专利名称：非真空熔炼易氧化金属及合金的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及易氧化金属及合金的熔炼设备，尤其涉及非真空条件下熔炼易氧化金属及合金的设备，属于有色金属加工技术领域。
背景技术：
易氧化金属及合金的传统熔炼方法是真空熔炼，其主要过程是先将合金元素按比例配好，装入真空炉中，同时将模具也放入真空炉内，抽真空至10-3Pa以下开始加热熔炼，熔炼结束之后直接在真空炉内浇铸。这种熔炼方法，由于炉内具有很高的真空度，氧的气体分压极低，从动力学上阻止了熔炼金属的氧化烧损。熔炼过程中，熔体中含有一定量的氧和氢，熔体内部与熔炼环境之间因浓度梯度产生很大的化学位，使得熔体中的氧和氢能够快速向熔炼环境扩散，因此，真空熔炼法可以有效脱氧脱氢。
然而，真空熔炼的方法存在以下问题①由于真空炉熔炼过程中需要很高的真空度，对炉体的密封性要求很高，熔炼时不能进行成分测量、成分调整和拔渣等操作，因此对原料的成分和杂质含量要求很高；②真空熔炼一般不会采用快速冷却的方法，铸锭易发生晶体粗化，在变形工艺中很容易出现裂纹，降低了板带成品率；③真空炉本身的不连续操作，使其只能进行小规模生产，不能进行连续化大规模生产，限制了其产业化前景。
因此，人们尝试研究开发非真空条件下熔炼易氧化金属及合金的技术，以取代真空熔炼法；而非真空熔炼技术的开发，非真空炉的设计非常关键。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能够连续大规模生产的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，使得熔炼烧损率低、脱氧脱氢效果好，并能在线及时测量和调整合金成分。
本发明的技术解决方案是非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，包括炉体和炉盖，炉体带有加热装置，对于熔炼过程提供能量，炉体内部设有坩埚，易氧化金属及合金在坩埚中进行熔炼，其特征在于所述炉盖带有一个进气口、一个排气口和一个加料口，并且配有冷却机构；所述炉体的炉膛底部设置有下浇口，炉体内部配置一根竖直方向的塞棒，塞棒的底部与下浇口相连，塞棒的上端设有调节机构，调节机构对于塞棒的上下位置进行调节，阻止或限制熔炼过程中金属熔体下流；炉体的下方直接与结晶器或铁模相连，连接通道上带有一个进气口和一个排气口，以便向连接部位以及结晶器或者铁模的内部空间引入保护气体。
本发明的进一步的技术解决方案是上述的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其中，所述坩埚、塞棒和下浇口的材质为氧化锆或氧化镁，可减少金属熔体二次氧化；炉盖上面的进气口以及炉体底部的进气口，其进气孔的入射角为0～45度；所述炉盖上面还设有一个观察窗，用于观察整个熔炼过程；所述炉盖的冷却机构为水冷机构；而且，该设备的下浇口与塞棒之间采用超高温修补剂粘结，其余接口采用石棉密封层进行密封。
这样，本发明便提供出一种易氧化金属及合金的熔炼设备，该设备在保护气体存在的非真空状态下操作，设备底部直接与结晶器或者铁模相连，采用下浇的方式铸锭，炉膛与下浇口的熔炼及浇铸气氛能够分别控制。由于保护气体采用高纯度的氮气、氩气等惰性气体，其中氧和氢的分压很低，可以显著降低氧化烧损，加速熔体内部氧和氢的扩散，起到好的熔炼与浇铸效果。本发明可采用感应加热方式供给热量，所有接触件都采用石棉绳密封，有很好的保温性；炉盖上面设置有观察窗，通过观察窗可以全程监控熔炼过程；也可在熔炼过程中将惰性气体通入熔体进行脱气，根据分析结果及时从加料口向设备内部加入原料，调节合金的成分配比；此外，下浇的铸锭方式对于拔渣操作非常方便，使得该设备易于实行大规模连续化作业，其经济效益十分显著。
图1是本发明非真空熔炼含有易氧化元素合金的设备结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表
具体实施方式
如图1，非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，包括炉体和炉盖2，炉体带有加热装置10，对于熔炼过程提供能量，炉体内部设有坩埚16，易氧化金属及合金在坩埚16中进行熔炼。炉盖2带有一个进气口3、一个排气口5、一个加料口7和一个观察窗1，并且配有水冷机构。炉体内部炉膛8的底部设有下浇口13，炉体内部配置一根竖直方向的塞棒9，塞棒9的底部与下浇口13相连，塞棒9的上端设有调节机构6，调节机构6对于塞棒9的上下位置进行调节，阻止或限制熔炼过程中金属熔体下流。炉体的下方直接与结晶器或铁模14相连，连接通道上带有一个进气口15和一个排气口11，以便向连接部位以及结晶器或者铁模的内部空间引入保护气体。坩埚16、塞棒9和下浇口13的材质为氧化锆或氧化镁；炉盖2上面的进气口3以及炉体底部的进气口15，其进气孔的入射角为0～45度；下浇口13与塞棒9之间采用超高温修补剂粘结，其余接口采用石棉密封层4、12等进行密封。
应用本发明提供的设备操作时，以高纯度的氮气、氩气等惰性气体作为保护气体，将熔炼原料装入炉膛8，打开气阀通入保护气体，直至保护气体充满炉膛8，多余气体经由出气孔5或加料口7排出。然后关小保护气体阀门，维持炉内保护气体压强大于1.015×105Pa，在0～30KW功率下预热炉膛至100℃以上，进而增大功率将原料加热熔化，在待熔炼金属熔点以上100～350℃，加入其它亲氧性较强的合金元素、脱氧剂和细化晶粒剂，保温一定时间。熔炼完毕，降低加热功率，向结晶器或铁模14中通入保护气体，打开水冷阀，使冷却水均匀，10分钟后开始浇铸，温度为高于合金熔点100～150℃。
