专利名称：用等离子体弧生产球形碳化钨的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生产碳化钨的装置，特别涉及用等离子体弧生产球形碳化钨的装置。
我国生产铸造碳化钨硬面材料的工艺和设备比较落后，其工艺和设备长期未进行改进，产品质量提高不多。
传统生产球形铸造碳化钨的方法是将钨粉、碳化钨粉和生产过程返回料混合后装于长而圆的石墨舟皿中，放入温度2700～3000℃的倾倒式碳管电阻内进行熔炼，整个熔炼过程全由操作者通过肉眼观察和手动操作掌握。由于用眼睛观察炉温和控制熔炼的全过程，技术科学性差，操作很难准确掌握，因而获得铸造碳化钨质量差，结构很不稳定。每次熔铸块并不具有相同的碳量和共晶组织，同时还将熔铸块经过破碎机、对辊机、电动磨等设备粉碎，然后分级筛分，才能得到所需的颗粒，故其出粒率较低，一般多为60～70％。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的本实用新型主要由水冷炉体(35)、等离子体枪装置(1)、旋转送料装置(27)、冷却盘(28)、落料仓(14)、电动回转阀(22)、出料口(23)、水冷排气管(47)等组成。在水冷炉体(35)上部壁面上设有导向套I(9)，在导向套I(9)内安装有等离子体枪装置(1)，在水冷炉体(35)上部壁面的另一侧焊接有导向套II(26)，在导向套II(26)内安装旋转送料装置(27)；在水冷炉体(35)中部空腔内安装有冷却盘(28)，该冷却盘(28)下面安装有旋转空心轴(24)，该旋转空心轴(24)通过皮带轮(21、11)、三角皮带(10)与齿轮箱(12)相连，齿轮箱(12)与调速电机(13)相连；水冷炉体的下部连接有落料仓(14)，该落料仓下面安装有电动回转阀(22)，该电动回转阀(22)与出料口(23)相连；落料仓(14)至少有两个。在水冷炉体(35)的顶部安装有水冷排气管(47)，该排气管(47)顶部留有排气口(46)；水冷炉体的内外壁面之间设有数个导流板(39)；在水冷炉体(35)下部外壁面上设有进水接口(37)，上部设有出水接口(42)，在水冷炉体(35)下部壁面上还设进气口(38)；在水冷排气管(47)的外壁面设有进水接口(43)和出水接口(45)。
等离子体枪装置(1)主要由等离子枪(2)、电动机(8)、减速机(7)和伞齿轮(5)以及升降丝杠(3)、丝杠螺母(4)组成；等离子体枪装置(1)与导向套I(9)之间安装有绝缘导向套(41)，等离子体枪(2)上安装有连接板(6)，该连接板(6)通过绝缘导向套(41)与导向套I(9)用导向杆相联接，连接板(6)的另一端与丝杠螺母(4)固定连接；在导向套I(9)的下方、水冷炉体(35)的外侧安装有支架(15)，在该支架(15)上安装有电动机(8)、减速机(7)和一对相咬合的伞齿轮(5)以及升降丝杠(3)，在升降丝杠(3)上安装有丝杠螺母(4)。
旋转送料装置(27)主要由调速电机(29)、减速机(30)、螺旋给料器(31)、给料斗(32)和水冷电极(33)、水冷电缆(34)组成；螺旋给料器(31)的外壁上安装有水冷电极(33)，该水冷电极(33)与螺旋给料器(31)之间设有冷却水通道(36)，该冷却水通道(36)一侧与冷却进水管(38)相连，另一侧与冷却出水管(51)相连，水冷电极(33)与导向套II(26)之间安装有绝缘垫(40)，水冷电极(33)通过绝缘垫(40)与导向套II(26)固定连接，水冷电极(33)与水冷电缆(34)相连接；螺旋给料器(31)的上方安装有料斗(32)，螺旋给料器(31)的后端与调速电机(29)和减速机(30)相连接，在导向套II(26)的下方、水冷炉体(35)的外侧固定安装有支架(25)，料斗(32)、减速机(30)与支架(25)固定相连。
冷却盘(28)为空腔圆柱体，其上表面为凹形曲面。冷却盘(28)下面的旋转空心轴(24)内安装有冷却水管(16)，在旋转空心轴(24)与冷却水管(16)之间设有冷却水道(49)，该冷却水道(49)下端设有排水口(50)，其冷却水经排水口(50)排至水槽(56)内进行循环冷却。冷却水管(16)的外壁上安装锥形调整螺母(17)。在旋转空心轴(24)底部外壁上安装有锁紧螺母(18)。
旋转空心轴(24)被2～4个轴承(19)及轴承座(53)固定。炉体(35)内壁和外壁可选用隔磁材料制造。
本实用新型采用直流电弧熔炼炉的形式，用等离子体枪作为阴极，以熔炼材料为阳极，且等离子体以很高的速度射向被加热物体，当弧光放电或发射电子束的阴极同被加热物体之间有电压时，即当被加热物体为阳极时，两者间的等离子体形成为等离子流。由于在不大的截面中有很大的电流通过，所以，等离子流的功率密度很大，温度很高(可达10000℃以上)。足以将钨、碳化钨、返回料和炭黑按铸造碳化钨共晶点的含碳量配制的混合料在短时间内溶化为金属液体。其液体通过高速旋转的凹曲面冷却盘快速冷却，调节控制冷却盘的转速，即可得到需要的颗粒直径。
本实用新型的有益效果是1.工艺流程简单，操作方便，产品不需要再经电动磨等破碎设备破碎，从出料口出来经筛分后，直接为合格产品。
2.由于该装置可对产品的颗粒直径尺寸进行调节，因而可根据实际需要生产不同尺寸的球形碳化钨产品。
图2是
图1中等离子体枪装置(1)的结构示意图。
图3是
图1中旋转送料装置(27)的结构示意图。
图4是
图1中水冷炉体(35)下半部分结构示意图。
图1中，1.等离子体枪装置，9.导向套I，39.导流板，38.进气口，37.进水接口，14.落料仓，28.冷却盘，24.旋转空心轴，21.皮带轮，10.三角皮带，11.皮带轮，12.齿轮箱，13.调速电机，22.电动回转阀，23.出料口，27.旋转送料装置，26.导向套II，35.水冷炉体，47.水冷排气管，46.排气口，45.出水接口，43.进水接口，42.出水接口、55观察孔。
图2中，9.导向套I，2.等离子体枪，3.升降丝杠，4.丝杠螺母，5.伞齿轮，6.连接板，7.减速机，8.电动机，15.支架，41.绝缘导向套，48.水冷电缆。
图3中，26.导向套II，29.调速电机，30.减速机，31.螺旋给料器，32.给料斗，33.水冷电极，34.水冷电缆，36.冷却水通道，38.冷却进水管，51.冷却出水管，52.法兰 40.绝缘垫，25.支架。
水冷炉体35的炉壁是由冷却水从进水管37通入，经导流板39，进行螺旋上升至出水管42进行循环而冷却的。水冷炉体35的内壁和外壁采用隔磁材料制造。炉体上部侧壁上设有观察孔55。
等离子体枪装置1如
图1和图2所示。它主要由等离子体枪2、电动机8、减速机7、伞齿轮5、升降丝杠3、丝杠螺母4和连接板6等组成。等离子体枪装置1与导向套I9之间安装有绝缘导向套41，等离子体枪2上固定安装有连接板6，该连接板通过绝缘导向套41与导向套I9用导向杆相联接，连接板6的另一端与丝杠螺母4固定连接。在导向套I9的下方、水冷炉体35的外侧安装有支架15，在该支架15上安装有电动机8、减速机7和一对相咬合的伞齿轮5以及升降丝杠3，在升降丝杠3上安装有丝杠螺母4。等离子体枪2与水冷电缆48相连。
在熔炼过程中，等离子体弧的长短是由等离子体枪2在导向套I9上、下移动实现的。具体操作过程是由电动机8、减速机7、一对相互咬合的伞齿轮5带动升降丝杠3转动，通过丝杠螺母4的移动，来带动等离子体枪2在导向套9内部上升或下降。
旋转送料装置27如
图1和图3所示。它主要由调速电机29、减速机30、螺旋给料器31、给料斗32和水冷电极33、水冷电缆34等组成。螺旋给料器31的外壁上安装有水冷电极33，该水冷电极33与螺旋给料器31之间设有冷却水通道36，该冷却水通道36一侧与冷却进水管38相连，另一侧与冷却出水管51相连。水冷电极33与固定导向套II26之间安装有绝缘垫40，水冷电极33通过绝缘垫40与固定导向套II26固定连接，水冷电极33与水冷电缆34相连接。螺旋给料器31的上方安装有料斗32，螺旋给料器31的后端与调速电机29和减速机30相连接，在导向套II26的下方、水冷炉体35的外侧固定安装有支架25。料斗32、减速机30与支架25固定相连。
螺旋给料器31的传动方式为，电机29、减速机30、经两法兰52相联，带动给料器31旋转实现螺旋向前给料。
