一种高纯金属铬真空脱气烧结炉的制作方法

本发明涉及高纯金属铬材料生产设备技术领域，更具体地说，涉及一种高纯金属铬真空脱气烧结炉。

背景技术：

随着科学技术的不断发展与进步，高纯金属铬以其优良的特性在各个领域中得到广泛应用。主要用途是和镍、钴、铁、铜等金属结合成高温合金、电热合金、精密合金等，用于航空发动机、电气触头及仪表等工业部门，此外，还是高档靶材真空镀膜行业专用基础材料，广泛应用于高端光学镀膜领域。

真空冶金设备很难生产出高纯金属铬，如cn105624436a公开了一种采用真空电弧炉真空还原的方法来提纯金属铬，发现采用真空电弧炉加热时控温温度波动大，造成产品反应不完全，纯度仅能达到99.5%，同时受设备所限，无法规模化生产。

真空烧结是目前制备高纯金属铬材料的主要方法，从常规真空烧结炉生产实践发现，高纯金属铬烧结过程会产生大量腐蚀性气体（如一氧化碳），一氧化碳在高温时是一种极好还原剂，当一氧化碳分压过高会发生还原碳化过程，造成加热室腐蚀现象，故受现有设计水平限制，导致加热室使用寿命减短，大大影响真空炉的使用效果。

因此，如何研发出适合金属铬提纯的真空烧结炉是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种可生产出纯度≥99.9%的高纯金属铬的真空脱气烧结炉，其以低真空加热方式来减少合金元素蒸发，有效去除产品中杂质元素，防止挥发物对加热室污染损害，保证产品质量均匀，可实现规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种高纯金属铬真空脱气烧结炉，包括炉体、加热室、石墨料盒、水冷电极、真空系统、充气阀门、快冷系统及晶闸管电源；所述真空系统的抽空接口与炉体腔体相通；所述加热室固定设于炉体腔体内；所述加热室内壁固定设有保温层；在所述保温层上固定设有发热体；所述发热体的传输端口经水冷电极与晶闸管电源传输端口相接；所述石墨料盒置于加热室内；所述加热室上设有风门；所述充气阀门固定设于炉体上；所述快冷系统的风机端口通过充气阀门将高压气体引入炉体内腔，以对加热室的物料进行快速降温。

作为一种优选方案，本发明在所述真空系统的管道上固定设有除尘系统。

进一步地，本发明所述除尘系统包括脉冲式防静电干式除尘器和湿式过滤器；所述脉冲式防静电干式除尘器的端口与湿式过滤器的端口相通。

进一步地，本发明在所述加热室上固定设有强制导流通道；所述强制导流通道的一端与加热室内腔相通，其另一端与真空系统的抽气口相通；所述强制导流通道的外壁固定包覆保温毡筒。

进一步地，本发明所述发热体包括多区或单区排列的加热元件，其采用棒状方框、带状方框或条状圆环结构。

进一步地，本发明所述保温层包括软质石墨毡及石墨板。

进一步地，本发明所述石墨料盒侧板和顶板均排布透气孔。

进一步地，本发明所述加热室的风门采用固定式或可开闭式结构。

采用上述技术方案的高纯金属铬真空脱气烧结炉，与一般真空烧结炉比较，本发明具有如下优点和效果。

1、本发明可生产出纯度≥99.9%的高纯金属铬，以低真空加热方式减少合金元素蒸发，可有效去除产品中杂质元素，防止挥发物对加热室污染损害，保证产品质量均匀，运行可靠，操作简单，维修成本低，能够实现规模化生产，给使用方带来可观收益。

2、本发明发热体可设计为多区或单区排列，结构形式可根据炉壳和温区形状设计为方框、多边形或圆状，使结构紧凑、能耗低；加热元件可以设计成棒状、板状或条状，材料可以是钨、钼、钽或石墨；其热场结构设计，可有效解决脱气气体对加热室腐蚀而无法规模化生产的问题。

3、本发明保温层由软质石墨毡和石墨板复合而成，软质石墨毡保温好，石墨板耐腐蚀性气流冲刷效果好；降温过程有石墨板保护，保温毡不易吹坏，延长加热室使用寿命，有效节约成本。

4、本发明石墨料盒为顶开盖多板拼接成型方盒，侧板和顶板均排布透气孔，使流动的保护气体有效带走物料中挥发物，大大提高烧结产品质量。

5、本发明采用脉冲式除尘过滤器，可有效收集炉内粉尘防止对环境的污染，除尘器通过高压气体脉冲式吹扫及时清理滤芯上附着粉尘，保证设备连续稳定生产，大大提高生产效率，拓宽本发明适用范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为图1中正视面剖视图。

图3为图2中加热室示意图。

图4为图1中风门示意图。

图中：1、炉体；2、加热室；3、石墨料盒；4、水冷电极；5、真空系统；6、除尘系统；601、脉冲式防静电干式除尘器；602、湿式过滤器；7、充气阀门；8、快冷系统；9、晶闸管电源；10、发热体；1001、加热元件；1002、电极棒；11、不锈钢框架；12、风门；13、保温层；1301、软质石墨毡；1302、石墨板；14、强制导流通道；1401、保温毡筒。

