專利名稱:磁控熔煉非自耗電極電弧爐的制作方法
本實(shí)用新型是對(duì)于一種電弧熔煉爐的改進(jìn)。
非自耗電極電弧爐(尤其是配有真空系統(tǒng)并可充入高純惰性氣體的鎢極電弧爐)是一種小型的電弧熔煉爐，它最適合于熔煉高熔點(diǎn)金屬、合金和其它活性金屬(如稀土金屬)，在冶金學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究工作中業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。但當(dāng)被熔煉的合金中各金屬元素的熔點(diǎn)不同時(shí)，由于起弧后，低熔點(diǎn)金屬很快就熔化了，高熔點(diǎn)金屬未熔化即沉入熔池下部，該部位因靠近水冷銅坩堝壁，溫度較熔池上部要低得多，不易使高熔點(diǎn)金屬熔化，故熔煉一遍無法使合金成分均勻。遇到上述情況，通常必須要打開爐蓋(放掉高純惰性氣體或破壞真空)后，翻轉(zhuǎn)鑄錠，重新裝爐，按操作規(guī)程反復(fù)熔煉多遍，方可獲得成分較為均勻的合金。合金中各金屬元素的熔點(diǎn)相差越大、或比重相差越大時(shí)，則需要反復(fù)熔煉的遍數(shù)也越多。在這種情況下，效率低和能耗大也就成了非自耗電極電弧爐的主要缺點(diǎn)，盡管自五十年代以來，世界 術(shù)發(fā)達(dá)的國家對(duì)非自耗電極電弧爐先后作過一些改進(jìn)，但多數(shù)是側(cè)重在坩堝的結(jié)構(gòu)、自動(dòng)起弧和熔煉過程自動(dòng)化等方面進(jìn)行研究，由于沒有考慮到熔池的電磁攪拌問題，迄今仍未找到提高效率和降低能耗的有效途徑。
本實(shí)用新型提供了一種用外磁場(chǎng)控制電弧束形狀，在一次起弧的熔煉過程中即可使低熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)金屬均被充分熔化的非自耗電極電弧爐，其原理要點(diǎn)如下非自耗電極電弧爐中的電弧實(shí)質(zhì)上也是等離子體，因此，當(dāng)外加一個(gè)可調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)的磁體時(shí)，通過調(diào)節(jié)該磁體的場(chǎng)強(qiáng)可以控制電弧束的形狀，使其由電極前端以一定角度向四周散射的電弧束，隨外磁場(chǎng)增強(qiáng)而逐漸被約束、聚焦成為僅向前直射的強(qiáng)電弧束。這種聚焦的電弧束(等離子體)除溫度很高外，其前端還存在一斥力，受其直射的金屬既被加熱至熔化成液態(tài)，還漸漸被電弧束向四周驅(qū)散出去；導(dǎo)致熔池中受電弧束直射之處逐漸凹下去，最后露出坩堝底壁，也即是電弧束直接射坩堝底壁，從而使所有沉入溶池下部的未熔化的高熔點(diǎn)金屬都能受到電弧束直接加熱、熔化成液態(tài)，并在電弧束作用下沿坩堝側(cè)壁上涌，取得充分透底熔煉和驅(qū)拌的作用，當(dāng)外磁場(chǎng)逐漸減弱時(shí)，電弧束和熔池也將逐漸恢復(fù)原狀，因此，在一次起弧熔煉過程中，通過反復(fù)調(diào)節(jié)外磁場(chǎng)強(qiáng)度兩、三次之后，通過上述“透底”地充分熔煉和熔池的攪拌，可使被熔煉的合金成分均勻。
本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖1所示，它的主要部件包括一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的水冷銅坩堝盤(1)、設(shè)置在坩堝盤下方的場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體(2)和水冷鎢電極(3)。坩堝盤上通常帶有三個(gè)以上的半球形坩堝穴，它們均勻地排布在一個(gè)圓周上，當(dāng)裝好合金料、準(zhǔn)備熔煉時(shí)，先轉(zhuǎn)動(dòng)水冷銅坩堝盤，使其上的一個(gè)坩堝穴的中心線同水冷鎢電極、磁體(如電磁線圈芯)的中心線基本保持在同一垂直線上(即是使其處于“熔煉位置”)便可起弧進(jìn)行熔煉。在熔煉過程中，通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度使合金料得到充分?jǐn)嚢韬腿刍?。熔完一個(gè)合金錠，轉(zhuǎn)動(dòng)坩堝盤，使另一個(gè)坩堝穴處于“熔煉位置”，便可再熔煉第二個(gè)合金試樣。這樣，在不打開爐蓋的條件下，一次裝爐即可熔煉出多個(gè)成分均勻的合金鑄錠。在本實(shí)用新型的非自耗電極電弧爐中，場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體可由帶鐵芯的電磁線圈構(gòu)成，它安在坩堝盤下方，磁體上端同坩堝盤底部之間的距離以不妨礙坩堝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)為限，其場(chǎng)強(qiáng)的最大值(以電極尖端處計(jì)算)應(yīng)可調(diào)到100～200奧斯特。
同現(xiàn)有的非自耗電極電弧爐相比較，本實(shí)用新型所提供的磁控熔煉非自耗電極電弧爐顯著地提高了工作效率并降低了能源消耗。
權(quán)利要求
1.一種由可旋轉(zhuǎn)的水冷銅坩堝盤(1)和水冷電極(3)等部件組成的非自耗電極電弧爐，其特征在于另安裝一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體(2)。
2.按權(quán)利要求
1所述的電弧爐，其特征在于所說的場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體位于坩堝盤的下方。
3.按權(quán)利要求
1所述的電弧爐，其特征在于所說的場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體可由帶鐵芯的電磁線圈構(gòu)成，鐵芯電磁線圈的中心線與水冷電極的軸線相重合。
專利摘要
一種磁控熔煉非自耗電極電弧爐，它在現(xiàn)有的由可旋轉(zhuǎn)的水冷銅坩堝盤、水冷電極等部件構(gòu)成的非自耗電極電弧爐的基礎(chǔ)上，另安有一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)可調(diào)節(jié)的磁體，通過調(diào)節(jié)該磁體的磁場(chǎng)大小，使電弧受到不同程度的約束和聚焦。從而使熔煉過程中高熔點(diǎn)金屬和低熔點(diǎn)金屬都受到充分地加熱和攪拌，一次起弧熔煉便可得到成分均勻的合金鑄錠。本實(shí)用新型所提供的電弧熔煉爐顯著地提高了工作效率并相應(yīng)地降低了能耗。
文檔編號(hào)F27B3/08GK85202481SQ85202481
公開日1986年12月31日 申請(qǐng)日期1985年5月13日
發(fā)明者吳昌衡, 段明理, 楊偉廷, 李志強(qiáng), 張淑泉, 劉寶昌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院金屬研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan