专利名称：双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种合金熔炼炉。属合金熔炼设备技术领域。
背景技术：
随着电子信息技术的发展，对铜合金导电材料的综合使用性能要求越来越高， 要求其在保持高强度(硬度)、韧性、耐磨性的同时，仍保持较高的导电性、导热性、 耐寒性、无铁磁性等特性。这些优良的特性，使铜合金逐渐成为电力、信息、交通、能 源、轻工及航天航空等高科技领域中使用的重要金属材料。很多场合很少以纯铜的形式 应用，这是因为纯铜的强度较低(230 300 MPa)，冷加工后虽然可以达到400 MPa，但 伸长率仅为2%，在加热或一定温度下使用时，其强化效果很容易消失。所以，纯铜仅能 应用于受力不大的电力、电器、电子的导电体、散热体、装饰件等。在保持纯铜的一些 优良性能的前提下，尽可能提高铜的强度(硬度)和耐磨性，随即高强度高导电性铜合金 逐渐被研发出来。对于导体材料，特别是大长度导电材料，诸如电线电缆、电气化铁路用接触 线、承力索等，这些领域要求产品是整体成型，不得有焊接等方式连接，因此要求铸造 出大长度的无氧铜合金杆坯，一般采用上引连铸铜杆机组进行生产。目前工业生产用 上引连铸铜杆机组中的熔炼炉多为单熔沟双体熔炼炉，该套机组熔炼部分特点是集熔 炼、保温于一体，结构紧凑，维修及生产操作方便。结构如图1所示。采用加热方式 为工频有铁芯感应电炉，它相当于一个带铁芯的变压器，炉子的感应线圈相当于变压器 的一次线圈，熔炉中的铜金属相当于变压器的二次线圈。一次线圈中的工频交流电在熔 沟金属中感应出很大的电流，使熔沟中的铜金属发热熔化，继而熔化熔炼区和保温区中 的铜金属。在保温区将结晶器插入铜液中，铜液在结晶器内冷却并凝固，并通过连续向 上牵引可以得到连续的铜或铜合金铸杆。同时整个熔炼和铸造过程中采用木炭或石墨覆 盖，隔绝空气与铜液接触，防止铜液氧化。该熔炼炉生产的铜杆，含氧量小于20ppm， 是理想的导电材料。但是该结构的熔炼炉存在炉渣堵塞熔沟等现象，即所谓的断沟现象。特别是对 于易氧化的合金元素，诸如镁等，生产中常被用做脱氧剂，这些元素生产氧化物容易粘 结在熔沟上，使熔炼炉寿命大为缩短。同时对于铜合金生产，该熔炼炉还存在合金元素 搅拌不均勻，生产出的产品存在合金成分偏析，而合金元素的含量是铸锭质量的决定性 因素，因此，研究适用于大规模生产的、长寿命且合金成分均勻的连续铸造设备逐渐成 为热点问题。
发明内容
本发明针对当前上引熔炼炉易断沟、合金元素扩散不均勻等问题，提供一种能 防止熔沟阻塞以及合金元素扩散均勻的合金熔炼炉。本发明的目的是这样实现的一种双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉，包括炉体，所述炉体内自前至后被两隔墙分隔成熔炼区、扩散区和保温区共三个区，其中熔 炼区和扩散区之间通过设置于炉体底部的1#感应室中的熔沟I连接，扩散区和保温区之 间通过设置于炉体底部的2#感应室中的熔沟II连接；所述扩散区被中部有连通孔的隔板 分隔成前后两个区域，前后两个区域顶部分别装有1#液面增压器和2#液面增压器，所述 保温区除顶部装有结晶器外，还增加带有浮块的液面控制装置。
本发明为了使合金元素扩散均勻，除熔炼区和保温区外，在两者之间增加了扩 散区。中部有连通孔的隔板将扩散区一分为二，形成连通器，在被分隔的两个区域顶部 分别装置液面增压系统。两个液面增压系统交替工作，通过压缩氮气的压力，将液面下 压，部份铜液通过连通孔和熔沟流出，这种湍流的形成增加了铜液的搅拌，促使合金元 素的扩散，同时使熔沟中炉渣得到冲刷，防止了熔沟堵塞。由于扩散区隔板的存在进一 步增加了合金成分在铜液中的流动距离，这样更加有利于合金元素的扩散。如果对合金 均勻性要求不高可以去掉该隔板，形成单室单增压或者去掉一个增压器，形成双室单增 压。在保温区增加了液面控制装置，该装置可以实时监控铜液高度，控制电解铜添加量 和液面增压工作。本发明的有益效果是
本发明结构紧凑合理，增加扩散区，并通过搅拌使合金在该区扩散均勻；同时能够 精确控制液面控制器实时监控液面高度；液面增压器交替工作，使铜液产生湍流，增加 铜液搅拌，并且清理熔沟中炉渣。整个系统使用安全，操作方便，处理后的合金溶液成 分偏析小，适合铜合金加工需要。综上，本发明通过采用双熔沟，通过液面增压搅拌使合金均勻，且防止熔沟阻
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图1为以往单熔沟双体熔炼炉结构示意图。图2为本发明双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉结构示意图。图3为本发明液面增压控制器工作流程图。图中附图标记
牵引轮1、上引铜杆2、结晶器3、保温区4、隔墙5、熔炼区6、铜液7、炉体8、熔 沟I 9、水冷套10、线圈11、铁芯12、感应室13、带有浮块的液面控制装置14、液面控 制器15、1#液面增压器16、中部有连通孔的隔板17、扩散区18、2#液面增压器19、2# 感应室20、熔沟II 21。
