凝壳炉双室U型炉体系统的制作方法

本发明属于真空冶金设备技术领域，尤其涉及一种凝壳炉双室u型炉体系统。

背景技术：

凝壳炉双室u型炉体系统是利用真空自耗电极电弧炉的熔炼条件，利用预先制成的所需直径和长度的自耗电极(重熔)，在水冷铜坩埚中进行快速融化，当达到预定的融化量后，倾斜坩埚，将液态的钛注入固定在离心盘上的铸型内(离心浇注或静浇注)，从而获得完整的形状和清晰轮廓的各种铸件。

凝壳炉的炉体结构形式决定着凝壳炉的炉型，炉体大小取决于溶液重量、坩埚的尺寸、离心盘直径以及铸型高度，根据目前已经出现的凝壳炉结构形式，可以将凝壳炉分为卧式和立式。

卧式炉是钛铸件生产中最常用的一种炉型。卧式凝壳炉的优点是结构紧凑，强度高，但是卧式炉的炉室内高度空间有限，使铸型的高度受到限制，若增加高度，必然会增大直径，炉体也随着扩大，所以目前国内最大只做到1000kg卧式炉。

立式炉，即采用立式方形炉体的凝壳炉。立式炉提高了浇注高度，使离心盘和坩埚的相对位置更加合理，但是立式炉的炉体结构容易变形，加工制作成本较高。目前立式炉的坩埚装置在炉门台车上，可随本体一同移出炉外，这种结构是单侧供电，要做防磁处理。

无论卧式炉还是立式炉，对于大容量凝壳炉，其炉体尺寸很大，结构可靠性及可拓展性非常低，又由于铸型质量很大，导致离心机构的模态频率很小，使离心机构的振动很大，而离心机构和炉体硬性连接，导致振动传到炉体上，使炉体和电极杆的振动强烈，无法工作，所以目前尚无合理结构的大型凝壳炉。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题，提供一种结构安全可靠稳定、可提高浇注高度的凝壳炉双室u型炉体系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括上炉体和下炉体，上炉体下端与下炉体上端把接，上炉体上端设置有电极室；其结构要点所述上炉体前端设置有上炉门和上炉门传动机构，下炉体前端设置有下炉门和下炉门传动机构，下炉体后下端设置有后炉门；

所述上炉体采用双层水冷u型结构，并与下炉体把接；下炉体采用局部水冷u型结构，并与大地固定；

所述电极室和上炉体把接，所述后炉门铰接在下炉体上。

作为一种优选方案，本发明所述局部水冷u型结构包括设置有下炉体外侧上部的多个长方体水冷盒，各水冷盒串联或分组串联。

作为另一种优选方案，本发明所述上炉门传动机构包括上电动葫芦和横向上工字钢，上炉门为横向长方体结构，上电动葫芦为两个，沿上炉门长度方向设置在上炉门上端两侧，上炉门上端通过上电动葫芦设置在上工字钢上，上工字钢设置在平台上；

所述下炉门传动机构包括下电动葫芦和横向下工字钢，下炉门为横向长方体结构，下电动葫芦为两个，沿下炉门长度方向设置在下炉门上端两侧，下炉门上端通过下电动葫芦设置在下工字钢上，下工字钢设置在平台上。

其次，本发明所述上炉体上端口周边设置有横向上连接块，电极室下端周边相应于上连接块设置在横向下连接块，上连接块下端外侧轴接匚形连接件一横边，匚形连接件另一横边上设置有竖向螺纹孔，竖向螺纹孔内旋有竖向螺柱，竖向螺柱上端设置有转轮，转轮外圈上设置有竖向摇把。

