一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于等离子应用领域，一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，包括圆筒状炉壳，在炉壳中上部沿圆周布置数个等离子体炬，在炉壳上部设置热电偶和压力表、压力表和真空接管，真空接管的另一端连接真空泵组，在炉壳底部中央设有水冷结晶器，水冷结晶器下方设置抽锭杆；在炉壳上端设置炉盖，炉盖上设置投料口、观察窗和排气管，排气管上安装有高温电磁插板阀，炉盖与炉壳之间密封连接；在炉壳底部还设有数个底吹机构。利用本发明专利技术装置与方法，可以直接将残钛铸造成钛锭，不需要压制电极，可以实现金属的全循环利用。可以实现金属的全循环利用。可以实现金属的全循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置与方法


[0001]本专利技术属于等离子体技术应用领域，具有涉及一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置与方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、船舶等行业的发展，极大地促进了钛及钛合金的需求。目前钛制品的成本相对较高，造成这一现象的主要原因是金属的利用率低和钛制品各阶段产生的残料难以回收并循环利用。生产海绵钛阶段会产生10%左右的残料，残料尺寸不同，气体杂质和生产过程中产生的杂质含量较高，但通过分析发现，一部分海绵钛是可以用来铸造型材，从而实现循环利用。
[0003]工业生产中通常利用真空自耗电弧炉炼钛锭、钛合金锭。自耗电极是用压实机和连续式模具压制的。电极成分中包含优质海绵钛、合金元素和回炉料。考虑到保持压制电极的强度，金属回炉料在炉料中的比例较低，所以在使用真空电弧炉和自耗电极的情况下，即使在同一个冶金厂范围内也不能实现金属的全循环利用。有些企业采用真空电子束设备是进行残钛的回收利用，但是真空电子束需要真空环境，设备成本较高，在电子束熔炼中，熔炼周期完成后需要向引锭室通水冷却，并利用真空受控燃烧防止打开引锭室门之后由于空气进入而引起尘粒自燃。由于真空电弧炉和真空电子束熔炼有以上的不足，所以有必要寻找新的更有效的方法回收利用生产中形成的残钛。
[0004]等离子体炬是一种能够将通过其中的气体电离成等离子体并产生高温的装置，电子与正电荷频繁发生离解与复合，促使温度均衡的同时产生气相振动。这种振动会传递到气相交界的液态金属表面，使后者也进入振动状态，能最大限度的引发和加速化学反应，实现对液态金属的精炼或改性。基于等离子体炬设计制造的装置会是更有效的残钛回收设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置与方法，采用等离子体炬可以直接将残钛铸造成钛锭等型材，不需要压制电极，可以实现金属的全循环利用。
[0006]本专利技术采取的技术方案是：一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，包括圆筒状炉壳，在炉壳中上部沿圆周布置数个等离子体炬，在炉壳上部设置热电偶、压力表和真空接管，真空接管连接真空泵组，在炉壳底部中央设有水冷结晶器，水冷结晶器下方设置抽锭杆；在炉壳上端设置炉盖，炉盖上设置投料口、观察窗和排气管，排气管上安装有高温电磁插板阀，炉盖与炉壳之间密封连接；在炉壳底部设有数个底吹机构。炉壳和炉盖构成炉体。
[0007]投料口位于炉盖中心位置，用于投料；观察窗用于观察炉壳熔池变化情况；热电偶用于测量炉内温度，便于实时监测炉内温度变化情况；压力表用于实时监测炉内压力；真空
泵组用于将炉内压力抽到10
‑3Pa以下的状态，现有技术是熔融过程中均需要保持真空状态，本专利技术只是在充惰性气体之前把炉内原先的气体抽出来即可，这里的真空是为了换气，之后就是微正压状态，不需要再是真空状态；高温电磁插板阀用于根据压力表的数值及时关闭和开启排气通道，使炉内压力保持在微正压状态；水冷结晶器让金属熔液快速完成结晶和冷却；抽锭杆不停顿地把结晶的金属型材抽出熔炼室。等离子体炬提供热源。
[0008]进一步的，所述炉壳为双壁、真空密封、水冷结构，在双层壁之间流通冷却水。用于抵挡由等离子柱产生的热辐射和对流热传导，并且可以防止炉外大气(氧、氮)对炉内气氛的污染。
[0009]进一步的，所述等离子体炬为非转移直流等离子体炬。
[0010]进一步的，所述高温电磁插板阀与所述压力表之间连锁，用于动态调控炉内压力，使炉内维持压力维持在表压0
‑
0.05MPa的微正压状态。
[0011]进一步的，所述底吹机构的送气速率为5
‑
100Nm3/h。底吹机构的送气速率和数量由金属种类、熔池深度、炉底尺寸等参数决定；用于向炉内熔池鼓风，增加熔化效率。
