悬浮熔炼装置的制作方法

本实用新型属于金属熔炼技术领域，尤其涉及悬浮熔炼装置。

背景技术：

悬浮熔炼技术是指：在熔炼过程中将熔体放置在磁场内，电磁力与重力抵消，从而使熔体处于悬浮状态，然后对熔体进行高温加热，从而制取所需的材料。在对熔体进行悬浮熔炼时，温度是重要的控制指标。如果熔炼温度过低，不利于合金元素的熔解及气体、杂质的析出；如果熔炼温度过高，熔体容易氧化，部分合金金属的烧损也越严重，会导致合金的机械性能下降；另外，熔体在不同温度下熔炼，得到的金属材料的性状也会不同。

悬浮熔炼装置是对熔体进行悬浮熔炼的设备，目前常用的悬浮熔炼装置是对悬浮熔炼炉体进行冷却，从而控制熔炼温度。但该方式降温慢，不能精准的控制熔体的熔炼温度，而在实验中金属试样的体积小、重量轻，金属试样从固态熔化为液态的时间短，因此，温度缓慢变化会直接影响金属材料的性状，无法制得实验要求的金属材料。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了悬浮熔炼装置，旨在解决现有的悬浮熔炼装置不能精准的控制熔体的熔炼温度的问题。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

悬浮熔炼装置，包括：

壳体；

控制线圈，位于所述壳体的腔体内，且用于在通电后产生使熔体悬浮的电磁力；

加热线圈，位于所述壳体的腔体内，且用于在通电后加热熔体；

喷头，用于向所述加热线圈的腔体内通入冷却气体冷却熔体；

冷却气管，第一端与所述喷头连接，且第二端用于连接冷却气源；

连杆，第一端与所述喷头相连，且用于带动所述喷头移动；

滑道，与所述壳体相连；

齿条，位于所述滑道内，且与所述滑道滑动连接；所述连杆的第二端穿过所述滑道的侧壁且与所述齿条相连，用于在所述齿条的带动下移动；

齿轮，与所述齿条啮合，且用于驱动所述齿条移动；和

传动杆，第一端与所述齿轮相连，且第二端穿过所述壳体的侧壁延伸至所述壳体的外侧，并与所述壳体的侧壁转动连接，用于带动所述齿轮旋转。

进一步的，悬浮熔炼装置还包括：

拉杆，第一端与所述滑道连接，且第二端穿过所述壳体的侧壁延伸至所述壳体的外侧，并与所述壳体的侧壁滑动连接，用于带动所述滑道沿垂直于所述滑道的方向移动。

进一步的，所述壳体的侧壁上设有用于支撑所述拉杆的套管；所述拉杆穿设于所述套管内，且与所述套管滑动连接。

进一步的，所述套管的第一端与所述壳体的侧壁密封连接，且第二端设有用于将所述拉杆与所述套管固定连接的锁紧开关。

进一步的，所述套管的第二端设有多个用于卡紧所述拉杆的卡爪；

所述锁紧开关套设于所述拉杆上，且第一端与所述套管螺纹连接，第二端设有用于挤压所述卡爪的锥面。

进一步的，所述套管的内周面上设有第一挡板；所述第一挡板套设于所述拉杆上，且与所述拉杆滑动连接；

所述拉杆的外周面上设有与所述第一挡板平行设置的第二挡板；所述第一挡板和所述第二挡板之间设有弹性元件。

进一步的，所述拉杆设有贯穿的通孔，且所述传动杆穿设于所述拉杆的通孔内；所述传动杆与所述拉杆转动连接，且用于在所述拉杆的带动下移动。

进一步的，所述传动杆上设有凸台；所述拉杆的通孔内设有与所述凸台卡接的凹槽。

进一步的，所述冷却气管上设有用于调节冷却气体流量的控制阀。

进一步的，悬浮熔炼装置还包括：

排气管，第一端穿过所述壳体的侧壁并延伸入所述壳体的腔体内，且第二端用于连接集气瓶；所述排气管上设有用于控制所述排气管通断的排气阀；

压力传感器，设置在所述壳体上，且用于检测所述壳体内的压力；和

控制单元，与所述压力传感器、所述控制阀和所述排气阀电性连接。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

