连续处理过程中用于顺序熔化和精炼的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于顺序熔化和精炼材料的设备，以及由所述设备实施的方法。在该过程中被处理的材料通过一个或多个热源转换为液态物质，或该处理之前，材料已经处于液态。该方法特别适于处理金属，非金属和陶瓷，例如为了生产合金和/或精炼材料。
【背景技术】
[0002]从现有技术中许多方法可知，材料可以被加热。此类方法之一是电子束法，其中电子束被引导到材料上有针对性地在材料中产生热。这种方法特别灵活，因为该材料的某个部分可以被有针对性地加热到非常高的温度。如果应加热较大部分的材料，电子束可以扫描整个材料进行加热。
[0003]电子束熔融法只能在真空下进行。该方法由于在真空条件下的固有的传导性获得优势，即任选地，可以去除存在于材料中的杂质。所述材料将以此被精炼。另一方面，由于采用电子束法，可以通过挥发性成分的挥发来改变材料的组分，这是有利的，例如在精炼的情况下。挥发性成分的这种蒸发极强的天然地存在于非均质材料混合物中，例如在不熔的金属肩、粉肩和添加剂的混合物中。蒸发可能是被期待的，但应保持初始组分时，也可以成为问题。当然，这个问题也可能发生于温度大于500摄氏度的真空下进行的其它熔融和精炼处理过程。
[0004]现有技术中已知的另一种方法是等离子体熔融法，在以该方法处理期间，在显著高于1毫巴，特别是高于100毫巴的压力下，加热材料。等离子体熔融法很好地适用于许多材料的熔点。
[0005]有许多方法用于在减压下和/或在真空条件下熔融和精炼材料。作为示范性的，这些方法可以分为三类:高真空法，其是在10 7毫巴和10 2毫巴之间的压力范围内进行的方法。真空法是在10 2毫巴和100毫巴之间的压力范围内进行的方法。低压法是在100毫巴和1大气压之间的压力范围下进行的方法。
[0006]当熔体必须在不同的压力下连续处理时，以及在这些方法中使用的加热处理仅在各自的压力范围内有效地工作时，则有必要以分批过程进行这种处理。例如，在各处理步骤之间，材料必须从一个坩祸中取出并被转移到另一个。通常情况下，需要用不同的方法连续处理。精炼材料的情况下，例如，可能有必要在大于100毫巴的压力范围内，除去一种或多种杂质，该杂质需与例如氧气等的反应性气体反应，以使其变得具有挥发性。第二步骤，可能有必要施加高真空除去挥发性杂质。很明显，这样一个顺序处理过程不能容易地以连续法进行。特别是，该方法将与高度仪器主导的尝试相关联，因为熔体水平根据相应的压力将会有所不同。根据熔体的密度，这可能容易导致几米的高度差。相应的设备将占用很大的空间，因此是不经济的。
[0007]DE1291760A描述了一种方法，首先，基础(base batch)批次的金属是通过真空电子束加热方式加热。挥发性合金成分随后添加并用等离子体射流加热。但是，金属处理在单一的处理容器中进行，各种熔体以不同的方法在不同的压力下被连续加热。仅当使用一个非常复杂的设施时，该方法的连续实施才是可能的。此外，所描述的方法需要依顺序添加合金组分，这是本发明优选排除的。此外，该方法不使用压力差进行材料运输，因为传送通道没有通向第二处理容器中，而是在高于第二容器中的熔体高度处结束。而且，熔体经传送通道的运输没有通过移动电磁场来实现。
[0008]DE 2118894 C2教导了通过电磁栗进行恪体传送，但没有公开流体的减速或停止。
[0009]US5503655 A没有提及材料流体的电磁操控。特别是，没有公开流体的减速或停止。
[0010]US4027722A，描述了用电子束法加热金属熔体的非常简单的系统。电磁操控流动没有被提及。而是处理室之间的压力差被用于通过管26 (图1)输送熔体。
[0011]因此，需要结合高真空方法，真空法和低压法在连续处理中的优点，而不增加很多所需的基于仪器的投入。
【发明内容】
[0012]本发明提供了这样一种方法和相应的装置。
[0013]该方法包括以下步骤:
[0014].在不同的处理室、不同的压力下进行液体材料的加热和/或精制，其中所述压力高度的距离是通过液体材料本身进行，
[0015].液体材料从第一处理室传送到另一第二处理室，其中所述材料的转移是通过不同处理室之间的压力差结合流速的电磁操纵而实现的，并
[0016].处理室中所使用的热源彼此独立工作，
[0017]其特征在于，所述电磁操控受所使用的创建移动电磁场的装置影响，还在于所述操控包括液体材料流的减速和/或停止，
[0018]还在于第二处理室中的压力比所述第一处理室中的压力低。
[0019]要求各个装置的至少两个热源彼此独立工作，优选地，这些热源都是不同的热源，或者它们是在不同压力下工作的相同的热源。优选地，一个热源是等离子燃烧器，另一热源为电子束枪，或者两个热源是在不同压力下工作的电子束枪，或者两个热源是在不同压力下工作的等离子燃烧器。
