一种等离子加热系统的制作方法

1.本发明涉及铸造设备技术领域，尤其涉及一种等离子加热系统。


背景技术：

2.铸造是通过一定方法获得金属成型物件的过程，冶炼好的熔融金属(铁水)，用浇注、压射、吸入或其他方法注入模具中，冷却后得到铸件毛坯，再经过打磨等后续加工得到的产品即为铸件。
3.根据产品的生产工艺浇注温度都有一定的范围进行，高于或低于这个范围产品合格率大大降低。在浇注生产过程中，由于浇注包的保温特性差异，熔融金属(铁水)会随时间而温度降低，为延长熔融金属(铁水)在浇注包内的保温时间我们采取了多种措施和方案，如增加浇注包的筑料层厚度、提高熔融金属(铁水)入浇注包的温度、增加加热装置等等。其中增加筑料层厚度将减少浇注包的容量或增大设备体积，提高熔融金属(铁水)入浇注包的温度但不能超过生产工艺要求的范围，这两项措施不能实现持续的延长熔融金属(铁水)温度的效果；但是增加加热装置，则可以提供热量损耗的补充，实现恒温效果，从而保证浇注温度控制在精准范围之内。
4.现有浇注技术铸件浇注温度跨度大，铸件质量不稳定，为应对这些问题，根据铸件特性要求，对浇注工艺提出了严苛的要求，导致铸件的成本较高，严重压缩了利润空间。现有的可实现加热的浇注技术是线圈感应式加热的中频炉方案，一般是在中频炉基础上改进而来，存在结构复杂，设备成本高，维护成本高等特点。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种等离子加热系统，解决上述背景技术所列的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种等离子加热系统，包括转塔基座、电极柜、变流柜和氩气回路，所述转塔基座的固定端通过螺栓安装在浇注机上，所述电极柜连接在所述转塔基座的移动端，所述变流柜和所述电极柜的两个电极之间采用水冷电缆连接，所述氩气回路的一端与氩气供应处连接，氩气回路的另一端位于所述电极的顶部。
8.进一步的，所述水冷电缆包括冷却用循环水、循环水管道和导线，所述变流柜通过所述导线将电能传输至所述电极上，所述导线与所述循环水管道复合连接在一起，所述循环水从一根所述循环水管道内进入，从另一根所述循环水管道内流出。
9.进一步的，所述转塔基座包括伺服电机、柜体连接座、啮合齿轮组和转塔底座，所述伺服电机安装在所述转塔底座的顶面一侧，所述柜体连接座安装在所述转塔底座顶面的另一侧，所述啮合齿轮组包括啮合连接的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮安装在所述伺服电机的工作轴上，所述从动齿轮连接在齿轮安装板上，所述齿轮安装板连接在旋转支撑组件上，所述旋转支撑组件位于转塔底座的内部；所述柜体连接座的一端通过齿轮安装板连接在所述主动齿轮上，所述柜体连接座的另一端与所述电极柜连接；所述伺服电机启
动旋转，通过所述主动齿轮带动所述从动齿轮旋转，遂通过上方柜体连接座带动顶部的电极柜旋转。
10.进一步的，所述旋转支撑组件包括旋转轴和外壳，所述旋转轴和外壳之间设置有轴承，所述轴承的底部通过压盖压紧定位，所述旋转轴的顶部与所述齿轮安装板定位连接在一起，所述柜体连接座通过螺栓连接在所述齿轮安装板上，所述从动齿轮套装在所述齿轮安装板上且通过螺栓旋紧固定。
11.进一步的，所述柜体连接座包括支撑板、转塔臂和转接座，所述转塔臂的两端分别与支撑板和转接座连接在一起，所述支撑板与所述电极柜连接，所述转接座通过螺栓连接在所述齿轮安装板上。
12.进一步的，所述转塔臂采用方管制作，所述转塔臂的两端分别与支撑板、转接座通过焊接或螺栓组件连接在一起。
13.进一步的，所述电极柜包括最外侧的电极柜体，所述电极柜体的内部设置有电极升降组件和支撑架体，所述支撑架体通过连接底板连接在所述支撑板上，所述电极升降组件安装在所述支撑架体上，所述电极升降组件上连接有电极臂，所述电极臂的端部连接有固定电极用的电极抓手；所述电极升降组件驱动所述电极臂上下移动将所述电极送入或远离熔融金属液。
14.进一步的，所述电极升降组件包括升降电机和直线滑轨，两个所述直线滑轨并排布置连接在所述支撑架体上，所述升降电机安装在所述直线滑轨的顶部，所述升降电机的旋转轴通过与螺纹杆连接，所述螺纹杆位于所述直线滑轨的内部，所述电极臂通过滑块与所述直线滑轨连接，且所述滑块与所述螺纹杆螺纹连接；所述升降电机旋转通过螺纹杆带动所述滑块沿直线滑轨上下移动，遂带动所述电极臂、电极抓手和电极上下移动。
15.进一步的，所述支撑架体远离电极臂的一侧设置有电缆拖链，所述电缆拖链的一端连接在所述电极臂的另一端，所述电缆拖链的另一端连接在拖链支架的一端，所述拖链支架的另一端连接在所述支撑架体的外侧壁上；所述水冷电缆安装在所述电缆拖链内。