[0012]进一步的，所述等离子体炬倾斜设置，等离子体炬的轴线与炉壳的轴线在垂直面内呈15
°‑
75
°
夹角。
[0013]进一步的，所述等离子体炬轴线在水平面上的垂直投影与炉壳水平截面的对称轴之间呈1
°‑
10
°
夹角。。
[0014]通过将等离子体炬在垂直方向和水平方向同时设定一定夹角，使得等离子体炬形成倾斜的旋转风力，使得熔融体实时处于流动状态，加热更加均匀，熔融速率更高。
[0015]进一步的，所述等离子体炬设置为3个，间隔角度α= 120
°
。
[0016]进一步的，所述投料口直径为100mm
‑
500mm。
[0017]进一步的，所述排气管直径在30mm
‑
100mm。
[0018]进一步的，所述水冷结晶器直径为150mm
‑
500mm。
[0019]进一步的，所述抽锭杆直径为20mm
‑
300mm。
[0020]一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的方法，首先通过投料口加入残钛，之后关闭投料口和高温电磁插板阀；然后通过真空泵组将炉内压力抽到10
‑3Pa以下的状态；之后关闭真空泵组并通过底吹机构向炉内鼓入氩气或其他惰性气体，通过高温电磁插板阀的开启与关闭使炉内压力维持在0
‑
0.05MPa的微正压状态；接着启动冷却系统；随后，启动等离子体炬开始熔融工作，同时通过热电偶实时观察装置内的温度变化情况；最后，待金属熔融完成后，启动水冷结晶器让金属熔池底部快速完成结晶并使钛锭快速冷却到300℃以下，并通过抽锭杆把结晶的钛型材抽出炉壳。
[0021]关闭时，待熔融炉内熔液排完之后，先关闭等离子体炬，然后关闭水冷结晶器和抽锭杆，之后再关闭冷却系统，最后再关闭底吹机构。
[0022]本专利技术的有益效果：采用等离子体炬可以直接从残钛熔炼出钛锭，不需要压制电极，可以实现金属的全循环利用。同时，使用等离子体炬开展钛锭成型时，由于等离子体加热熔融过程中不需要真空环境，设备成本较低；生产的钛锭化学成分更为均匀，对钛合金化学成分的控制更精确；无自燃危险；电源相对简单，维修成本较低。通过将等离子体炬在垂直方向和水平方向同时设定一定夹角，使得等离子体炬形成倾斜的旋转风力，使得熔融体实时处于流动状态，
加热更加均匀，进一步提高了熔融速率。
附图说明
[0023]图1为本专利技术整体结构剖面图。
[0024]图2为等离子体炬设计俯视图。
[0025]图中，1
‑
炉壳；2
‑
等离子体炬；3
‑
热电偶；4
‑
压力表；5
‑
水冷结晶器；6
‑
抽锭杆；7
‑
炉盖；8
‑
投料口；9
‑
底吹机构；10
‑
观察窗；11
‑
排气管；12
‑
高温电磁插板阀；13
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，包括圆筒状炉壳（1），在炉壳（1）中上部沿圆周布置数个等离子体炬（2）；在炉壳（1）上部设置热电偶（3）、压力表（4）和真空接管（13），真空接管（13）连接真空泵组（14）；在炉壳（1）底部中央设有水冷结晶器（5），水冷结晶器（5）下方设置抽锭杆（6）；在炉壳（1）上端设置炉盖（7），炉盖（7）上设置投料口（8）、观察窗（10）和排气管（11），排气管（11）上安装有高温电磁插板阀（12），炉盖（7）与炉壳（1）之间密封连接；在炉壳（1）底部设有数个底吹机构（9）。2.如权利要求1所述的采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，所述炉壳（1）为双层壁结构，在双层壁之间流通冷却水进行冷却。3.如权利要求1所述的采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，所述等离子体炬（2）为非转移直流等离子体炬。4.如权利要求1所述的采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，所述高温电磁插板阀（12）根据压力表（4）显示的炉内压力数值动态开启与关闭，使炉内压力维持在表压0
‑
0.05MPa的状态。5.如权利要求1所述的采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，所述底吹机构（9）的送气速率为5
‑
100Nm3/h。6.如权利要求1所述的采用等离子体炬将残钛铸造成型材的装置，其特征在于，所述等离子体炬（2）倾斜设置，等离子体炬（2）的轴线与炉壳（1）的轴线在垂直面内呈15
°‑
75
°
夹角。7.如权利要求1所述的采用等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐，叶建林，张卫刚，高岭，郭陈勇，王宁，孙杨，郑敏，汪舸，
申请(专利权)人：西安优耐特容器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：