[发明专利]用于活性金属和合金的电感应熔炼和保温炉

说明书

用于熔炼和保温活性金属或合金的电感应炉设置有上炉容器、位于上炉容器下方的感应线圈和位于感应线圈内部的含熔体容器，含熔体容器的外表面和感应线圈的内表面之间的间隙可用于循环冷却流体以冷却含熔体容器的壁，以防止活性金属或合金熔体从容器泄漏。含熔体容器可以与用于冷却含熔体容器的冷却系统成一体。含熔体容器、感应线圈和冷却系统可以作为模块化部件提供，以便于含熔体容器、感应线圈和冷却系统的维修。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月18日提交的美国临时申请第62/117,883号的优先权，其全文通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于活性金属和合金的电感应熔炼和保温炉。

背景技术

高活性金属(诸如，周期表中的碱基)可以与贱金属组合以形成诸如铝-锂(A1-Li)的活性合金。活性合金可以优于贱金属，例如用于形成具有改进特征(诸如，增加强度或减轻重量)的铸件。

可以使用各种类型的电感应炉来加热和熔化活性合金。由于所有的碱金属和铝都会在一定程度上与水冷却系统爆发式地发生反应，水冷却系统伴随着从电感应炉的电感器中的电流消除的焦耳热，所以可以使用交替的冷却流体来避免可能引发的爆炸事件，例如，在感应炉的操作超出其设计的限制时。

无芯感应炉可以使用包括工作衬里和备用衬里的双衬里装置。内部工作衬里与在坩埚内加热或熔化的活性合金接触，而备用衬里在内部工作衬里(以及在异常操作条件下可能泄漏到工作衬里中的任何活性金属或合金熔体)和炉的感应线圈之间形成障碍。选择内部工作衬里的耐火组合物以使与活性合金熔体的反应最小化，但在使用中会磨损，并且将要周期性地更换，而外部备用衬里的耐火组合物被选择以利于耐久性，因为在适当操作的炉中，在备用衬里退化之前将更换工作衬里。

如果坩埚中的活性合金与内部工作衬里的耐火组合物之间的化学反应导致活性合金熔体泄漏到内部工作衬里中，则提供给炉的感应线圈的交流电的频率控制可用于调节内部工作衬里从化学反应中导致的退化程度。

或者，能够从Inductotherm Corp.(Rancoas，New Jersey USA)获得的诸如加热和熔融炉的感受器感应炉可用于加热活性合金。

美国专利第No.5,425,048号公开了一种感应加热炉，其包括感应线圈组件和钢包，该钢包具有支撑要由炉加热的坩埚保温金属的金属壳体。钢包确定地从感应线圈组件分离，使得加热的金属可以在操作台之间方便可靠地移动。感应线圈组件具有小于壳体长度的预选长度。感应线圈组件包围但不接触壳体并产生电磁感应场。感应线圈组件包括线圈、上轭和下轭以及与线圈共同延伸的中间轭。上轭和下轭彼此分离并通过中间轭电磁耦合在一起。上轭和下轭以及中间轭都包括由铁质材料片形成的堆叠层压板。

美国专利第8,242,420号公开了一种用于通过受控环境中的电感应感受器加热来定向凝固硅的装置和方法。感受器位于上和下感受器感应加热系统与受控环境中的周围感应线圈系统之间。选择性地施加到与上和下感受器加热系统相关联的感应线圈的交流电和构成周围感应线圈系统的感应线圈导致容器中硅电荷的熔化和熔融硅的随后定向凝固。可以将流体介质从容器下方向底部引导，然后向容器外侧上方引导，以增强定向凝固过程。

美国专利申请公开第No.2012/300806号公开了一种用于加热和熔化导电材料的电感应炉，其具有衬里磨损检测系统，该衬里磨损检测系统可以在炉子被适当地操作和维护时检测可更换的炉衬磨损。

发明内容

一方面，本发明是用于活性金属合金的电感应熔炼和保温炉，其中炉包括上炉容器；位于上炉容器下方的感应线圈；以及位于感应线圈内侧并且可连通地连接到上炉容器的含熔体容器，其中，含熔体容器在感应线圈内的定位在含熔体容器的外表面和感应线圈内表面之间形成间隙。