另外，本发明所述电极室上端设置有观察窗、摄像头和可将动密封座压在电极室上端口处的压块组件。

本发明有益效果。

本发明在熔炼钛液时，后炉门不锁紧，当出现事故时，大气流会自动从后炉门泄压，防止炉体爆炸。

本发明炉体系统采用双室u型结构，结构安全可靠稳定，改造空间大，拓展性强，并提高了浇注高度。

本发明下炉体采用局部水冷，可使下炉体受水压减少，提高下炉体结构强度；防止全部水冷焊口漏水进入炉体内部。

附图说明

图1是本发明真空自耗电极电弧凝壳炉结构示意图。

图2是本发明真空自耗电极电弧凝壳炉左视图。

图3是本发明真空自耗电极电弧凝壳炉右视图。

图4是本发明真空自耗电极电弧凝壳炉主视图。

图5是本发明真空自耗电极电弧凝壳炉俯视图。

图6是本发明炉体系统结构示意图。

图7是本发明炉体系统后视图。

图8是本发明炉体系统右视图。

图9是本发明炉体系统俯视图。

图10是本发明真空系统主视图。

图11是本发明真空系统俯视图。

图12是本发明真空系统左视图。

图13是本发明电极传动系统结构示意图。

图14是本发明电极传动系统主视图。

图15是本发明电极传动系统侧视图。

图16是本发明电极传动系统俯视图。

图17是本发明电极室升降机构结构示意图。

图18是本发明行走机构结构示意图。

图19是图1的a部放大图。

图20是图2的b部放大图。

图21是图3的c部放大图。

图22是图6的d部放大图。

图23是图6的f部放大图。

图24是图13的e部放大图。

图25是图13的g部放大图。

图中，1、模具传动台车；2、花盘；3、模具；4、上炉门；5、上炉门传动机构；6、第一冷却水供给水路；7、平台；8、摄像头；9、快速提升气缸；10、电极传动系统；11、提升丝杠；12、电极杆；13、导向轮；14、导柱；15、过渡铜排；16、阴极电缆；17、伺服电机；18、门式框架；19、动密封座；20、过渡铜排；21、电极室；22、铜排支架；23、滚轮；24、工字钢；25、熔炼坩埚；26、浇口杯；27、翻转轴；28、坩埚翻转系统；29、液压油缸；30、下炉门传动机构；31、下炉门；32、真空系统；33、炉体系统；34、第二冷却水供给水路；35、上炉体；36、下炉体；37、阳极铜排；38、离心盘；39、离心系统；40、从动带轮；41、离心主轴；42、波纹管；43、传动带；44、底板；45、主动带轮；46、后炉门；47、传动轴；48、离心固定座；49、传动轴固定座；50、联轴器；51、电机连接盘；52、电机；53、下电动葫芦；54、上圆柱滚子轴承；55、推力球轴承；56、下圆柱滚子轴承；57、上推力油缸；58、下推力油缸；59、下滚轮；60、上传动底座；61、提升油缸；62、上电动葫芦；63、下工字钢；64、链条；65、电机；66、油缸；67、固定板；68、活动板；69、观察窗；70、压块组件；71、把接螺栓；72、气动挡板阀；73、主管道；74、除尘罐；75、真空计；76、锁紧油缸；77、套筒；78、铜排支架；79、传动轴；80、连接铜排；81、转角减速机；83、固定组件；84、导向立柱；85、升降平台；86、支撑框；87、换向阀；88、滑轨；89、滑块；90、压紧油缸；91、移动压板；92、升降油缸；93、导柱；94、导向键；95、横向传动轴；96、上工字钢；97、油缸承载板；99、接连杆；100、导柱；101、上夹块；102、下夹块；103、转轮；104、摇把；105、上连接块；106、下连接块；107、竖向螺柱；108、匚形连接件；109、锁紧油缸；110、圆盘状压头；111、u形槽口；112、口字形锁紧框；113、水冷盒；114、放气阀。

具体实施方式

如图所示，本发明凝壳炉双室u型炉体系统可应用在真空自耗电极电弧凝壳炉上，真空自耗电极电弧凝壳炉包括炉体系统、电极传动系统、坩埚翻转系统、离心系统、真空系统、模具传动台车和平台，炉体系统与平台整体把接在一起；

所述炉体系统包括上炉体和下炉体，坩埚翻转系统设置在上炉体上，上炉体下端与下炉体上端把接，上炉体上端设置有电极室；

所述电极传动系统通过轨道可移动的设置在平台上；电极传动系统设置在电极室上方；

所述离心系统设置在下炉体下端，真空系统设置在炉体系统外侧；真空系统的进口与炉体系统的抽真空口相连，

所述模具传动台车上设置有可将模具传动到离心系统的离心盘上的花盘。

本发明真空自耗电极电弧凝壳炉的炉体系统包括上炉体和下炉体，可节省材料和空间，提高结构强度；降低制作成本，方便运输；减少翻转轴长度，提高翻转系统稳定性。

本发明真空自耗电极电弧凝壳炉空间利用率高，可离心浇注大型钛铸件。

本发明真空自耗电极电弧凝壳炉使用方便，结构可靠稳定，模块化，方便维修，可长期使用。

所述平台分上下两层，电极传动系统、上炉体设置在平台上层，下炉体设置在平台下层，平台上层设置有第一冷却水供给水路，平台下层设置有第二冷却水供给水路；第一冷却水供给水路的供水端口与电极杆的冷却水供给端口、上炉体的冷却水供给端口、上炉门的冷却水供给端口相连；第二冷却水供给水路的供水端口与后炉门的冷却水供给端口、下炉体的冷却水供给端口、下炉门的冷却水供给端口相连。