水冷电极33与直流电源及水冷电缆34直接导电。水冷电极33和螺旋给料器31的筒壁为铜钢复合形式组成，即外铜内钢，其中间设有冷却水通道36。
冷却盘系统如
图1和图4所示。它主要由冷却盘28、旋转空心轴24、冷却水管16、冷却水道49、定位套20、轴承19、轴承座53等组成。冷却盘28为空腔圆柱体，其上表面为凹形曲面。冷却盘28下面安装有旋转空心轴24，空心轴24内安装有冷却水管16，在旋转空心轴24与冷却水管16之间设有冷却水道49，该冷却水道49下端设有排水口50，其冷却水经排水口50排至水槽56内进行循环冷却。冷却水管16，由联接板54固定。冷却水管16下端的外壁上还安装有锥形调整螺母17，用于调整冷却水道49下端的缝隙大小，从而控制回流水的大小及压力。另外，也可以在进水管16的前端直接连接流量计，由流量计来控制其进水量的大小。水的流量一般控制在5～8m3/h，压力在0.15～0.3Mpa。空心轴24由锁紧螺母18紧固。凹曲面冷却盘28的上升或下降，可以通过锁紧螺母18来实现。
凹曲面冷却盘28的旋转是通过调速电机13、齿轮箱12、皮带轮11、三角皮10、皮带轮21、轴承19、定位套20、旋转空心轴24、轴承座53、锁紧螺母18支撑而实现的，其速度大小可通过调节调速电机13的转速来实现。轴承和轴承座可根据实际需要设计为2～4个。
出料系统如
图1和图4所示。它主要由两套出料系统，即落料仓14、电动回转阀22、出料口23组成。其卸料方式是由电动回转阀22定期旋转通过出料口23向外放料。
本实用新型的工作原理及工作过程如下将钨(W)、碳化钨(WC)、返回料和炭黑(C)一起配制的混合料装入给料斗32中，经由调速电机29，减速机30，螺旋给料器31连续不断的将混合料推向水冷电极33的出口处，此时，由水冷电缆34将电流输入给水冷电极。以熔炼材料为阳极，以等离子体枪2经水冷电缆48输入电流而形成阴极(被加热物体为阳极，等离子体枪为阴极)，两者间的等离子体形成为等离子流。其等离子流的功率密度很大，温度很高，可达3000～6000℃以上的温度熔炼区。其温度测量，可采用红外线非接触法。
由螺旋给料器31经熔炼区的混合料经高温瞬时的熔炼，发生分解和吸碳化学反应，形成熔融的碳化二钨和碳化钨的共晶体(W2C-WC)，由于重力作用，熔融液连续不断的滴落到水冷的高速旋转凹曲面冷却盘28上得到快速冷却，借助圆形凹曲面冷却盘28高速旋转的离心力，熔融液被分散成许多很小的液珠，以切线方向向四周飞溅，并经水冷炉壁35以极快的速度冷却和结晶，落入炉体下方的落料仓14内。液珠的直径大小可以通过改变圆形凹曲面旋转盘28的旋转速度来控制。整个熔炼过程是在密封状态和通过进气管38向炉内通入惰性气体(Ar)保护下进行的。惰性气体(Ar)的流量一般控制在7～10m3/h，压力为0.5～0.8Mpa，其炉内的气体通过炉顶部排气口46排出。
生产球形碳化钨的产量大小，可通过螺旋给料装置27中的调速电机29和减速机30的旋转速度来实现的。而产出的球形碳化钨的直径大小，可通过控节调速电机13、齿轮箱12的转速，来控制凹曲面冷却盘28的旋转速度来实现，即转速快，产出的粒径就小，反之粒径就大。
权利要求1.一种用等离子体弧生产球形碳化钨的装置，包括等离子体枪(2)，其特征在于在水冷炉体(35)上部壁面上设有导向套I(9)，在导向套I(9)内安装有等离子体枪装置(1)，在水冷炉体(35)上部壁面的另一侧焊接有固定导向套II(26)，在固定导向套II(26)内安装旋转送料装置(27)；在水冷炉体(35)中部空腔内安装有冷却盘(28)，该冷却盘(28)下面安装有旋转空心轴(24)，该旋转空心轴(24)通过皮带轮(21、11)、三角皮带(10)与齿轮箱(12)相连，齿轮箱(12)与调速电机(13)相连；水冷炉体的下部连接有落料仓(14)，该落料仓下面安装有电动回转阀(22)，该电动回转阀(22)与出料口(23)相连；在水冷炉体(35)的顶部安装有水冷排气管(47)，该排气管(47)顶部留有排气口(46)；水冷炉体的内外壁面之间设有数个导流板(39)；在水冷炉体(35)下部外壁面上设有进水接口(37)，上部设有出水接口(42)，在水冷炉体(35)下部壁面上还设进气口(38)；在水冷排气管(47)的外壁面设有进水接口(43)和出水接口(45)。
