超声辅助铜合金真空熔炼炉

1196 编辑：中冶有色技术网来源：大连理工大学

2023-11-30 11:10:38

权利要求书： 1.一种超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，包括机械泵、扩散泵、分离式炉体(7)、水冷炉盖(10)和超声设备：所述机械泵和扩散泵分别与分离式炉体(7)内连通，所述分离式炉体(7)侧壁上设置有加料口(4)；所述分离式炉体(7)上部通过真空波纹管(3)与超声设备相连；

所述分离式炉体(7)能在轨道(13)上滑动，并向水冷炉盖(10)方向旋转，以实现分离式炉体(7)与水冷炉盖(10)的配合；所述水冷炉盖(10)靠近分离式炉体(7)的一侧设置有感应线圈(9)，所述感应线圈(9)与水冷炉盖(10)内均设置有水冷通道，所述感应线圈(9)的电源线穿过水冷炉盖与加热电源连接；

当所述超声设备下降时，真空波纹管(3)被压缩，所述超声设备的超声探头能自真空波纹管(3)深入到感应线圈(9)内；

所述超声设备包括超声换能器(1)、水冷夹套(2)和自动升降装置，所述超声换能器(1)的变幅杆设置在真空波纹管(3)顶部，所述超声换能器(1)的变幅杆上套设有水冷夹套(2)，所述水冷夹套(2)的侧壁与自动升降装置固定；

所述水冷炉盖(10)设置有翻转机构，在翻转机构的驱动下固定在水冷炉盖(10)上的感应线圈可实现翻转；

所述分离式炉体(7)内壁上设置有与内壁形状配合的水冷隔温板(6)，所述水冷隔温板(6)内设置有水冷通道，所述水冷隔温板(6)通过旋转可覆盖在分离式炉体(7)内壁与真空波纹管(3)对应的位置；所述水冷隔温板(6)通过穿设在分离式炉体(7)外侧的调节杆(12)驱动。

2.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述分离式炉体(7)炉壁上设置有观察窗(5)，所述观察窗(5)为两个。

3.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述水冷夹套(2)的外壳(22)套设在超声换能器(1)的变幅杆(21)外侧，所述外壳底部、中部和顶部分别设置进水口(23)、测温热电偶(24)和出水口(25)。

4.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述自动升降装置包括伺服电机(11)和支架，所述伺服电机(11)固定在支架上，所述伺服电机(11)输出端与水冷夹套(2)的侧壁固定，所述伺服电机(11)能驱动水冷夹套(2)和超声换能器(1)的升降。

5.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述分离式炉体(7)底部固定在滑块上，滑块能在轨道(13)上移动。

6.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述轨道上设置有定位阀，当分离式炉体(7)移动到预定位置时，所述定位阀的挡块弹起，对分离式炉体(7)进行限位。

7.根据权利要求1所述超声辅助铜合金真空熔炼炉，其特征在于，所述分离式炉体(7)底部设置有炉体旋转关节，所述旋转关节包括：固定法兰(17)、回转轴承和炉底固定板(19)，回转轴承(18)通过固定法兰(17)与导轨滑块(16)相固连，回转轴承(18)与炉底固定板(19)通过轴承螺栓相连。

说明书：一种超声辅助铜合金真空熔炼炉技术领域[0001] 本发明涉及冶金与材料技术，尤其涉及一种超声辅助铜合金真空熔炼炉。背景技术[0002] 超声场辅助熔炼工艺在铸造镁、铝合金中应用较为广泛。由于超声波在熔体中所具有的空化效应与声流效应，使得超声对金属中颗粒具有分散的效果。同时功率超声对金

属凝固组织有显著的细化作用，因而对液态金属熔体进行功率超声处理是获得优良组织和

性能铸件的有效方法之一。但由于铜合金熔体温度较高且非真空条件下易氧化，现阶段真

空环境下施加超声辅助铜合金熔炼的功能还未能实现。

发明内容[0003] 本发明的目的在于，针对目前不能实现超声辅助铜合金及铜基复合材料真空熔炼的问题，提出一种超声辅助铜合金真空熔炼炉，该熔炼炉能兼具铜合金熔炼与超声处理装

置，实现在在铜合金熔体中施加超声波，以用于研究超声在高温溶体中的作用原理以及对

第二相分布的影响规律。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超声辅助铜合金真空熔炼炉，包括机械泵、扩散泵、分离式炉体、水冷炉盖和超声设备：

[0005] 所述机械泵和扩散泵分别与分离式炉体内连通，所述分离式炉体侧壁上设置有加料口；所述分离式炉体上部通过真空波纹管与超声设备相连；所述真空波纹管的底部和顶