所述模具传动台车包括下传动底座，下传动底座通过下滚轮设置在下轨道上，下传动底座与横向下推力油缸的推杆相连，下传动底座上端后侧设置有横向上推力油缸，上推力油缸的推杆与上传动底座相连，上传动底座通过上滚轮设置在上轨道上，上轨道设置在下传动底座上；上传动底座上端两侧设置有提升油缸，提升油缸上伸出杆上端设置所述花盘；两侧提升油缸的间距大于所述离心盘的直径。下推力油缸推动下传动底座靠近下炉体，上推力油缸推动上传动底座带动花盘和磨具进入下炉体，磨具设置在花盘上；花盘到达离心盘上方后，提升油缸伸出杆缩回，花盘和磨具一起落到离心盘上，上推力油缸将上传动底座拉出。

所述上炉体前端设置有上炉门和上炉门传动机构，下炉体前端设置有下炉门和下炉门传动机构，下炉体后下端设置有后炉门；

所述上炉体采用双层水冷u型结构，并与下炉体把接；下炉体采用局部水冷u型结构，并与大地固定；

所述电极室和上炉体把接，所述后炉门铰接在下炉体上。

所述局部水冷u型结构包括设置在下炉体外侧上部的多个长方体水冷盒，各水冷盒串联或分组串联。下炉体底部没有水冷，当钛液流出，出现事故时，可防止钛液与冷却水作用，造成更大危险。

所述上炉门传动机构包括上电动葫芦和横向上工字钢，上炉门为横向长方体结构，上电动葫芦为两个，沿上炉门长度方向设置在上炉门上端两侧，上炉门上端通过上电动葫芦设置在上工字钢上，上工字钢设置在平台上；

所述下炉门传动机构包括下电动葫芦和横向下工字钢，下炉门为横向长方体结构，下电动葫芦为两个，沿下炉门长度方向设置在下炉门上端两侧，下炉门上端通过下电动葫芦设置在下工字钢上，下工字钢设置在平台上。

所述电极传动系统包括行走机构、升降平台、门式框架、反顶快速提升机构，电极杆、动密封座、升降平台的升降动力单元、电极室升降机构，门式框架设置在行走机构上，升降平台设置门式框架上，反顶快速提升机构设置在升降平台上，反顶快速提升机构的动力输出端与电极杆上端相连，动密封座设置在电极室上方与电极室上端口相对应，电极杆下端穿过动密封座中心，升降动力单元设置在平台上，电极室升降机构设置在门式框架上。

门式框架可采用冷弯闭口无缝型材焊接，重量轻、强度高且受力均匀，避免产生偏心距，可承载大吨位电极。门式框架上端与平台连接，可分体拆卸。

动密封座可在电极杆上上下滑动，动密封座到位时与电极室上口卡接在一起，起密封真空作用。

本发明电极传动系统结构简单，空间利用率高，可靠性好，可装卡大吨位电极；自动化程度高，方便维修，可长期使用。

电极杆通过动密封座可运动到上炉体内，动密封座与电极室连接，动密封座不动，电极杆穿过动密封座可上下运动。

电极传动系统采用框架结构，移动框架可在平台上带动电极杆移动，可靠性高。

所述行走机构包括电机和横向支撑框，支撑框为两个，门式框架下端两侧设置在两侧支撑框上；电机设置在门式框架下部，电机输出轴上设置有主动齿轮，主动齿轮通过链条与主动齿轮下方的从动齿轮相连，从动齿轮设置在横向传动轴端部，横向传动轴两侧与两侧支撑框后下端滚轮中心相连，两侧支撑框前端和中部均对应设置有滚轮；滚轮设置在平台上的工字钢上。门式框架通过滚轮可在工字钢轨道上移动。

工字钢轨道可焊接在平台上。

行走机构采用电机传动，可调速，能源清洁，运动平稳可靠。

门式框架通过滚轮可在工字钢轨道上移动，方便坩埚中凝壳的取出和装入。

所述升降平台两侧设置有滑块，门式框架上相应于滑块设置有竖向滑轨。

所述反顶快速提升机构包括两个气缸，两个气缸设置在升降平台前后两侧，气缸通过缸体中间法兰把接在升降平台上，气缸的缸杆垂直向上，缸杆上端与固定组件相连，固定组件通过向下的联轴节与电极杆上端相连。