下面结合图1以熔炼和浇铸Cu-Cr-Zr合金为例，对本发明作进一步的详细描述。这些例子仅是一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
实施例1分别取原料电解铜、铜铬中间合金和锌，取料量见表1，从加料口7装入炉膛8，使其盛于坩埚16当中；也可以打开炉盖2直接加入原料。盖好加料口7和观察窗1，打开保护气阀，从上部进气孔3通入氩气，直到空气从上部出气口5排出、保护气体充满炉膛8、在上部出气口5处点燃火柴会立即熄灭为止。打开感应加热装置10向感应炉体进行加热，功率10KW，时间10分钟，调功率为50KW，加热至熔化，整个加热过程可在观察窗1中观察。从加料口7加入铜包锆和镁，熔炼5分钟，同时打开气阀，从下部进气口15通入氩气，使其作为保护气体充满浇铸区域，多余的氩气从下部出气口11排出。然后，降低功率至30KW，保温10分钟；关掉电源，打开塞棒6进行浇铸。在熔炼过程中，塞棒9用于阻止熔体从下浇口13处流下；浇铸过程中，通过调节塞棒机构6来控制熔体流量，保证合理的浇铸速度，使熔体从下浇口13流入结晶器或铁模14。
上述过程中，所述铜锆中间合金主体成为Cu含量为0～90％，Cr含量为0～50％，Zr含量为0～50％。坩埚16、塞棒9和下浇口13采用氧化锆或氧化镁材质，炉体的上部和下部的外层分别设置石棉密封层4和12。原料及铸锭的化学含量见表1，熔炼过程各金属损失率分别为Cu≤1.0％、Cr≤3.5％、Zr≤6.2％。
表1
实施例2以锆丝代替铜包锆，采用与实施例1相同的条件实施本发明。原料及铸锭的化学含量见表2，熔炼过程各金属损失率分别为Cu≤1.0％、Cr≤3.4％和Zr≤7.2％。
表2
实施例3采用与实施例1相同的条件，采用N2为保护气，熔炼完毕保温过程中用气体喷嘴从加料口7伸入熔体中，将N2通入熔体内部进行除气。原料及铸锭的化学含量见表3，根据金相照片，可以看出铸锭组织明显提高，气孔和夹杂减少，熔炼过程各金属损失率分别为Cu≤1.1％、Cr≤3.4％和Zr≤7.1％。
表3
以上实施例表明，本发明采用非真空的方法即在保护气体气氛中对易氧化金属及合金进行熔炼及浇铸，在保护气层中，氧和氢气的分压很小，加速了熔体中氧和氢的扩散，氧和氢气的密度小，上浮至炉膛上部出气口及时排出，脱氧脱氢效果好。而且，该设备可以及时在线测量和调整合金成分，使铸锭组织细化，杂质含量低，彻底解决了真空熔炼成本昂贵和难以规模化生产的缺点。
权利要求
1.非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，包括炉体和炉盖，炉体带有加热装置，对于熔炼过程提供能量，炉体内部设有坩埚，易氧化金属及合金在坩埚中进行熔炼，其特征在于所述炉盖带有一个进气口、一个排气口和一个加料口，并且配有冷却机构；所述炉体的炉膛底部设置有下浇口，炉体内部配置一根竖直方向的塞棒，塞棒的底部与下浇口相连，塞棒的上端设有调节机构，调节机构对于塞棒的上下位置进行调节，阻止或限制熔炼过程中金属熔体下流；炉体的下方直接与结晶器或铁模相连，连接通道上带有一个进气口和一个排气口，以便向连接部位以及结晶器或者铁模的内部空间引入保护气体。
2.根据权利要求1所述的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其特征在于所述坩埚、塞棒和下浇口的材质为氧化锆或氧化镁。
3.根据权利要求1所述的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其特征在于炉盖上面的进气口以及炉体底部的进气口，其进气孔的入射角为0～45度。
4.根据权利要求1所述的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其特征在于所述炉盖上面还设有一个观察窗。
5.根据权利要求1所述的非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其特征在于所述炉盖的冷却机构为水冷机构。
6.根据权利要求1～5所述的任意一种非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，其特征在于该设备的下浇口与塞棒之间采用超高温修补剂粘结，其余接口采用石棉密封层进行密封。
全文摘要
本发明提供了一种非真空熔炼易氧化金属及合金的设备，主体部件包括炉体和炉盖炉体带有加热装置，坩埚置于炉体内部；炉盖带有一个进气口、一个排气口和一个加料口，并且配有冷却机构；炉膛底部设有下浇口，炉体内部配置一根竖直方向的塞棒，塞棒的底部与下浇口相连，塞棒的上端设有调节机构，调节机构对于塞棒的上下位置进行调节，阻止或限制熔炼过程中金属熔体下流；炉体的下方直接与结晶器或铁模相连，采用下浇的铸锭方式，连接通道上带有一个进气口和一个排气口。该设备的整个熔炼与浇铸过程均在工业纯保护气体下进行，烧损率低，脱氧脱氢效果好，易于实行大规模连续化作业，铸锭质量明显提高。
文档编号B22D11/00GK1869564SQ200610085209
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者郭富安, 慕思国, 曹兴民, 向朝建, 杨春秀, 朱雯 申请人:苏州有色金属加工研究院