔炼室隔离阀；6、加料抽空接管；7、平台；8、加料装置；9、抽空主管道；10、炉门熔炼车；11、电子枪；12、熔炼室；13、加料室阀；14、防爆阀；15、真空系统；16、挡板阀；17、油增压泵；18、下层平台；19、除尘罐；20、罗茨泵；21、滑阀泵；22、熔炼水路；23、吸气阀；24、快速接头；25、炉门驱动组件；26、熔炼台车；27、炉内导向轨道组件；28、水冷托板；29、水冷框架；30、冷床；31、方结晶器；32、结晶器支撑梁；33、折叠轮腿；34、球阀；35、波纹管；36、出锭转接板；37、闪频观察窗；38、方炉体；39、熔炼室维护门；40、炉顶平台；41、炉顶盖组件；42、防护盖板；43、冷凝罩；44、炉门；45、圆结晶器；46、承料挡板；47、承料辊；48、侧轨道轮组；49、开盖机构；50、进料仓盖；51、推料车；52、推料油缸；53、进料仓；54、支撑腿；55、拉锭筒；56、丝杠水冷板；57、导向轨道；58、水管防护板；59、丝杠传动组件；60、底托；61、底托水管；62、铸锭支撑装置；63、接嘴；64、结晶器水平调整装置；65、法兰水管；66、冷床水平调整装置；67、床体。
具体实施方式
33.如图1-6所示，本发明包括熔炼室12、加料装置8、铸锭室2、铸锭室传动车3、真空系统15、平台7；所述熔炼室12与加料装置8把接于平台7上；所述熔炼室12两侧各有两个接口，其中圆接口与真空系统15相连，方接口通过拥有水冷防护罩的加料室阀13与加料装置8相连；所述加料装置8、铸锭室2、铸锭室传动车3、真空系统15各有两组；所述铸锭室2落于可提供升降动作的铸锭室传动车3上，并可一同平移；所述铸锭室2顶部有铸锭室隔离阀4，铸锭
室2处于升起位置时可与熔炼室12底部的熔炼室隔离阀5对接；所述真空系统15另有管路与加料装置8相连，其一部分落于平台7的下层，另一部分落于地面。
34.如图2、图3、图4所示，所述熔炼室12包括方炉体38、炉门熔炼车10、电子枪11、炉顶盖组件41、闪频观察窗37、熔炼室维护门39、出锭转接板36、熔炼室隔离阀5、熔炼水路22、炉顶平台40；所述方炉体38为碳钢材质的双层水冷卧式方形结构；所述炉门熔炼车10由炉门44及熔炼台车26连接组成，并由炉门驱动组件25控制开合；所述炉门熔炼车10设有水平“一”字型冷床30、水冷铜结晶器31、结晶器支撑梁32、水冷框架29、水冷托板28、炉内导向轨道组件27、冷凝罩43、防护盖板42、折叠轮腿33；所述冷床30及水冷铜结晶器31把接于熔炼台车26中心，并配有冷床水平调整装置66及结晶器水平调整装置64；所述冷床30主体由床体67及可拆装替换的接嘴63组成，冷床30与水冷铜结晶器31均采用法兰水管65把接方式供水；所述水冷铜结晶器31可拉制扁锭，另包含可拆装替换的圆结晶器45，由可拆卸的结晶器支撑梁32支撑并供应冷却水，均通过熔炼台车26的中空框架供应冷却水，对应拉制扁锭与圆锭；所述结晶器支撑梁32主体由两根矩形管焊接而成，顶部留有多个水嘴通过软管与结晶器相连，横梁两端开口，与熔炼台车26的水冷框架29把接并通入冷却水，两根矩形管各为进水与回水端；所述水冷托板28位于冷床30的侧上方，并与炉内导向轨道组件27及加料装置8对齐；所述冷凝罩43落于熔炼台车26，为挂有钛板的框架结构，钛板采用挂钩与螺栓分步连接方式；所述防护盖板42分布于冷床及结晶器四周，保护底部水路；所述折叠轮腿33安装于熔炼台车26底部，在炉门熔炼车10驶入炉体38时自动折叠，当炉门熔炼车10驶离炉体38时依靠重力自动下垂展开落于炉外轨道，支撑熔炼台车26；所述电子枪11选用冷阴极电子枪，共有7把，其中4把直接安装于方炉体38用于化料，另外3把安装于炉顶盖组件41，用于扫描冷床及结晶器；所述炉顶盖组件41有两种电子枪布局形式，分别用于扫描扁锭与圆锭，炉顶盖组件41通过法兰与炉体38把接，电子枪11与炉顶盖组件41拆装更换方便；所述闪频观察窗37装有铅玻璃，带有水冷、吹气装置，并设有隔离阀用于在熔炼过程中更换玻璃；所述熔炼室维护门39可用于在炉门44关闭时，人员进入炉内检查结晶器与铸锭室2的对中情况；所述出锭转接板36为带有偏置长圆孔的双层水冷圆板结构，旋转该板产生两种安装位置，对应熔炼室12的两个平移