电极杆快速提升机构采用双气缸反顶快速提升机构，结构紧凑，空间利用率极高。

所述升降动力单元包括伺服电机，伺服电机通过转角减速机与升降平台前后两侧的竖向丝杠上端相连，丝杠下端旋过升降平台上的螺纹孔，伺服电机和转角减速机设置在门式框架上端。

伺服电机通过丝杠带动升降平台上下调速运动；熔炼完成后，压缩空气通过换向阀使缸杆快速伸出，通过固定组件带动电极杆快速提升。

伺服电机通过丝杠可慢速提升电极杆。

所述电极室升降机构包括分别设置两侧支撑框上的两组升降机构，升降机构包括套筒、导柱、z形托架、升降油缸、导向键；导柱固定在支撑框上，导柱侧壁开有竖向导向槽；与导向槽相对应的导向键焊接在套筒上，套筒上端与升降油缸把接在一起，套筒侧端与z形托架上端连接，z形托架下端与电极室侧壁相连。杠杆伸出带动套筒向上运动，电极室提升。

所述电极传动系统还包括铜排快速锁紧机构和到位锁紧装置，铜排快速锁紧机构设置在门式框架前到位位置处，铜排快速锁紧机构包括移动压板、竖向铜排支架、横向压紧油缸和连接铜排，压紧油缸固定在铜排支架上端，压紧油缸的缸杆前端部装有推杆，推杆与移动压板相连，移动压板前方设置有过渡铜排，门式框架的侧方设置有连接铜排，移动压板与过渡铜排的位置相应于连接铜排前到位位置设置，连接铜排到达前到位位置时，连接铜排置于移动压板与过渡铜排之间；连接铜排与阴极电缆(可采用水冷电缆)下端把接，阴极电缆上端与给电极杆供电的导电铜排相连，导电铜排设置在电极杆上部；过渡铜排设置在铜排支架上端；

所述到位锁紧装置包括设置在平台上的竖向锁紧油缸和设置在支撑框侧壁上的口字形锁紧框，口字形锁紧框，口字形锁紧框下前端面中部设置有u形槽口，锁紧油缸的上端伸出杆设置在u形槽口前方的u形槽口移动路径上，锁紧油缸的上端伸出杆上端设置有与u形槽口上端面相配合的圆盘状压头。

门式框架运动到位时，压紧油缸快速卡接铜排，使电极杆与输出电源连通。压紧油缸的缸杆伸出推动移动压板，使连接铜排与过渡铜排连接。

门式框架运动到位时，锁紧油缸的上端伸出杆进入u形槽口，锁紧油缸的缸杆收缩，圆盘状压头下压u形槽口上端面，防止行走机构移动，保证工作时电极室不动。

阴极连电方式采用铜排快速锁紧，结构简单可靠，电效率高，经济性高。

电极室与炉体上口固定，使其中心位置与水冷铜坩埚中心同轴，钛电极放置在电极室中心位置后，行走机构向前平稳运动，到位时，到位锁紧装置工作，锁紧行走机构。之后铜排快速锁紧机构工作，使输出电源与电极杆导通。升降动力单元通过丝杠使升降平台连同电极杆下降，下降到指定位置时，电极杆端部气动卡头卡紧钛电极，使电极杆与钛电极导通。电极杆继续下降到钛电极端部与水冷铜坩埚底部指定距离时停止下降。动密封座与电极室连接形成密闭空间，抽空后形成真空环境。送电后，电源、阴极电缆、电极杆、水冷铜坩埚、电源形成闭合回路，开始熔炼。当达到预定金属液体熔化量后，反顶快速提升机构工作，使电极杆与剩余钛电极快速提升，使水冷铜坩埚在无干涉情况下快速倾转，浇注钛液。铸件冷却完成后，到位锁紧装置松开，电极室升降机构托起电极室，铜排快速锁紧机构松开，行走机构向后平稳运动。炉体上口敞开，清理凝壳。

所述坩埚翻转系统包括熔炼坩埚和横向翻转轴，翻转轴与熔炼坩埚固定连接，翻转轴外端与阳极铜排可夹紧、松开连接，一液压油缸外壳下端与下炉体轴接，液压油缸的输出杆上端轴接连杆下端，连杆上端与翻转轴相连，熔炼坩埚设置在上炉体内，熔炼坩埚前方的上炉体内相应于熔炼坩埚的倾倒路径设置有浇口杯，浇口杯下方为所述离心盘。

