连续式冷坩埚感应雾化制备钛粉设备的制作方法

408 编辑：中冶有色技术网来源：沈阳真空技术研究所

2023-09-21 15:43:25

本发明属于真空冶金设备领域，尤其涉及一种连续式冷坩埚感应雾化制备钛粉设备。

背景技术：

感应熔炼技术是一种先进的熔炼手段，它去除了熔炼过程中气氛和加热源对炉料的污染。但一般的真空感应熔炼技术不能防止炉料与坩埚之间的反应，尤其在熔炼活泼金属或高纯度金属时，这种影响非常严重。上世纪末出现了一种更为先进的冷坩埚真空感应熔炼技术。它是一种利用水冷坩埚（主要为纯铜，也有用其它合金）来进行真空感应熔炼的方法。此种方法可以完全排除坩埚对炉料的污染。

冷坩埚感应熔炼装置主要有三种浇铸方式：倾倒铸造(tilt-tapping)技术、底铸(bottom-tapping)技术、悬浮型(lavitationtype)冷坩埚的底铸技术。

倾倒铸造技术优点在于结构简单便于实现，问题在于，倾转时熔体同坩埚侧壁的接触面积增大，使凝壳显著长大，铸出的熔体量减少。所以，铸造应尽可能快(通常在3秒钟之内)。此外，铸造一旦中断凝壳便迅速长大，为了恢复铸造需要将坩埚转回原位熔化凝壳，重复多次。

悬浮型冷坩埚的底铸技术的问题在于悬浮很大的熔体质量有困难，目前只有悬浮熔炼5kg的装置，还不能用于工业化的规模。

因此，底铸技术有应用的优势。但其结构和工艺非常复杂。需要进一步的研究。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单能耗低，工作效率高，粉末质量好且成分粒径可控，安全性好，并可实现作不破坏炉内真空或气氛环境下，不同形状物料的添加，已达到连续熔炼的雾化制粉设备。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种连续式冷坩埚感应雾化制备钛粉设备，包括炉体、高压进气管、雾化仓及真空系统；所述真空系统的端口与炉体工作腔相通；所述炉体包括合金加料机构、安全阀、红外测温机构、重力料爪加料机构、螺旋送料机构、爆破排放装置、熔炼电极、底注电极、水冷坩埚系统、熔炼感应线圈、底注感应线圈及环孔形喷盘；所述合金加料机构、安全阀、红外测温机构、重力料爪加料机构、螺旋送料机构及爆破排放装置的工作端分别与炉体工作腔相通；所述熔炼感应线圈固定设于水冷坩埚系统上部外壁；所述底注感应线圈固定设于水冷坩埚系统底部外壁；在所述水冷坩埚系统底部设有陶瓷喷管；在所述陶瓷喷管底部设有陶瓷导管；所述陶瓷导管上部端口与陶瓷喷管底口垂直套接，且穿过环孔形喷盘；高压低温氩气通过高压进气管进入炉体内的环孔形喷盘；所述重力料爪加料机构的加料腔上横向设有气动插板阀。

作为一种优选方案，本发明所述炉体可采用立式哈壳双层水冷夹套结构。

进一步地，本发明所述红外测温机构可采用球铰链结构；所述合金加料机构内部有多个独立的加料杯。

进一步地，本发明在所述炉体内腔通过气动球阀与螺旋送料机构腔体相连；在所述螺旋送料机构底部设有下料流槽。

进一步地，本发明所述陶瓷喷管的锥度为90°；所述陶瓷喷管的管径为dn20。

本发明结构简单，加工制造与维护成本低，安装方便、安全性好便于设备批量生产，由于采用高压低温氩气作为雾化用气，节省了气源加热成本并且粉末降温迅速提高收粉效率；悬浮力大凝壳少（小于10%）出粉率高且凝壳可重复熔化，不浪费原料；可实现连续生产减少了抽空充气环节，大大提高了工作效率，减少资源浪费，对熔炼原料形状没有严格要求，可在熔炼过程中调入不同合金且搅拌剧烈熔液成分均匀；粉末粒径可通过调整喷嘴直径与进气压力进行调节，粉末球形度高、含氧量低（小于600ppm）；本发明还可以满足多种难熔活泼金属的雾化制粉要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为发明整体结构示意图。