熔体在壳体的腔体内进行熔炼。控制线圈位于壳体的腔体内，且用于在通电后产生电磁力使熔体悬浮起来。加热线圈位于壳体的腔体内，且用于在通电后加热熔体。喷头用于向加热线圈的腔体内通入冷却气体冷却熔体。冷却气管的第一端与喷头连接，且第二端用于连接冷却气源。因此，冷却气体通过冷却气管和喷头通入加热线圈的腔体内，并直接作用于熔体，对熔体产生冷却作用，从而能够精准的控制熔炼温度。

当熔炼时，加热线圈内的温度可达1500℃至2000℃，为避免喷头长时间受高温烘烤而导致损坏，将连杆与喷头连接，并通过连杆带动喷头移动位置。当加热熔体时，将喷头移至远离熔体的位置，当需要冷却时，将喷头移动至熔体附近。

滑道与壳体连接，齿条位于滑道内且与滑道滑动连接。连杆的第一端与喷头连接，且第二端穿过滑道的侧壁与齿条连接，用于在齿条的作用下带动喷头移动位置。齿轮与齿条啮合。传动杆的第一端与齿轮相连，且第二端穿过壳体的侧壁并与壳体转动连接，用于驱动齿轮旋转从而带动齿条上下移动。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本方案中的悬浮熔炼装置能够直接对熔体进行加热和冷却，从而能够精准的控制熔体的熔炼温度，而且采用齿轮和齿条配合的传动方式调节喷头的位置，喷头在移动时速度均匀，操作平稳顺畅，另外，调节的行程大，传动精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的悬浮熔炼装置的内部结构的剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的悬浮熔炼装置的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的套管和锁紧开关的连接示意图；

图4是本实用新型实施例提供的套管和拉杆的连接示意图；

图5是本实用新型实施例提供的拉杆和传动杆的连接示意图。

附图标记说明：

10-壳体，11-控制线圈，12-加热线圈，13-喷头，14-冷却气管，141-控制阀，15-排气管，151-排气阀，16-压力传感器，17-控制单元，20-连杆，21-滑道，22-齿条，23-齿轮，24-传动杆，241-凸台，30-拉杆，301-第二挡板，31-套管，311-卡爪，312-第一挡板，313-弹性元件，32-锁紧开关，321-锥面。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实用新型实施例提供了一种悬浮熔炼装置，结合图1和图2所示，悬浮熔炼装置包括壳体10、控制线圈11、加热线圈12、喷头13、冷却气管14、连杆20、滑道21、齿条22、齿轮23和传动杆24。控制线圈11位于壳体10的腔体内，且用于在通电后产生使熔体悬浮的电磁力。加热线圈12位于壳体10的腔体内，且用于在通电后加热熔体。喷头13用于向加热线圈12的腔体内通入冷却气体冷却熔体。冷却气管14的第一端与喷头13连接，且第二端用于连接冷却气源。

熔体在壳体10的腔体内进行熔炼。具体的，控制线圈11通入变频电流，作用在熔体上的电磁力与重力平衡从而使熔体平稳的悬浮起来。另外，加热线圈12通入工频电流，用于加热熔体。具体的，加热线圈12位于控制线圈11的腔体内。由于熔炼时加热线圈12的温度可达1500℃至2000℃，因此将控制线圈11设置在加热线圈12的外侧，避免控制线圈11受高温烘烤发生损坏。

冷却气体通过冷却气管14和喷头13通入加热线圈12的腔体内，并作用于熔体，对熔体产生冷却作用，从而控制熔炼温度。优选的，冷却气源为低温氩气。氩气为惰性气体，使用氩气对熔体冷却能够避免冷却气体与熔体发生反应导致熔体的性状发生变化。

连杆20的第一端与喷头13相连，且用于带动喷头13移动。滑道21与壳体10相连。齿条22位于滑道21内，且与滑道21滑动连接。连杆20的第二端穿过滑道21的侧壁且与齿条22相连，用于在齿条22的带动下移动。齿轮23与齿条22啮合，且用于驱动齿条22移动。传动杆24的第一端与齿轮23相连，且第二端穿过壳体10的侧壁延伸至壳体10的外侧，并与壳体10的侧壁转动连接，用于带动齿轮23旋转。

