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        5kg真空自耗凝殼爐設(shè)備的研制

        2017-03-23 20:18:36陳東高國(guó)強(qiáng)喬志斌
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年6期
        關(guān)鍵詞:鑄造真空

        陳東+++高國(guó)強(qiáng)+++喬志斌

        摘 要:文章介紹了5kg真空自耗凝殼爐的構(gòu)成,設(shè)計(jì)及制造過程中的技術(shù)難點(diǎn)。

        關(guān)鍵詞:真空凝殼爐;鑄造;真空

        前言

        真空自耗凝殼爐是目前鈦工業(yè)生產(chǎn)鈦鑄件使用率最高的熔鑄設(shè)備,它的熔煉原理、生產(chǎn)工藝、操作方式以及設(shè)備組成與真空自耗電弧爐有很多相似地方。凝殼爐是在自耗電弧爐和真空感應(yīng)爐結(jié)合基礎(chǔ)上,衍生出的一種新式爐型,解決了電弧爐不能澆注鑄型,感應(yīng)爐因?yàn)榻M成結(jié)構(gòu)上的因素對(duì)熔融金屬有污染的弊病。采用自耗爐的熔煉環(huán)境,在水冷坩堝中快速溶化,達(dá)到所需量后,翻轉(zhuǎn)傾斜坩堝,將液態(tài)熔融金屬注入提前放置好的鑄型內(nèi),從而獲得所需形狀的鑄型。

        自上世紀(jì)60年代我國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)25kg真空凝殼爐以來,我國(guó)已自行制造出多種型號(hào)同類設(shè)備,主要用于鈦泵、鈦閥等化工行業(yè)用的耐腐蝕鑄件生產(chǎn),隨著精密鑄造技術(shù)的發(fā)展,用于軍工和體育用品的生產(chǎn)也日益增多。本文將對(duì)5kg真空自耗凝殼爐設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的技術(shù)難點(diǎn)做以介紹。

        1 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)

        公稱容量:5kg

        最大熔化電流:5kA

        熔煉電壓:25-45V

        工作真空度:6X10-1Pa

        澆注周期:2~5s(可調(diào))

        鑄型最大尺寸:200mmX200mmX300mm

        2 設(shè)備的構(gòu)成

        凝殼爐的爐體結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定著具體的爐型,爐體大小取決于鑄型重量體積和坩堝的外形尺寸,以及離心盤直徑等因素綜合考慮,根據(jù)已投入使用設(shè)備的爐體結(jié)構(gòu)形式,大致可將凝殼爐爐體形式分為5種類型:臥式、立式、雙室、多室和連續(xù)式爐型等。

        本文設(shè)計(jì)采用臥式爐型,它的爐體為臥式圓筒體,圓筒殼體上部焊接有一個(gè)立式圓筒,方便安裝爐蓋、電極桿動(dòng)密封、觀察窗、攝像系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等。坩堝以及坩堝翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在筒體中部,筒體下方安裝有離心盤機(jī)構(gòu)。筒體前端安裝有爐門,后端用封頭封死,連接有真空系統(tǒng)。

        3 凝殼爐優(yōu)缺點(diǎn)

        優(yōu)點(diǎn):凝殼爐具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便、爐型系列化大型化的特點(diǎn),在鈦鑄造工業(yè)是普遍應(yīng)用的設(shè)備。

        缺點(diǎn):凝殼爐生產(chǎn)所使用的自耗電極一般采用電弧爐提供的成品鑄錠,加工成凝殼爐生產(chǎn)所需規(guī)格的自耗電極。因此對(duì)電極規(guī)格形狀要求較高。在熔煉時(shí),受熔速和冷卻效果的約束,需要調(diào)節(jié)電流大小來保持熔池,會(huì)產(chǎn)生猛烈飛濺。

        4 主要解決的技術(shù)難點(diǎn)

        4.1 坩堝以及坩堝傾翻機(jī)構(gòu)

        凝殼爐熔煉的最基本部分是坩堝,但是在結(jié)構(gòu)上凝殼爐坩堝與電弧爐坩堝完全不同,凝殼爐的坩堝是長(zhǎng)度短、直徑大,同時(shí)要執(zhí)行反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。坩堝的外形尺寸、組織材料,以及坩堝外壁的水冷系統(tǒng),都直接影響到被熔融金屬的質(zhì)量、澆注效果、成品率以及設(shè)備使用期間帶來的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)過程中的安全性。