所述液压油缸驱动翻转轴实现105°翻转；所述熔炼坩埚通过翻转将熔融液体倒入浇口杯内；所述浇口杯将钢液漏入模具中。

所述阳极铜排包括上方活动板和下方固定板，固定板上端设置有下夹块，活动板下端相应于下夹块设置有上夹块，下夹块上端面与上夹块下端面对应设置有弧形翻转轴夹持槽；上夹块和下夹块四周设置有导柱，导柱下端与固定板固定连接，导柱上端穿过活动板上的通孔与油缸承载板相连，油缸承载板中部设置有向下伸出的油缸，油缸伸出杆下端与活动板固定连接。油缸推活动板下降使上下夹块夹住轴，夹住轴是为了通过轴给坩埚供电，松开是为了使坩埚翻转。

所述离心系统包括花盘、离心盘、离心主轴、竖向传动轴、离心固定座、传动轴固定座和竖向电机，电机上端输出轴与传动轴下端相连；

传动轴通过传动轴固定座设置在下炉体下端，传动轴上端与主动带轮相连，主动带轮通过传动带与从动带轮相连，从动带轮设置在离心主轴上部，离心主轴上端为离心盘，离心主轴通过离心固定座设置在下炉体下端。

所述电机通过电机连接盘与大地固定连接，并通过联轴器驱动传动轴；

离心固定座通过底板固定在大地上，底板上端与波纹管下端把接；波纹管上端与下炉体把接，波纹管套在离心固定座外侧。

离心系统设有波纹管，波纹管将离心系统产生的振动与炉体隔离，大大降低了整个设备的振动，提高了设备运行可靠性。

所述离心固定座采用中部t形孔结构，离心主轴主体部分设置在t形孔内，离心主轴上端露出t形孔连接所述从动带轮；t形孔上端大直径孔上部设置有上圆柱滚子轴承，大直径孔下部设置有推力球轴承，t形孔下部小直径孔下端设置有下圆柱滚子轴承；离心主轴通过上圆柱滚子轴承、推力球轴承、下圆柱滚子轴承与离心固定座相连。

圆柱滚子轴承承受径向力，推力球轴承承受离心盘、模具等产生的轴向力。

所述上炉体上端口周边设置有横向上连接块，电极室下端周边相应于上连接块设置在横向下连接块，上连接块下端外侧轴接匚形连接件一横边，匚形连接件另一横边上设置有竖向螺纹孔，竖向螺纹孔内旋有竖向螺柱，竖向螺柱上端设置有转轮，转轮外圈上设置有竖向摇把。

上炉体上端口与电极室下端对好后，向上翻转匚形连接件，摇动摇把，使竖向螺柱下端顶到上连接块上。

所述电极室上端设置有观察窗、摄像头和可将动密封座压在电极室上端口处的压块组件。

所述真空系统包括滑阀泵，滑阀泵进口连接第一罗茨泵出口，第一罗茨泵进口连接第二罗茨泵出口，第二罗茨泵进口连接主管道，主管道进口通过除尘罐与下炉体的抽真空口相连；除尘罐进口处管道上设置有真空计和放气阀。

所述第二罗茨泵与主管道连接的管道上设置有气动挡板阀。关闭通道停止工作后，关闭气动挡板阀，可使真空泵保持负压，延长真空泵的使用寿命。

所述滑阀泵、第一罗茨泵、第二罗茨泵的组合为多组，各组第二罗茨泵的进口均连接主管道。设置多组真空泵组合，可显著提高抽真空效率。

所述电极杆上部设置有导向横板，导向横板四角设置有竖向导向轮，围绕电极杆设置有四个导向立柱，导向立柱下端与升降平台上端固定，四个导向立柱上端通过方向框相连，导向立柱与导向轮相配合。在导向轮和导向立柱的导向下，可快速提升电极杆。所述动密封座中心孔通过骨架胶圈与电极杆外壁相连。本发明设备熔炼量可为1500kg，浇注高度可为2.5m，可容纳直径ф4.5m的模具。

设备运动过程：电极传动系统移动开，露出电极室，将模壳和电极放入坩埚中，然后电机传动系统移动到电极室上方。缓慢降低电极杆，电极接头将电极杆与电极夹住，缓慢升高电极杆，使电极与模壳间留有一定距离。通过压块组件将动密封座压在电极室上。移动台车将花盘和模具送入离心盘上，台车移出下炉体。关闭下炉门、上炉门、后炉门等，真空系统抽真空，当真空度达到1×10^-1pa后，关闭真空系统。直流电源开始送电，电极与模具放电溶化形成钛液，当溶有一定钛液后，关闭电源，快速提升气缸将电极杆快速提起(1-2s)。随后液压油缸将坩埚翻转机构翻转105°，将坩埚中的钛液倒入模具中，离心形成铸件，然后坩埚回到原来位置，电极杆缓慢下降一定位置，等待铸件冷却。