[0020]流速的电磁操控是通过使用能够产生移动电磁场的装置来实现。利用这些装置，液体材料的流动可以被启动、加速、减速或甚至停止。通过减速或停止材料的流动，由压力差引起的在不同处理室的熔体高度水平的差异可以减少和/或避免。优选装置是一个或多个线圈，特别是沿着传送通道配置的分段线圈和/或多个连续的线圈。根据本发明的依顺序热处理方法特别适合于生产合金和/或精炼。该方法可以包括以下一个或多个步骤:
[0021]?将待处理材料加入到第一处理室，
[0022]?加热和/或精炼材料，使得材料转化为或保持在液体状态或被精炼，
[0023]?转移液体材料到第二处理室，
[0024]?在第二处理室中加热和/或精炼液体材料。
[0025]在一个处理室，特别是在第一处理室中，处理所述材料优选在大于10毫巴的压力下进行，进一步优选为大于100毫巴，更优选大于300毫巴，进一步优选大于500毫巴，特别优选大于800毫巴的压力下进行。在其它处理室，特别是第二处理室，优选较低的压力，其中压力尤其是只有至多10毫巴，优选至多1毫巴，进一步优选至多0.1毫巴，特别优选为至多0.01毫巴。
[0026]优选地，所述液体材料的从一个处理室到另一个处理室的转移是由一个传送通道进行，使得液体材料能够连续流动。因此，该方法能够以连续方式进行。当然，半连续或分批的方法是可能的，但由于经济原因这些方法是次优选的。
[0027]优选的是，传送通道有助于从第一到第二处理室转移液体材料。液体材料传送的实现特别是由于处理室之间的压力差。液体材料沿压力梯度流动和/或由电磁操控介导从所述第一进入第二处理室。第二处理室中的压力比所述第一处理室的压力低，使得液体材料由现值压力梯度，优选地与现值水平差组合的方式以靶向方式传送。在这种情况下，该方法优选进行这样的和/或所述装置被设计为使得在操作期间传送通道完全充满材料。因此，易于保持不同处理室内的不同压力。
[0028]处理室优选地设计，使得其可以被相对于环境而气密密封，以使处理压力可相应调节。这特别适用于具有较低压力的处理室。或者，处理室可以是完全分离的处理室，或者可以由一个大腔室的分割成的处理室而形成，例如通过分离元件，诸如在大室中插入分离壁。
[0029]处理室中的处理容器，特别是坩祸或罐，可安排在该处理过程中材料所在的处理室中。但处理容器也可以设计成处理室的一部分，或者是与处理室相同。优选地，每个处理室包含一个处理容器。在一个替代实施例中，处理容器从一个处理室延伸到另一个处理室，其中所述转移通道可以是分离元件的开口。
[0030]为将待处理材料加入第一处理室，根据本发明的装置优选地包括进料设备，其允许连续引入材料到第一处理室。这样的进料设施可以，例如输送槽。
[0031]根据本发明的方法实施后，处理后的材料可以从第二处理室被移除。为此目的，该设备优选地包括排放装置，其所述材料排放。当第二处理室在低于环境压力的压力下工作时，则有利的是进行已处理材料的排放，以这种方式维持处理室中的低压。这可以优选地通过用于流出的排放装置的设计来实现。替代的实施方式的低压处理室中，存在用于被处理材料的集水池，使得集水池可以保留在处理室中，直到其被去除。
[0032]传送通道是两个处理室之间的连接。优选地，它被加热时，例如用感应加热器或燃烧器，使得液体材料不发生固化。在不加热传送通道的实施方案中，当使用具有高熔点和/或不宜的粘度温度曲线的材料时，处理室应彼此非常靠近而设置。优选的是，传送通道包括两个开口，近端开口和远端开口。穿过近端开口，液体材料从第一处理室可以进入到传送通道，并通过远端开口，液体材料可以从传送通道离开进入第二处理室。
[0033]传送通道的近端开口可被设置为使得液体材料从所述第一处理室或者所述第一处理容器落到传送通道。因此，第一处理室或第一处理容器没有必要与所述传送通道连接。优选的是，传送通道的近端开口位于所述第一处理室下部区域，或者在处理室并非同时是处理容器时，在所述第一处理容器的下部区域。这被证明是有利的，因为待处理材料的进料可以用最简单的方式从上方进行，并且加热也优选从上方进行。因此，理想地在第一处理室的下部区域中的材料已经是液体状态，足以使得其能够流过传送通道。远端开口通向到第二处理室，特别是其下部区域，或者当处理室并非同时是处理容器时，通向到处理容器的下部区域。远端开口特别是通向到第二处理室的一个区域，其低于熔体在该处理室中的高度水平。
[0034]液体材料在一个处理室的高度水平比在另一处理室的高度水平更高。此高度差特别是由两处理室内的不同处理压力引起。由于这个原因，第二处理室或者所述第二处理容器优选地设置在比第一处理室或者所述第一处理容器更高的位置。但是，由于采取了根据本发明的对策，此高度差可以比现有技术中的小得多。
[0035]第一处理室中的熔融和精炼过程是优选地通过使用低压方法，特别是通过