        凝殼爐的坩堝是用來直接融化金屬的容器,所以它是整個(gè)設(shè)備的核心,與電弧爐一樣的原理,即坩堝帶正電,為正極,自耗電機(jī)為負(fù)極。

        凝殼爐在熔煉過程中,會(huì)在坩堝內(nèi)壁與熔池間形成一個(gè)凝殼,能夠起到隔離液態(tài)金屬熔池與坩堝內(nèi)壁直接接觸,防止坩堝內(nèi)壁污染金屬材料,同時(shí)也能保護(hù)坩堝內(nèi)壁,不被高溫破壞,減少熱量損失。

        坩堝傾翻機(jī)構(gòu),是由坩堝組件、翻轉(zhuǎn)軸、動(dòng)密封組件、翻轉(zhuǎn)氣缸組件、接點(diǎn)裝置等機(jī)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)形式為產(chǎn)品所需規(guī)格的紫銅坩堝,放置于冷卻水套內(nèi),冷卻水套與兩側(cè)翻轉(zhuǎn)軸相連接,翻轉(zhuǎn)軸由翻轉(zhuǎn)氣缸帶動(dòng),進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。翻轉(zhuǎn)軸做相應(yīng)設(shè)計(jì),翻轉(zhuǎn)軸傳遞扭矩帶動(dòng)坩堝翻轉(zhuǎn),同時(shí)又要傳導(dǎo)電流,也要給坩堝冷卻系統(tǒng)提供冷卻水,因此在結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

        4.2 爐體

        凝殼爐的爐體也叫熔煉室。常見爐體為一側(cè)開門的臥式圓筒形結(jié)構(gòu),采用雙層水冷夾套結(jié)構(gòu),爐門處也設(shè)有冷卻水。

        本文設(shè)備采用臥式前開門結(jié)構(gòu)形式,具有雙層爐壁,中間通水冷卻,內(nèi)有坩堝翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),離心澆注機(jī)構(gòu),爐體上端設(shè)有供電極升降用的密封裝置和觀察窗。爐體側(cè)部設(shè)有真空管道。屬于大型爐的衍生爐。

        4.3 真空系統(tǒng)

        真空凝殼爐真空室的熔煉真空度一般在10-1Pa~10-2Pa量級(jí)內(nèi)(本設(shè)備6X10-1Pa)即可保證鑄型質(zhì)量。真空系統(tǒng)在配型時(shí)一般要比電弧爐選用的抽速大,這是由于真空系統(tǒng)在滿足自耗電極融化工藝過程排氣要求的同時(shí),還要額外考慮到澆鑄時(shí)熔融金屬進(jìn)入澆口杯、澆道、石墨型時(shí),在瞬時(shí)會(huì)釋放出大量的氣體,這種現(xiàn)象每次熔煉都會(huì)出現(xiàn),因此整個(gè)真空室的真空度會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng),嚴(yán)重影響到鑄件的表面質(zhì)量,嚴(yán)重的會(huì)造成對(duì)真空泵組的損害。因此,在設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)時(shí),需要考慮澆鑄時(shí)的放氣峰值,要有足夠的抽速。本設(shè)備真空機(jī)組采用ZJP-600羅茨泵+2x-70旋片泵,足夠適應(yīng)設(shè)備放氣峰值的影響。

        5 結(jié)束語

        本文從真空自耗凝殼爐的結(jié)構(gòu)組成出發(fā),簡(jiǎn)明介紹了真空凝殼爐的部分關(guān)鍵問題。設(shè)備滿足化工科研領(lǐng)域生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)要求,安全環(huán)保,澆注成品質(zhì)量良好,制造成本較低,4個(gè)月即可投產(chǎn),見效快,符合中國(guó)國(guó)情,適合在試驗(yàn)室及中小企業(yè)推廣。

        參考文獻(xiàn)

        [1]達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].國(guó)防工業(yè)出版社,2004.

        [2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

        [3]張繼玉.真空電爐[M].冶金工業(yè)出版社,1994.

        [4]馬開道,等.稀有金屬真空熔鑄技術(shù)及其設(shè)備設(shè)計(jì)[M].冶金工業(yè)出版社,2011.

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