部分别通过法兰与分离式炉体和超声设备连接；

[0006] 所述分离式炉体能在轨道上滑动，并向水冷炉盖方向旋转，以实现分离式炉体与水冷炉盖的配合；所述水冷炉盖靠近分离式炉体的一侧设置有感应线圈，所述感应线圈与

水冷炉盖内均设置有水冷通道，所述感应线圈的电源线穿过水冷炉盖与加热电源(熔炼电

源)连接；

[0007] 当所述超声设备下降时，真空波纹管被压缩，所述超声设备的超声探头能自真空波纹管深入到感应线圈内。

[0008] 进一步地，所述分离式炉体炉壁上设置有观察窗，所述观察窗为两个。[0009] 进一步地，所述超声设备包括超声换能器、水冷夹套和自动升降装置，所述超声换能器的变幅杆设置在真空波纹管顶部，所述超声换能器的变幅杆上套设有水冷夹套，所述

水冷夹套的侧壁与自动升降装置固定。

[0010] 进一步地，所述水冷夹套的外壳套设在超声换能器的变幅杆外侧，所述外壳底部、中部和顶部分别设置进水口、测温热电偶和出水口。

[0011] 进一步地，所述自动升降装置包括伺服电机和支架，所述伺服电机固定在支架上，所述伺服电机输出端与水冷夹套的侧壁固定，所述伺服电机能驱动水冷夹套和超声换能器

的升降。

[0012] 进一步地，所述分离式炉体内壁上设置有与内壁形状配合的水冷隔温板，所述水冷隔温板内设置有水冷通道，所述水冷隔温板通过旋转可覆盖在分离式炉体内壁与真空波

纹管对应的位置；所述水冷隔温板通过穿设在分离式炉体外侧的调节杆驱动。

[0013] 进一步地，所述水冷炉盖设置有翻转机构，在翻转机构的驱动下固定在水冷炉盖上的感应线圈可实现翻转，便于将金属液倾倒浇注至铸模中。

[0014] 进一步地，所述分离式炉体底部固定在滑块上，滑块能在轨道上移动。[0015] 进一步地，所述导轨上设置有定位阀，当分离式炉体移动到预定位置时，所述定位阀的挡块弹起，对分离式炉体进行限位。

[0016] 进一步地，所述分离式炉体底部设置有炉体旋转关节，所述旋转关节包括：固定法兰、回转轴承和炉底固定板，回转轴承通过固定法兰与导轨滑块相固连，回转轴承与炉底固

定板通过轴承螺栓相连。

[0017] 本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉的工作原理如下：将原料放置于感应线圈内，推动分离式炉体在轨道上滑动，并旋转分离式炉体，使分离式炉体与水冷炉盖的配合，紧固

超声波设备工具端处螺纹，并将超声设备升至高处。关闭分离式炉体与水冷炉盖，打开定位

阀，先启动机械泵进行预抽，使炉体内达到一定真空度，再启动扩散泵。真空度达到理想值

后，再反冲氩气，然后打开熔炼开关。待铜合金熔化后，旋转水冷隔热板隔绝热量向真空波

纹管中传输。待进入超声处理阶段，通过伺服电机将超声设备降入感应线圈内，开启超声波

电源进行超声处理。处理结束后，将超声设备升至高处，将感应线圈内金属液浇注至铸模

中，实验结束。

[0018] 本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉，与现有技术相比较具有以下优点：[0019] 1.本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉，能用于研究超声在高温溶体中的作用原理以及对第二相分布的影响规律。(a)将铜合金放入熔炼炉中，在熔融态下进行超声处理，可

以定量化研究超声对于合金晶粒细化的作用。(b)将铜基复合材料放入熔炼炉中，在反应

完成后施加超声处理，可系统研究超声波对于第二相颗粒的影响规律。(c)可以更改坩埚材

质，探究超声处理更高温金属液的可行性。

[0020] 2.本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉超声波水冷夹套，实现实验中对连接换能器的变幅杆表面进行并添加水冷系统进行降温，较少高温熔体所产生的热效应对于换能器原

件的影响，增加实验稳定性。

[0021] 3.本发明在垂直于熔体上方的真空波纹管下方增加可移动水冷隔温板，通过水冷降温隔绝高温熔体对于波纹管，超声工具头与观察窗的热效应，增加各零件使用寿命，同时

减少热效应对于超声设备频率的影响。

[0022] 4.本发明通过控制伺服电机控制超声设备升降，配合数控定位及显示屏，实现精准控制工具头浸入金属液长度。

[0023] 5.本发明炉体为分离式炉体，增加滑轨与旋转关节，实现炉体分离与转动，方便实验间隔中清理炉膛，加固超声设备工具头螺纹紧固件。

[0024] 6.本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉定位精度高，真空度高，升温快，控温精准，体积小及安装方便的优点。通过机械泵与扩散泵配合使用实现炉体高真空环境，减少高温