具体实施方式

如图1、2和4所示，高纯金属铬真空脱气烧结炉，包括炉体1、加热室2、石墨料盒3、水冷电极4、真空系统5、充气阀门7、快冷系统8及晶闸管电源9；所述真空系统5的抽空接口与炉体1腔体相通；所述加热室2固定设于炉体1腔体内；所述加热室2内壁固定设有保温层13；在所述保温层13上固定设有发热体10；所述发热体10的传输端口经水冷电极4与晶闸管电源9传输端口相接；所述石墨料盒3置于加热室2内；所述加热室2上设有风门12；所述充气阀门7固定设于炉体1上；所述快冷系统8的风机端口通过充气阀门7将高压气体引入炉体1内腔，以对加热室2的物料进行快速降温。

本发明所述加热室2上设有风门12和充气孔，首先通过充气阀门7将高压气体引入炉体1腔体内，然后高压气体通过充气孔进入加热室2内，使设备内部压力平衡，最后启动快冷系统8风机对物料快速降温。

参见图1所示，本发明在所述真空系统5的管道上固定设有除尘系统6。本发明所述除尘系统6包括脉冲式防静电干式除尘器601和湿式过滤器602；所述脉冲式防静电干式除尘器601的端口与湿式过滤器602的端口相通。参见图3所示，本发明在所述加热室2上固定设有强制导流通道14；所述强制导流通道14的一端与加热室2内腔相通，其另一端与真空系统5的抽气口相通；所述强制导流通道14的外壁固定包覆保温毡筒1401。

参见图3所示，本发明所述发热体10包括多区或单区排列的加热元件1001，其采用棒状方框、带状方框或条状圆环结构。本发明所述保温层13包括软质石墨毡1301及石墨板1302。参见图3所示，本发明所述石墨料盒3侧板和顶板均排布透气孔。本发明所述加热室2的风门12采用固定式或可开闭式结构。

参见图3所示，本发明所述加热室2外部固定设有不锈钢框架11；所述发热体10包括多区或单区排列的加热元件1001；其中如图4所示，所述发热体10根据加热室2形状可设计成棒状方框，若加热室2框体为多边形状，则发热体10可相应设计为多边形框，若加热室2为圆形，则发热体10可相应设计为条状圆环；所述加热元件1001、电极棒1002和水冷电极4连接，所述水冷电极4与炉体1上顶晶闸管电源9相连；每区设独立可调的加热元件1001，区与区构成一种可控的均匀温度场；所述强制导流通道14与加热室2内腔和真空系统5抽气口相通，其外用保温毡筒1401包裹，有效将保护气体沿规定路径流动，强制带走物料中挥发物，提高产品质量和保护气体利用率。如图3所示，本发明所述保温层13由软质石墨毡1301和石墨板1302复合而成；所述软质石墨毡是经高温处理过且灰分含量低的优质毡；所述石墨板为挥发物少的优质石墨。

如图2所示，本发明所述石墨料盒3为顶开盖多板拼接成型方盒，侧板和顶板均排布透气孔，拼接结构可靠性高，节省料舟加工成本。如图1所示，本发明所述除尘系统6包括脉冲式防静电干式除尘器601和湿式过滤器602；所述除尘系统6主要应用在粉尘较大的烧结环境，以提高设备的适用性。

如图2所示，本发明所述快冷系统8的冷却方式可分为两种模式，其一，所述加热室2前后端为固定式风门12，所述固定式风门12与加热室2有专用通风流道，使高压气体可快速通过，实现风冷换热，冷却效果好；其二，所述加热室2前后端为可开闭式风门12，前后风门12上均设置气动装置，气动装置控制风门12的开启与关闭，抽空时风门12开启，加热时风门12关闭，能够有效阻挡加热室2端部热传递，提高热场均温性和节能效果，冷却时风门12再次开启，有效换热降温，所述气动装置为本领域公知技术。本发明炉体1采用卧式结构，晶闸管电源9放置于炉体1顶端，整体布局紧凑合理，方便操作维修，整个设备均在地面上方。

本发明的工作原理如下：

本发明首先将含有杂质的金属铬料装入石墨料盒3中，运用专用进出料车将石墨料盒3放入烧结炉内。然后通过真空系统5抽真空，使炉体1内达到需要真空度，将加热室2前后风门12关闭（针对可开闭式风门而言），晶闸管电源9送电后发热体10开始加热。由于金属铬提纯温度较高，一般烧结温度在1450℃至1650℃范围内，整个烧结过程会产生大量一氧化碳腐蚀性气体，且伴有金属铬蒸汽挥发现象。为了减少在高温、负压下铬的蒸发损失，要将炉体1内先抽至较高的真空度，在加热过程中通入高纯度的惰性气体来调节炉体1内的真空度，以低真空加热方式来减少合金元素的蒸发。另外，加热过程中通过高纯度惰性气体在加热室2中形成对流循环，将多于有害气体通过强制导流通道14随泵抽走排出，可有效降低一氧化碳分压和氧分压，达到烧结炉内化学反应平衡。最后经过20h至30h保温后加热停止，当炉内温度自然冷却到设定温度时，快速向炉体1内充入冷却气体，打开前后风门12（针对可开闭式风门而言），启动冷却风机进入冷却阶段，当温度降至所需温度时出炉，得到纯度≥99.9%的高纯金属铬产品。

以上对本发明所提供的高纯金属铬真空脱气烧结炉进行了详细介绍。在本发明的描述中，需要理解的是，术语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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。