16.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
17.本发明一种等离子加热系统，包括转塔基座、电极柜、变流柜和氩气回路，工作时，变流柜至电极柜上的两个电极之间采用水冷电缆连接，通过变流柜产生电压和电流，从而产生等离子体电弧，以便为熔融金属(铁水)提供恒温所需的热量，同时通过冷却用循环水对变流柜内半导体冷却和电极柜两个电极(阳极、阴极)进行冷却；电极升降组件的设计实现两个电极的上下纵向位移，通过转塔基座实现电极柜旋转，调整电极抓手的位置，便于电极的安装和工作时的下降作业，其电极升降和旋转运动均由plc控制柜自动控制；通过氩气回路的设计，在石墨电极(阴极)和熔融金属(铁水)之间充满氩气，可以形成良好的产生等离子体电弧的环境，并保护且减少损耗石墨电极。
18.本发明布局合理，通过变流柜和电极的设置，对铁水温度进行补偿，维持铁水温度稳定，保证了铸件质量，提高产品合格率和一致性；实现了自动化控制，最大限度的减少了人工操作和浇注现场作业，安全可靠，浇注温度稳定，铸件质量一致性好。本发明适用于底注式浇注机，可减少设备的二次投资。
附图说明
19.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
20.图1为本发明等离子加热系统示意图
21.图2为本发明转塔基座与电极柜连接示意图；
22.图3为本发明电极柜内部结构示意图；
23.图4为本发明转塔基座示意图；
24.图5为本发明转塔基座剖视图；
25.附图标记说明：1、转塔基座；2、电极柜；3、变流柜；4、水冷却系统；5、氩气回路；6、循环水管道；
26.101、伺服电机；102、柜体连接座；102-1、支撑板；102-2、转塔臂；102-3、转接座；103-1、主动齿轮；103-2、从动齿轮；104、转塔底座；105、旋转轴；106、外壳；107、轴承；108、压盖；109、齿轮安装板；
27.201、连接底板；202、升降电机；203、直线滑轨；204、电缆拖链；205、电极臂；206、电极抓手；207、电极；208、支撑架体；209、电极柜体；210、拖链支架。
具体实施方式
28.如图1-5所示，一种等离子加热系统，包括转塔基座1、电极柜2、变流柜3和氩气回路5，所述转塔基座1的固定端通过螺栓安装在浇注机上，所述电极柜2连接在所述转塔基座1的移动端，所述变流柜3和所述电极柜2的两个电极207之间采用水冷电缆4连接，所述氩气回路5的一端与氩气供应处连接，氩气回路5的另一端位于所述电极207的顶部。
29.具体的，所述水冷电缆4包括冷却用循环水、循环水管道6和导线，所述变流柜3通过所述导线将电能传输至所述电极207上，所述导线与所述循环水管道6复合连接在一起，所述循环水从一根所述循环水管道6内进入，从另一根所述循环水管道6内流出。本系统中的水冷电缆根据实际需要，采购后根据设计路线进行组装即可。
30.如图2、4所示，所述转塔基座1包括伺服电机101、柜体连接座102、啮合齿轮组103和转塔底座104，所述伺服电机101安装在所述转塔底座104的顶面一侧，所述柜体连接座102安装在所述转塔底座104顶面的另一侧，所述啮合齿轮组103包括啮合连接的主动齿轮103-1和从动齿轮103-2，所述主动齿轮103-1安装在所述伺服电机101的工作轴上，所述从动齿轮103-2连接在齿轮安装板109上，所述齿轮安装板109连接在旋转支撑组件上，所述旋转支撑组件位于转塔底座104的内部；所述柜体连接座102的一端通过齿轮安装板109连接在所述主动齿轮103-1上，所述柜体连接座102的另一端与所述电极柜2连接；所述伺服电机101启动旋转，通过所述主动齿轮103-1带动所述从动齿轮103-2旋转，遂通过上方柜体连接座102带动顶部的电极柜2旋转。
31.如图5所示，所述旋转支撑组件包括旋转轴105和外壳106，所述旋转轴105和外壳106之间设置有轴承107，所述轴承107的底部通过压盖108压紧定位，所述旋转轴105的顶部与所述齿轮安装板109定位连接在一起，所述柜体连接座102通过螺栓连接在所述齿轮安装板109上，所述从动齿轮103-2套装在所述齿轮安装板109上且通过螺栓旋紧固定。
32.如图4所示，所述柜体连接座102包括支撑板102-1、转塔臂102-2和转接座102-3，所述转塔臂102-2的两端分别与支撑板102-1和转接座102-3连接在一起，所述支撑板102-1