具体实施例方式参见图2，图2为本发明双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉结构示意图。由图 2可以看出，本发明合金熔炼炉，包括炉体8，炉体8内自前至后被两隔墙5分隔成熔炼 区6、扩散区18和保温区4共三个区，其中熔炼区6和扩散区18之间通过设置于炉体8 底部的1#感应室13中的熔沟I 9连接，扩散区18和保温区4之间通过设置于炉体8底 部的2#感应室20中的熔沟II 21连接，扩散区18被中部有连通孔的隔板17分隔成前后 两个区域，前后两个区域顶部分别装有1#液面增压器16和2#液面增压器19，1#液面增压器16和2#液面增压器19与炉体8紧密连接，密封不漏气。所述保温区4除顶部装有 结晶器3外，还增加带有浮块的液面控制装置14，带有浮块的液面控制装置14与液面控 制器(PLC) 15连接，通过PLC实时监控液面高度。以生产铜镁合金为例，将电解铜板加入熔炼区6，待电解铜板熔化后加入镁锭或 铜镁中间合金熔炼成一定比例的铜镁合金铜液，通过熔沟I 9将铜液传送到扩散区18， 由于此时铜液中的合金元素分布不均勻，若该铜液直接流通到保温区4，上引连铸出来的 铜杆必定存在成分偏析。因此在扩散区18中通过中部有连通孔的隔板17将铜液分离， 这样增加了铜液的流动距离，使合金元素扩散更加充分。通过1#液面增压器16和2#液 面增压器19的交替增压，使铜液产生上下波动，促使铜液中的合金元素再次充分扩散。 充分扩散均勻后的铜液通过熔沟II 21流通至保温区4，在保温区除了结晶器3外，增加一 套带有浮块的液面控制装置14，可以当前液面的实际高度，即时调整电解铜板及合金元 素的添加量，通过1#液面增压器16和2#液面增压器19的交替增压，使铜液中的合金元 素扩散充分。同时由于铜液的波动，可以及时清理熔沟I 9和熔沟II 21中炉渣，保证炉 渣不堵塞熔沟，延长熔炼炉的使用寿命。铜液高度的设置直接关系到铜液中合金元素是否扩散均勻，同时也关系到结 晶器是否工作正常，假设熔炼炉中溶化区尺寸为800Χ400Χ1100_，扩散区中两个 被分隔区域尺寸均为800Χ300Χ 1100mm,连通器最高高度为500mm，保温区尺寸为 800X500X 1000mm。因为结晶器一般插入铜液100 200mm，因此设置铜液波动高度 为100mm，则被增压区高度变化为400mm，铜液最低工作高度为900mm，铜液最高工作 高度为1000mm。液面增压控制器工作流程如图3:由流程图可知，当两个液面增压系统均不工 作时，保温区液面高度最低，根据液面最低高度即时调整电解铜板的添加量，合金成分 根据炉前检测情况添加。当控制器控制一个液面增压器开始工作，使该区的液面下降， 其它区域的液面上升，直至保温区中的铜液达到规定高度时，控制器控制该液面增压器 停止工作，同时卸载增压气体，使保温区液面回落至最低，此时控制器控制另一个液面 增压器开始同样工作，铜液受压力作用往复流动，不仅冲刷了熔沟和连通孔，还使扩散 区内的铜液得到充分搅拌，合金元素得到有效扩散。铜液最低高度的设置应考虑到扩散 区中部隔板连通孔的位置，熔炼炉各区域的尺寸大小、铜液波动高度以及结晶器护套尺 寸可根据实际需要确定。
权利要求
1. 一种双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉，包括炉体(8)，其特征在于所述炉 体⑶内自前至后被两隔墙(5)分隔成熔炼区(6)、扩散区(18)和保温区⑷共三个区， 其中熔炼区(6)和扩散区(18)之间通过设置于炉体⑶底部的1#感应室(13)中的熔沟 I (9)连接，扩散区(18)和保温区(4)之间通过设置于炉体(8)底部的2#感应室(20) 中的熔沟II (21)连接；所述扩散区(18)被中部有连通孔的隔板(17)分隔成前后两个区 域，前后两个区域顶部分别装有1#液面增压器(16)和2#液面增压器(19)，所述保温区 (4)除顶部装有结晶器(3)外，还增加带有浮块的液面控制装置(14)。
全文摘要
本发明涉及一种双溶沟液面增压搅拌三体合金熔炼炉，包括炉体(8)，其特征在于所述炉体(8)内自前至后被两隔墙(5)分隔成熔炼区(6)、扩散区(18)和保温区(4)共三个区，其中熔炼区(6)和扩散区(18)之间通过设置于炉体(8)底部的1#感应室(13)中的熔沟Ⅰ(9)连接，扩散区(18)和保温区(4)之间通过设置于炉体(8)底部的2#感应室(20)中的熔沟Ⅱ(21)连接；所述扩散区(18)被中部有连通孔的隔板(17)分隔成前后两个区域，前后两个区域顶部分别装有1#液面增压器(16)和2#液面增压器(19)，所述保温区(4)除顶部装有结晶器(3)外，还增加带有浮块的液面控制装置(14)。本发明能防止熔沟阻塞以及合金元素扩散均匀。
文档编号F27B14/08GK102022911SQ20101055919
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者刘轶伦, 李学斌, 杨昭伟, 袁远, 车明安, 邱正晓, 鲁衍任 申请人:中铁建电气化局集团康远新材料有限公司