当熔炼时，加热线圈12内的温度可达1500℃至2000℃，为避免喷头13长时间受高温烘烤而导致损坏，将连杆20与喷头13连接，并通过连杆20带动喷头13移动位置。当加热熔体时，将喷头13移至远离熔体的位置，当需要冷却时，将喷头13移动至熔体附近并对熔体进行冷却。

转动传动杆24的第二端，传动杆24驱动齿轮23旋转。齿轮23通过齿条22带动连杆20上下移动。连杆20驱动喷头13移动位置。采用齿轮23和齿条22相配合的传动方式，喷头13在移动时速度均匀，操作平稳顺畅，而且调节的行程大，传动精度高。

优选的，喷头13包括外壳和顶杆。外壳的底板与连杆20相连，且顶板上设有用于冷却气体通过的气孔。冷却气管14穿过外壳的底板并延伸入外壳的腔体内，用于将冷却气体通入外壳的腔体内。顶杆的底端与外壳的顶板连接，且顶端用于放置熔体。

实验时需要调节顶杆的位置将熔体放入加热线圈12内，而喷头13也需要调节位置，如果采用两套调节机构，会增加操作的繁琐性。因此，本实施例中，将顶杆与外壳相连，实验前，将熔体放置在顶杆上，并通过连杆20驱动顶杆移动，将熔体放入控制线圈11内，然后将连杆20撤回；开启加热线圈12后，通过连杆20将外壳移动至熔体处，对熔体进行冷却。优选的，冷却气管14穿设于连杆20内，且冷却气管14穿设于齿条22内，避免移动时冷却气管14缠绕成结，也能够提高空间利用率。

具体的，滑道21的侧壁上设有滑槽，且齿条22上设有与所述滑槽卡接的卡条，因此，滑道21对齿条22起到支撑作用。具体的，齿条22的顶端和底端分别设有用于缓冲的弹性构件。弹性构件能够在齿条22运动至极限位置时起到缓冲作用，避免齿条22与滑道21发生剧烈碰撞。优选的，弹性构件可以采用弹簧、气垫或者橡胶垫。

作为一种实施例，结合图1所示，悬浮熔炼装置还包括拉杆30。拉杆30的第一端与滑道21连接，且第二端穿过壳体10的侧壁延伸至壳体10的外侧，并与壳体10的侧壁滑动连接，用于带动滑道21沿垂直于滑道21的方向移动。

将滑道21的长度方向定义为上下方向，并将垂直于滑道21长度的方向定义为径向。拉杆30对滑道21起到支撑作用，并且通过拉动拉杆30的第二端，能够带动滑道21沿径向移动，从而在加热熔体时远离加热线圈12，以保护喷头13以及连杆20、滑道21、齿条22、齿轮23以及传动杆24，避免各部件受高温影响发生损坏。

具体的，悬浮熔炼装置还包括可拆卸的观察窗。为了便于观察实验过程，也为了方便操作，观察窗设置在壳体10的侧壁上，且与壳体10的侧壁铰接。当打开观察窗时，能够通过拉杆30将喷头13移动至观察窗处，从而方便快捷的放置或取出熔体。

本实施例中，结合图1和图2所示，壳体10的侧壁上设有用于支撑拉杆30的套管31。拉杆30穿设于套管31内，且与套管31滑动连接。由于拉杆30的第一端需要支撑滑道21、齿条22、齿轮23、连杆20以及喷头13，因此拉杆30的第二端对壳体10的侧壁会产生较大的压力，为增强壳体10对拉杆30的支撑强度，在壳体10的侧壁上设置套管31。

本实施例中，结合图1和图2所示，套管31的第一端与壳体10的侧壁密封连接，且第二端设有用于将拉杆30与套管31固定连接的锁紧开关32。

由于实验时，壳体10的腔体内需要保持真空环境或充入惰性气体，为避免空气沿套管31渗入壳体10内、导致熔体与空气发生反应影响金属材料的性状，将套管31与壳体10密封连接。当拉动或推动拉杆30至某一位置时，通过锁紧开关32将拉杆30固定在套管31上。