位置，分别用于扁锭与圆锭出锭；所述熔炼室隔离阀5安装于出锭转接板36底部，内部带有水冷防护罩，熔炼室隔离阀5在熔炼结束时封闭熔炼室12，在切换铸锭室2后重新开放，实现连续熔炼；所述熔炼水路22安装于炉门44两侧，可为冷床30、水冷托板28及炉门供应冷却水，熔炼水路22装有快速接头24及波纹管35，快速接头24可将熔炼水路22分为与总冷却水路连接的固定端，以及与炉门44连接的活动端两部分，两端各有阀门可在分离前切断水路，两端阀门间的管路，高处装有吸气阀23，低处装有球阀34，可在切断水路而分离前排出残留冷却水；所述炉顶平台40安装于熔炼室12顶部，用于承载电子枪11的水、电、气路及安装维护人员。
35.如图5所示，所述加料装置8包含进料仓53、进料仓盖50、开盖机构49、承料辊47、承料挡板46、推料车51、侧轨道轮组48、推料油缸52及支撑腿54；所述进料仓53为分布于熔炼室12两侧的独立水平进料方箱结构，底部连接可调节高度的支撑腿54，进料仓53底部留有抽空接口；所述进料仓53的尺寸设计可保证单侧单次开盖进料两块，首先放入一块料块，并通过推料油缸52推至水冷托板28处，此时料块由炉内导向轨道组件27承载，退回推料油缸52，进料仓53空置，可放入第二块料块；所述推料油缸52采用双节设计，大大减小设备总长
度；所述进料仓盖50采用上开盖方式，通过开盖机构49与进料仓53连接，实现自动开盖；所述承料辊47与承料挡板46间隔分布承放原料，承料辊47外层设有可拆卸的保护套，其顶面略高于承料挡板46，可保护辊子轴，减小摩擦，方便推料；所述推料车51放置于侧轨道轮组48的轨道上，在推料油缸52的驱动下推料；所述侧轨道轮组48同时有料块左右导向的作用。
36.如图6所示，所述铸锭室2包含拉锭筒55、铸锭室隔离阀4、底托60、底托水管61、铸锭支撑装置62、丝杠传动组件59、导向轨道57、丝杠水冷板56、水管防护板58、铸锭室维护门1；所述拉锭筒55由两节圆筒式双层水冷结构连接而成，顶部安装有铸锭室隔离阀4；所述底托60由底托水管61供水，安装于铸锭支撑装置62的顶部，在高点位置可伸入水冷铜结晶器31内，用于支撑铸锭；所述铸锭支撑装置62由两组丝杠传动组件59驱动，并通过导向轨道57导向；所述丝杠传动组件59采用顶部安装、固定并驱动的设计，底部有带有一定伸缩余量的辅助限位装置；所述导向轨道57侧向安装于拉锭筒55，采用双层中空设计，内有冷却管路，冷却水底进底回；所述丝杠水冷板56主体由纵向排列的双层中空管路与弯板焊接而成，整体穿过铸锭支撑装置62，上下两端把接于铸锭室2，冷却水底进底回，可为丝杠遮挡下拉锭子的热辐射；所述水管防护板58用于底托水管61的冷却防护；所述铸锭室维护门1开在铸锭室2底部。
37.如图1所示，所述真空系统15包含抽空主管道9、油增压泵17、除尘罐19、罗茨泵20、滑阀泵21、防爆阀14、加料抽空接管6等；所述抽空主管道9一端与熔炼室12相连，连接处管路外设有水冷套；所述挡板阀16与抽空主管道9合为一体，底部通过冷阱与油增压泵17相连；所述除尘罐19采用“湿式”油浸过滤设计，下罐体可移动换油或更换滤网，操作方便；所述防爆阀14位于抽空主管道9，可在系统故障压力过大时泄压；所述加料抽空接管6连接进料仓53和一组机械泵入口，在加料室阀13关闭时，对补充添料后的进料仓53使用一组机械泵抽空，当真空度满足要求时打开加料室阀13继续推料；所述油增压泵17放置于下层平台18，除尘罐19、罗茨泵20、滑阀泵21放置于地面，落于平台7之下。
38.本发明采用多功能设计：生产扁锭或圆锭，仅用一套熔炼室及相关框架，不需更换冷床，只需替换结晶器及炉顶盖组件，旋转出锭转接板，并平移铸锭室传动车，即可通过铸锭室的两个出锭工位对应拉制扁、圆铸锭，极大的减少了待替换零部件的数量、降低设备成本及操作难度。
39.本发明连续生产：综合使用两套加料装置、加料室阀、铸锭室及对应熔炼室阀、铸锭室阀，可在一侧加料装置送料熔炼时，另一侧开盖补充加料，在一个铸锭熔炼完成后暂停熔炼，封闭熔炼室和铸锭室，平移更换另一铸锭室，重新打开熔炼室阀和新换铸锭室的铸锭室阀，继续熔炼拉锭，实现持续加料、化料、出锭。