图2为发明俯视图。

图3为本发明内部视图。

图4为本发明重力爪加料机构。

图5为本发明螺旋送料机构。

图中：1、炉体；2、炉门；3、真空系统；4、合金加料机构；5、安全阀；6、红外测温机构；7、重力爪加料机构；8、螺旋送料机构；9、电源系统；10、爆破排放装置；11、高压进气管；12、雾化仓；13、水冷坩埚系统；14、熔炼感应线圈；15、底注感应线圈；16、陶瓷喷管；17、陶瓷导管；18、环孔形喷盘；19、支撑框架；20、熔炼电极；21、底注电极；22、气动插板阀；23、气动球阀；24、下料流槽。

具体实施方式

如图所示，连续式冷坩埚感应雾化制备钛粉设备，包括炉体1、高压进气管11、雾化仓12及真空系统3；所述真空系统3的端口与炉体1工作腔相通；所述炉体1包括合金加料机构4、安全阀5、红外测温机构6、重力料爪加料机构7、螺旋送料机构8、爆破排放装置10、熔炼电极20、底注电极21、水冷坩埚系统13、熔炼感应线圈14、底注感应线圈15及环孔形喷盘18；所述合金加料机构4、安全阀5、红外测温机构6、重力料爪加料机构7、螺旋送料机构8及爆破排放装置10的工作端分别与炉体1工作腔相通；所述熔炼感应线圈14固定设于水冷坩埚系统13上部外壁；所述底注感应线圈15固定设于水冷坩埚系统13底部外壁；在所述水冷坩埚系统13底部设有陶瓷喷管16；在所述陶瓷喷管16底部设有陶瓷导管17；所述陶瓷导管17上部端口与陶瓷喷管16底口垂直套接，且穿过环孔形喷盘18；高压低温氩气通过高压进气管11进入炉体1内的环孔形喷盘18；所述重力料爪加料机构7的加料腔上横向设有气动插板阀22。

本发明所述炉体1可采用立式哈壳双层水冷夹套结构。本发明所述红外测温机构6可采用球铰链结构；所述合金加料机构4内部有多个独立的加料杯。本发明在所述炉体1内腔通过气动球阀23与螺旋送料机构8腔体相连；在所述螺旋送料机构8底部设有下料流槽24。本发明所述陶瓷喷管16的锥度为90°；所述陶瓷喷管16的管径为dn20。

本发明炉体采用立式哈壳形式，打开炉门后，内部整体露出便于装取炉料及日常安装维护。在具体设计时，本发明包括真空系统、合金加料机构、安全阀、红外测温机构、重力料爪加料机构、螺旋送料机构、电源系统、爆破排放装置、高压进气管及雾化仓；上述单元模块均与炉体工作腔体相通。本发明炉体包括水冷坩埚系统、熔炼感应线圈、底注感应线圈、陶瓷喷管、陶瓷导管、环孔形喷盘安装在支撑框架上，作为整体结构与炉体固定连接；熔炼电极和底注电极通过密封结构分别与炉体内的熔炼感应线圈和底注感应线圈相连接，电极外部通过铜排与电源系统相连接。