具体的，套管31的第二端为用于挤压拉杆30的柔性材料管，优选的，可以选用软管。锁紧开关32套设于拉杆30上，且与套管31的第二端可拆卸连接，用于挤压套管31。锁紧开关32通过挤压套管31，使套管31对拉杆30产生压力，从而将套管31与拉杆30固定起来。

具体的，结合图2和图3所示，套管31的第二端设有多个用于卡紧拉杆30的卡爪311。锁紧开关32套设于拉杆30上，且第一端与套管31螺纹连接，第二端设有用于挤压卡爪311的锥面321。

当转动锁紧开关32时，锁紧开关32的第一端与套管31通过螺纹拧紧，而且锁紧开关32第二端的锥面321挤压套管31的卡爪311，各个卡爪311卡紧拉杆30，从而将拉杆30固定在套管31上。

本实施例中，结合图4所示，套管31的内周面上设有第一挡板312。第一挡板312套设于拉杆30上，且与拉杆30滑动连接。拉杆30的外周面上设有与第一挡板312平行设置的第二挡板301。第一挡板312和第二挡板301之间设有弹性元件313。

弹性元件313在自然状态下使拉杆30的第一端位于靠近壳体10侧壁的位置。当推动拉杆30至拉杆30的第一端移动至加热线圈12的下方时，弹性元件313被拉伸，产生弹力，从而使操作平稳顺畅，避免推力过大导致滑道21与壳体10发生碰撞。优选的，弹性元件313为弹簧。

拉杆30的第一端与滑道21相连，因此当拉杆30的第一端移动至加热线圈12的下方时，带动滑道21移动至加热线圈12的下方，然后转动传动杆24，通过齿轮23和齿条22带动连杆20上升。当不需要对熔体冷却时，弹性元件313的弹力能够使拉杆30带动滑道21等部件迅速复位至壳体10的侧壁处，避免各部件受高温影响。

作为一种实施例，结合图1和图5所示，拉杆30设有贯穿的通孔，且传动杆24穿设于拉杆30的通孔内。传动杆24与拉杆30转动连接，且用于在拉杆30的带动下移动。将传动杆24穿设于拉杆30内，节约安装空间，也便于操作。

本实施例中，结合图5所示，传动杆24上设有凸台241。拉杆30的通孔内设有与凸台241卡接的凹槽。凸台241卡接在凹槽内，从而使传动杆24在拉杆30的通孔内能够转动但无法沿轴向移动，因此，当拉动拉杆30时，传动杆24随拉杆30移动。

作为一种实施例，结合图2所示，冷却气管14上设有用于调节冷却气体流量的控制阀141。通过调节控制阀141的开度大小，从而调节冷却气体通入加热线圈12内的流量，从而控制冷却速度，以便达到实验要求的熔炼温度。

本实施例中，结合图2所示，悬浮熔炼装置还包括排气管15、压力传感器16和控制单元17。排气管15的第一端穿过壳体10的侧壁并延伸入壳体10的腔体内，且第二端用于连接集气瓶。排气管15上设有用于控制排气管15通断的排气阀151。压力传感器16设置在壳体10上，且用于检测壳体10内的压力。控制单元17与压力传感器16、控制阀141和排气阀151电性连接。

由于实验时，壳体10内要保持真空环境、或者充入惰性气体，以防止空气与熔体反应，因此壳体10为密封容器。当对熔体冷却时，冷却气管向壳体10内通入冷却气体，壳体10内的气压增大。

压力传感器16检测壳体10内的压力并将数值传递给控制单元17，控制单元17将检测数据与设定值进行比较，当压力值超过设定值时，控制单元17向排气阀151发送开启指令，排气阀151打开。当压力值小于设定值时，控制单元17向排气阀151发送关闭指令，排气阀151关闭。

优选的，喷头13为耐高温喷头，冷却气管14为耐高温管，连杆20为耐高温杆，滑道21为耐高温滑道，齿条22为耐高温齿条，齿轮23为耐高温齿轮，传动杆24和拉杆30均为耐高温杆。

本方案中的悬浮熔炼装置能够直接对熔体进行加热和冷却，从而能够精准的控制熔体的熔炼温度，而且采用齿轮和齿条配合的传动方式调节喷头的位置，喷头在移动时速度均匀，操作平稳顺畅。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。