[其他]磁控熔炼非自耗电极电弧炉

说明书

本实用新型是对于一种电弧熔炼炉的改进。

非自耗电极电弧炉（尤其是配有真空系统并可充入高纯惰性气体的钨极电弧炉）是一种小型的电弧熔炼炉，它最适合于熔炼高熔点金属、合金和其它活性金属（如稀土金属），在冶金学和材料科学等领域的研究工作中业已得到广泛应用。但当被熔炼的合金中各金属元素的熔点不同时，由于起弧后，低熔点金属很快就熔化了，高熔点金属未熔化即沉入熔池下部，该部位因靠近水冷铜坩埚壁，温度较熔池上部要低得多，不易使高熔点金属熔化，故熔炼一遍无法使合金成分均匀。遇到上述情况，通常必须要打开炉盖（放掉高纯惰性气体或破坏真空）后，翻转铸锭，重新装炉，按操作规程反复熔炼多遍，方可获得成分较为均匀的合金。合金中各金属元素的熔点相差越大、或比重相差越大时，则需要反复熔炼的遍数也越多。在这种情况下，效率低和能耗大也就成了非自耗电极电弧炉的主要缺点，尽管自五十年代以来，世界  术发达的国家对非自耗电极电弧炉先后作过一些改进，但多数是侧重在坩埚的结构、自动起弧和熔炼过程自动化等方面进行研究，由于没有考虑到熔池的电磁搅拌问题，迄今仍未找到提高效率和降低能耗的有效途径。

本实用新型提供了一种用外磁场控制电弧束形状，在一次起弧的熔炼过程中即可使低熔点和高熔点金属均被充分熔化的非自耗电极电弧炉，其原理要点如下：非自耗电极电弧炉中的电弧实质上也是等离子体，因此，当外加一个可调节场强的磁体时，通过调节该磁体的场强可以控制电弧束的形状，使其由电极前端以一定角度向四周散射的电弧束，随外磁场增强而逐渐被约束、聚焦成为仅向前直射的强电弧束。这种聚焦的电弧束（等离子体）除温度很高外，其前端还存在一斥力，受其直射的金属既被加热至熔化成液态，还渐渐被电弧束向四周驱散出去；导致熔池中受电弧束直射之处逐渐凹下去，最后露出坩埚底壁，也即是电弧束直接射坩埚底壁，从而使所有沉入溶池下部的未熔化的高熔点金属都能受到电弧束直接加热、熔化成液态，并在电弧束作用下沿坩埚侧壁上涌，取得充分透底熔炼和驱拌的作用，当外磁场逐渐减弱时，电弧束和熔池也将逐渐恢复原状，因此，在一次起弧熔炼过程中，通过反复调节外磁场强度两、三次之后，通过上述“透底”地充分熔炼和熔池的搅拌，可使被熔炼的合金成分均匀。

本实用新型的实施例如图1所示，它的主要部件包括一个可转动的水冷铜坩埚盘（1）、设置在坩埚盘下方的场强可调节的磁体（2）和水冷钨电极（3）。坩埚盘上通常带有三个以上的半球形坩埚穴，它们均匀地排布在一个圆周上，当装好合金料、准备熔炼时，先转动水冷铜坩埚盘，使其上的一个坩埚穴的中心线同水冷钨电极、磁体（如电磁线圈芯）的中心线基本保持在同一垂直线上（即是使其处于“熔炼位置”）便可起弧进行熔炼。在熔炼过程中，通过调节磁场强度使合金料得到充分搅拌和熔化。熔完一个合金锭，转动坩埚盘，使另一个坩埚穴处于“熔炼位置”，便可再熔炼第二个合金试样。这样，在不打开炉盖的条件下，一次装炉即可熔炼出多个成分均匀的合金铸锭。在本实用新型的非自耗电极电弧炉中，场强可调节的磁体可由带铁芯的电磁线圈构成，它安在坩埚盘下方，磁体上端同坩埚盘底部之间的距离以不妨碍坩埚盘的转动为限，其场强的最大值（以电极尖端处计算）应可调到100～200奥斯特。

同现有的非自耗电极电弧炉相比较，本实用新型所提供的磁控熔炼非自耗电极电弧炉显著地提高了工作效率并降低了能源消耗。