40.本发明采用卧式方炉体设计，电子枪安装于固定的熔炼室顶部，不需要专用的电缆拖带，电子枪固定，大大减少故障的发生，提高了设备的开动率。
41.本发明冷床、结晶器、底托通过带密封圈的法兰水管把接引入冷却水，如图6所示，该设计水管接头安装与维修更换方便，并可避免铜焊方式焊接变形、工艺较难、维修不便的不足。
42.本发明冷床采用多路同向并行水冷设计，冷却水由加料侧流入，由结晶器方向流出，水道加工工艺简单，既能使冷床均匀冷却，又可适当提高精炼区冷床温度，促进金属液流动。
43.本发明冷床采用长床体，短接嘴设计，接嘴与床体把接，更换单头、双头接嘴，即可使冷床适应单结晶器或双结晶器，可扩展性强；接嘴尺寸小巧，内部直水道设计，加工容易，维修更换方便。
44.本发明结晶器冷却水路针对拉制2m宽的扁锭进行优化，设有多个进水与出水口，内部采用底进上出“直瀑式”多路并行冷却设计，相较于传统单路“蛇形”布置，冷却效果更好，并能使结晶器在同一水平面上拥有相同的温度梯度，冷却均匀，有助于提高铸锭质量。
45.本发明矩形结晶器与圆结晶器使用相同的结晶器支撑梁承载并供水，矩形结晶器、圆结晶器及支撑梁的水嘴位置互相匹配，切换结晶器仅需调整支撑梁的安装位置再装入对应结晶器，两种配置专用零部件数量少，通用性强，结构简单紧凑，拆装方便。
46.本发明冷床与结晶器均配有xy水平调整装置，可在冷床与结晶器落于安装位置后，先精细、平稳地调整水平位置后再固定，保证位置正确，操作方便。
47.本发明熔炼室内冷床、结晶器、水冷托板、冷却管路、防护盖板、冷凝罩等各零部件可随炉门熔炼车一同驶离炉体，其中冷凝罩防护板采用挂钩与螺栓相结合的连接方式，先挂好挂钩，再固定螺栓，大量减少重复性的人工托举操作，设备的安装、维护、清理非常方便。
48.本发明熔炼台车前部设有折叠轮腿，在炉体内可自动折叠，当炉门熔炼车驶出时，折叠轮腿脱离炉体后可在重力作用下自动展开，落于炉外轨道，支撑熔炼台车前部。全程不需额外的辅助支撑装置及人工参与，结构简单可靠。
49.本发明炉门熔炼车驶离炉体时，冷却管路可通过熔炼水路活动端与固定端间的快速接头分离，活动、固定两端配有蝶阀可切断水路，中间设有吸气阀及手动球阀，可迅速排净管道残留冷却水。该设计不需铺设大直径长软管及拖链，结构简洁，占用空间小。
50.本发明闪频观察窗使用磁力耦合驱动，装有铅玻璃阻隔x射线，带有水冷、吹气装置保证冷却，减少玻璃污染，可通过手柄旋转玻璃圆盘，避开污染区域，设有水冷隔离阀，可切断与熔炼室的连通，在连续熔炼的过程中快速更换被完全污染的玻璃。
51.本发明加料室阀、熔炼室隔离阀及铸锭室隔离阀内均配有环状水冷防护罩，可为胶圈遮挡热辐射，并可防止料渣或熔炼挥发物进入阀内传动机构，延长阀的使用寿命。
52.本发明加料装置采用自动上开盖设计，添料方便；承料辊与承料挡板间隔分布承放原料，承料辊顶面略高于承料挡板，可减小摩擦，方便推料；承料辊外层设有保护套，在磨损后可方便拆装替换，有效保护辊子轴；承料挡板可辅助支撑原料，并防止原料碎块掉入进料仓或炉体底部；采用带位移传感器的伸缩双节缸推料，可准确采集推料进度，与电子枪及铸锭室相互配合，控制熔炼速度，并可大幅缩短油缸长度，减小加料装置尺寸。
53.本发明铸锭室的丝杠传动组件采用顶部悬吊安装、固定、驱动的设计，拆装维护方便；顶端固定对装的轴承组能够可靠的承受丝杠上升或下降的载荷；设有丝杠水冷板和水管防护板，可为丝杠及底托水管遮挡下拉锭子的热辐射；导向轨道、水冷板管路采用双层中空设计，冷却水底进底回，水管连接方便，并能减少拉锭筒侧壁开孔数量；底托使用双路对向进回水，冷却均匀良好。
54.本发明真空系统设有三级除尘过滤装置，一级过滤采用
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湿式”油浸过滤器，滤网通过气缸实现升降，升起时除尘，下降时浸入油池清理，过滤器下罐体可移动换油或更换滤网，操作方便；二级过滤采用聚酯纤维无纺布材质的过滤桶；三级过滤采用专业真空过滤
器，可过滤熔炼中挥发出的细小粉尘。整个除尘过滤装置能有效收集熔炼过程中产生的挥发物、油脂和粉尘，保证真空系统长期可靠运行，延长真空泵的使用寿命。
55.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。