2.根据权利要求1所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于等离子体枪装置(1)主要由等离子体枪(2)、电动机(8)、减速机(7)和伞齿轮(5)以及升降丝杠(3)、丝杠螺母(4)组成；等离子体枪装置(1)与导向套I(9)之间安装有绝缘导向套(41)，等离子体枪(2)上安装有连接板(6)，该连接板(6)通过绝缘导向套(41)与导向套I(9)用导向杆相联接，连接板(6)的另一端与丝杠螺母(4)固定连接；在导向套I(9)的下方、水冷炉体(35)的外侧安装有支架(15)，在该支架(15)上安装有电动机(8)、减速机(7)、一对相咬合的伞齿轮(5)和升降丝杠(3)，在升降丝杠(3)上安装有丝杠螺母(4)。
3.根据权利要求1所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于旋转送料装置(27)主要由调速电机(29)、减速机(30)、螺旋给料器(31)、给料斗(32)和水冷电极(33)、水冷电缆(34)组成；螺旋给料器(31)的外壁上设有水冷电极(33)，该水冷电极(33)与螺旋给料器(31)之间设有冷却水通道(36)，该冷却水通道(36)一侧与冷却进水管(38)相连，另一侧与冷却出水管(51)相连，水冷电极(33)与导向套II(26)之间安装有绝缘垫(40)，水冷电极(33)通过绝缘垫(40)与导向套II(26)固定连接，水冷电极(33)与水冷电缆(34)相连接；螺旋给料器(31)的上方安装有料斗(32)，螺旋给料器(31)的后端与调速电机(29)和减速机(30)相连接，在导向套II(26)的下方、水冷炉体(35)的外侧固定安装有支架(25)，料斗(32)、减速机(30)与支架(25)固定相连。
4.根据权利要求1所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于冷却盘(28)为空腔圆柱体，其上表面为凹形曲面。
5.根据权利要求1或4所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于冷却盘(28)下面的旋转空心轴(24)内安装有冷却水管(16)，在旋转空心轴(24)与冷却水管(16)之间设有冷却水道(49)，该冷却水道(49)下端设有排水口(50)。
6.根据权利要求5所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于旋转空心轴(24)被2～4个轴承(19)及轴承座(53)固定。
7.根据权利要求5所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于冷却水管(16)底部外壁上安装有锥形调整螺母(17)。
8.根据权利要求5所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于在旋转空心轴(24)底部外壁上安装有锁紧螺母(18)。
9.根据权利要求5所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于炉体(35)内壁和外壁可选用隔磁材料制造。
10.根据权利要求1所述的生产球形碳化钨的装置，其特征在于落料仓系统至少有两个。
专利摘要本实用新型公开了一种用等离子体弧生产球形碳化钨的装置。它主要由水冷炉体(35)、等离子体枪装置(1)、旋转送料装置(27)、冷却盘系统和出料系统等五部分组成。其优点是工艺流程简单，操作方便，产品不需要再经电动磨等破碎设备破碎，从出料口出来经筛分后，直接为合格产品。该装置可对产品的颗粒直径尺寸进行调节，因而可根据实际需要生产不同尺寸的球形碳化钨产品。
文档编号C01B31/34GK2561772SQ0226188
公开日2003年7月23日 申请日期2002年7月1日 优先权日2002年7月1日
发明者王忠涛, 池延斌, 巨建涛, 孙枢, 俞景碌 申请人:西安建筑科技大学