本发明在所述炉体采用立式哈壳双层水冷夹套结构；所述红外测温机构采用球铰链结构可实现熔液任意位置的测量并可实现对红外镜头的氩气清扫；所述合金加料机构内部有多个独立的加料杯，可实现熔炼过程中多种合金料独立的添加。本发明在所述炉体上通过气动插板阀与重力料爪加料机构相连，其腔体开有真空接口和充气口，可实现在不破坏炉体真空或气氛环境下棒状物料的添加。本发明在所述炉体上通过气动球阀与螺旋送料机构相连，其腔体开有真空接口和充气口，底部有可摆动的下料流槽,不但可实现在不破坏炉体真空或气氛环境下碎块或海绵钛的添加，还可实现熔炼过程中连续定量添加。本发明感应熔炼部分由上下两组线圈组成，其上部为熔炼感应线圈通入中频电流用于熔化物料，其下部为锥形底注感应线圈通入高频电流用于加热喷嘴使熔液从坩埚底部流出；电源系统将中频感应系统与高频感应系统整合到同一电源柜内，通过熔炼电极和底注电极分别与两组线圈相连通。本发明高压低温氩气通过高压进气管进入环孔形喷盘雾化，节省了气源加热成本且提高粉末质量缩短工作周期。

本发明水冷坩埚系统中的水冷铜坩埚壁与水冷铜坩埚底采用分体设计，分别拥有独立的循环水系统，坩埚壁由独立循环水道的铜坩埚瓣拼接而成；坩埚底为切缝锥形结构内衬氧化钇陶瓷喷管，由于氧化钇只与金属钛熔液轻微反应，且反应后生成稳定的浸润层阻止反应继续发生，因此氧化钇陶瓷可用作雾化钛粉时的喷管；陶瓷喷管的锥度和管径与冷坩埚底注是否成功有直接关系。通过试验陶瓷喷管的锥度选取90°，喷管管径选取dn20。

本发明可以通过改变通入喷盘气体的压力和改变陶瓷喷管端部孔径来获取不同粒径的粉末。由于本发明采用高压低温氩气作为雾化用气体节省了气源加热成本，平均每秒出粉0.25kg并且粉末降温迅速，雾化完成30分钟后便可取粉，提高了工作效率。

本发明可实现在不破坏炉体真空或气氛环境下不同形状物料的添加，棒状料采用重力爪机构送料，其原理是依靠物料自重来提供夹紧力，料爪通过卷绕机构经过插板阀将物料送入坩埚，当物料与坩埚底接触，料爪自动松开再通过卷绕机构收回；当需要加入碎块料时摆动下料流槽，打开与炉体连接的球阀，通过螺旋送料机构连续不断的将物料送入坩埚，并可通过调整电机转速实现送料量的调整。不但可实现在不破坏炉体真空或气氛环境下碎块或海绵钛的添加，还可实现熔炼过程中连续定量添加。

本发明排空气体经过干式过滤器过滤后才能最终进入机械泵真空系统，能有效收集熔炼过程中产生的挥发物、油脂、粉尘等，避免粉尘颗粒对机械泵转子的划伤，减缓对泵油的污染。同时，为防止熔炼过程中由于意外导致的水冷铜坩埚熔穿冷却水与熔融液体接触发生的不可预见反应状况，炉体设置独立的安全阀和大通径的膜片防爆泄压装置。

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，都在发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结

本发明属于真空冶金设备领域，尤其涉及一种连续式冷坩埚感应雾化制备钛粉设备，包括炉体（1）、高压进气管（11）、雾化仓（12）及真空系统（3）；炉体（1）包括合金加料机构（4）、安全阀（5）、红外测温机构（6）、重力料爪加料机构（7）、螺旋送料机构（8）、爆破排放装置（10）、熔炼电极（20）、底注电极（21）、水冷坩埚系统（13）、熔炼感应线圈（14）、底注感应线圈（15）及环孔形喷盘（18）；重力料爪加料机构（7）的加料腔上横向设有气动插板阀（22）。本发明可连续生产，出粉率高氧含量低，粉末成份和粒径可控，设备结构简单，加工制造与维护成本低，安装方便，节能环保，安全性好。

技术研发人员：牟鑫;马海玲;王勃;陈鼎

受保护的技术使用者：沈阳真空技术研究所

技术研发日：2017.10.19

技术公布日：2017.12.12

声明：

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我是此专利(论文)的发明人(作者)