与所述电极柜2连接，所述转接座102-3通过螺栓连接在所述齿轮安装板109上。具体的，所述转塔臂采用方管制作，所述转塔臂102-2的两端分别与支撑板102-1、转接座102-3通过焊接或螺栓组件连接在一起。
33.如图2、3所示，所述电极柜2包括最外侧的电极柜体209，所述电极柜体209的内部设置有电极升降组件和支撑架体208，所述支撑架体208通过连接底板201连接在所述支撑板102-1上，所述电极升降组件安装在所述支撑架体208上，所述电极升降组件上连接有电极臂205，所述电极臂205的端部连接有固定电极207用的电极抓手206；所述电极升降组件驱动所述电极臂205上下移动将所述电极207送入或远离熔融金属液。具体的，所述支撑架体208采用工字钢，该工字钢竖直放置，两组电极升降组件对称布置在所述工字钢的凹槽中，用于两个电极臂的升降作业。
34.所述电极升降组件包括升降电机202和直线滑轨203，两个所述直线滑轨203并排布置连接在所述支撑架体208上，所述升降电机202安装在所述直线滑轨203的顶部，所述升降电机202的旋转轴通过与螺纹杆连接，所述螺纹杆位于所述直线滑轨203的内部，所述电极臂205通过滑块与所述直线滑轨203连接，且所述滑块与所述螺纹杆螺纹连接；所述升降电机202旋转通过螺纹杆带动所述滑块沿直线滑轨203上下移动，遂带动所述电极臂205、电极抓手206和电极207上下移动。该电极升降组件不局限于电机驱动机构，也可以替换为其他直线升降机构，例如采用气缸或直线电机直接与电极臂205连接的方式，驱动电极臂上下运动。
35.具体的，所述支撑架体208远离电极臂205的一侧设置有电缆拖链204，所述电缆拖链204的一端连接在所述电极臂205的另一端，所述电缆拖链204的另一端连接在拖链支架210的一端，所述拖链支架210的另一端连接在所述支撑架体208的外侧壁上；所述水冷电缆4安装在所述电缆拖链204内。
36.还包括plc控制柜，该部分是辅助设备，所述伺服电机101、升降电机202均与所述plc控制柜电连接，变流柜3也与所述plc控制柜电连接，实现自动化控制。通过上述装配原理的说明再结合现有的plc编程技术，完全可以实现对于等离子加热系统的自动控制，在此不再赘述。
37.本发明的工作过程如下：
38.本发明的工作原理，等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。
39.基于高能热等离子体(hptp)技术的等离子加热系统是利用等离子弧产生的热量对熔融金属(铁水)进行加热。这种电弧是通过在石墨电极(阴极)和熔融金属(铁水)之间通过高强度的连续电流产生的，熔融金属(铁水)与浸入其中的另一个石墨电极(阳极)电连接。基于高能热等离子体(hptp)技术的熔融金属(铁水)加热主要由以下三种传热机制产生:1)通过焦耳效应，这是由于在两个电极(阳极、阴极)之间的熔融金属(铁水)中循环的强度很大的电流；2)通过等离子体射流中产生的热辐射，和射入熔融金属(铁水)表面的指数；3)通过电离气体与金属表面的对流；通过控制工艺条件，可以实现不同传热机制之间的适
当组合，以确保向熔融金属的最佳传热。
40.基于以上原理，开发了本发明一种等离子加热系统，是专门用于对底注式浇注机中浇注包内熔融金属(铁水)进行加热和维护的设备。该设备与温度计等测量设备相配合，实时测量温度并将信号传递给plc控制柜，在一个封闭的控制回路内实现该设备的启动和停止作业，可以为熔融金属提供所需的热能，及时实现炉热损失补偿，这样可以实现在很窄的温度范围内完成铸造作业。
41.将该系统通过螺栓组件安装到浇注机的指定位置，工作时，变流柜3产生电压和电流，与水冷电缆4连接，从而产生等离子体电弧，以便为熔融金属(铁水)提供恒温所需的热量；电极柜2负责两个电极207(阳极、阴极)的上下纵向位移，通过转塔基座1实现电极柜2旋转，其升降、旋转运动均是由plc控制柜自动控制；变流柜3至电极柜2上的两个电极207(阳极、阴极)之间采用水冷电缆4连接，通过冷却用循环水对变流柜内半导体冷却和电极柜两个电极207(阳极、阴极)进行冷却；水冷电缆4的选择既能通过循环水又能将电能携带到两个电极(阳极、阴极)之间。
42.本发明中，氩气回路5的设计，通过柔性软管将氩气供应到石墨电极(阴极)的顶部，在石墨电极(阴极)和熔融金属(铁水)之间充满氩气，形成良好的产生等离子体电弧的环境，并保护且减少损耗石墨电极。具体的，在氩气回路中，还有用于切断气流的电阀和用于调节流量的比例阀，电阀和比例阀均与plc控制柜电连接，实现自动化控制。
43.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。