合金熔炼过程中氧化效果，提高实验精度。

[0025] 综上，本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉，实现了真空环境下超声辅助铸造铜合金的功能，可为研究超声对于铜合金的影响机制提供了研究基础。

附图说明[0026] 图1为本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉的主视图；[0027] 图2为本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉的工作状态示意图；[0028] 图3为图1的俯视图；[0029] 图4为图3的AA向视图；[0030] 图5为本发明超声辅助铜合金真空熔炼炉内水冷夹套剖视图。具体实施方式[0031] 以下结合实施例对本发明进一步说明：[0032] 实施例1[0033] 本实施例公开了一种超声辅助铜合金真空熔炼炉，如图1?5所示，包括机械泵、扩散泵、分离式炉体7、水冷炉盖10和超声设备。

[0034] 所述机械泵和扩散泵分别与分离式炉体7内连通，所述分离式炉体7侧壁上设置有加料口4；所述分离式炉体7炉壁上设置有两个观察窗5。所述分离式炉体7上部通过真空波

纹管3与超声设备相连；所述真空波纹管3的底部和顶部分别通过法兰8与分离式炉体7和超

声设备连接；所述分离式炉体7内壁上设置有与内壁形状配合的水冷隔温板6，所述水冷隔

温板6内设置有水冷通道，所述水冷隔温板6通过旋转可覆盖在分离式炉体7内壁与真空波

纹管3对应的位置；所述水冷隔温板6通过穿设在分离式炉体7外侧的调节杆12驱动。

[0035] 所述分离式炉体7底部固定在滑块上，滑块在轨道13上移动，进而带动分离式炉体7在轨道13上滑动。当分离式炉体7移动到预定前，向水冷炉盖10方向旋转，以实现分离式

炉体7与水冷炉盖10的配合；所述分离式炉体7的旋转是通过设置在其底部的炉体旋转关

节实现的，所述旋转关节包括：固定法兰17、回转轴承18和炉底固定板19，回转轴承18通过

固定法兰17与导轨滑块16相固连，回转轴承18与炉底固定板19通过轴承螺栓相连。所述轨

道13上设置有定位阀14，当分离式炉体7移动到预定位置时，所述定位阀14的挡块弹起，对

分离式炉体7进行限位。

[0036] 所述水冷炉盖10靠近分离式炉体7的一侧设置有感应线圈9，所述感应线圈9与水冷炉盖10内均设置有水冷通道，所述感应线圈9的电源线穿过水冷炉盖与加热电源(熔炼电

源)连接；所述水冷炉盖10设置有翻转机构，在翻转机构的驱动下固定在水冷炉盖10上的感

应线圈可实现翻转，便于将金属液倾倒浇注至铸模中。

[0037] 所述超声设备包括超声换能器1、水冷夹套2和自动升降装置，所述超声换能器1的变幅杆设置在真空波纹管3顶部，所述超声换能器1的变幅杆上套设有水冷夹套2，所述水冷

夹套2的侧壁与自动升降装置固定。所述水冷夹套2的外壳22套设在超声换能器1的变幅杆

21外侧，所述外壳底部、中部和顶部分别设置进水口23、测温热电偶24和出水口25。所述自

动升降装置包括伺服电机11和支架，所述伺服电机11固定在支架上，所述伺服电机11输出

端与水冷夹套2的侧壁固定，所述伺服电机11能驱动水冷夹套2和超声换能器1的升降。当

所述超声设备下降时，真空波纹管3被压缩，所述超声设备的超声探头能自真空波纹管3深

入到感应线圈9内。

[0038] 本实施例超声辅助铜合金真空熔炼炉的工作原理如下：通过炉体移动轨道13打开炉体7(炉体打开方向为平行于主视图方向向左拉)，将原料放置于感应线圈9内，旋转炉

体，紧固超声波设备工具端处螺纹，并将超声设备升至高处。关闭炉体，打开定位阀14，先启

动机械泵进行预抽，使炉体内达到一定真空度，再启动扩散泵。真空度达到理想值后，再反

冲氩气，然后打开熔炼开关。待铜合金熔化后，旋转水冷隔温板6隔绝热量向真空波纹管3

中传输。待进入超声处理阶段，通过伺服电机11将超声设备降入感应线圈9内，开启超声波

电源进行超声处理。处理结束后，将超声设备升至高处，将感应线圈9内金属液浇注至铸模

中，实验结束。

[0039] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依

然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进

行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术

方案的范围。