一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统

摘要

本发明公开了一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，包含：一直通式的竖直进料室，立在炉体上方且与炉体固定联通；一竖直进料固定架，在竖直进料固定架上固定安装可实现料锭转动和进给的机构，包括：一由升降伺服电机驱动的滚珠丝杠副，其上套有丝杆螺母，该丝杆螺母与往复运动固定座固定连接；一由料锭旋转电机带动旋转的料锭拉杆，其杆上套有料锭拉杆轴承座，该料锭拉杆轴承座与滚珠丝杠副上的往复运动固定座相固联，该料锭拉杆的下端可伸入竖直进料室内且带有用于连接料锭的料锭卡头。利用其可采用竖直进料系统对料锭进行熔炼，能满足二次熔炼的工艺要求。

权利要求

1.一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，其特征在于包含有：一直通式的竖直进料室，伫立在真空电子束熔炼炉的炉体上方且通过炉体连接法兰与炉体固定联通；

一竖直进料固定架，固定安装在竖直进料室的上方，由上、下支撑板和纵向导轨安装基体组合构成；

所述竖直进料室外加冷却水套，水套内采用双向螺旋水道布局；在竖直进料固定架上固定安装可实现料锭转动和进给的机构，包括：一由升降伺服电机驱动的滚珠丝杠副，其上套有丝杆螺母，该丝杆螺母与往复运动固定座固定连接；

一由料锭旋转电机带动旋转的料锭拉杆，其杆上套有料锭拉杆轴承座，该料锭拉杆轴承座与所述滚珠丝杠副上的往复运动固定座相固联，该料锭拉杆的下端可伸入竖直进料室内且带有用于连接料锭的料锭卡头，料锭拉杆内部带有环形的循环水道；

在料锭拉杆与竖直进料室的交界处设有动密封组件，该动密封组件的中空腔中内套一导向筒，两端设有密封导向件，在密封导向件上开设通油孔；

所述的升降伺服电机通过动力传动件驱动滚珠丝杠副，在动力传动件底部加设一个丝杆轴承座；

所述的丝杆轴承座与料锭拉杆轴承座内部采用自循环环形油路润滑；

所述滚珠丝杠副安装于竖直进料固定架的上、下支撑板间，其上的往复运动固定座与一个滑块导轨运动组件相固联，且滑块导轨运动组件的导轨固定于竖直进料固定架的纵向导轨安装基体上。

2.根据权利要求1所述的真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，其特征在于：料锭拉杆轴承座内上下端端部分别含有轴承选配。

3.根据权利要求1所述的真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，其特征在于：所述的料锭卡头采用可实现空间内前后及左右方向调节的十字万向连接方式，其与料锭通过销轴连接。

说明书

一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统。

背景技术

[0002] 电子束熔炼炉是利用高速运动电子束的能量作为热源来进行加热或熔炼的一种电炉。目前主要用作熔炼铌、钽和铪等难熔、高纯及稀有金属。其主要组成结构包括：电子束发生器、炉体、拖锭机构及结晶器、送料机构、真空系统、水冷系统、观察装置、电源及控制设备等。在送料机构的作用下，将料棒或料块送进束流轰击区，通过高速运动电子能量来对物料进行加热、熔炼，并通过真空系统将熔炼过程中蒸发的气体杂质抽出，达到提纯的目的。目前的真空电子束熔炼设备大多采用水平进料丝杆传动的滚道装置。横向水平送料在输送短料棒时比较优越，可以一根接一根地推送，便于实现操作半连续化，也可用来输送块状物料。但横向水平输送料棒熔炼时，料棒端部会产生阴影，即电子束轰击不到被料棒屏蔽的熔池阴影区，这样就造成局部受热不均匀，影响金属的熔炼提纯质量。另外在一次熔炼过后，通过拖锭机构及结晶器已形成相应尺寸的料锭，在产品工艺要求下需要进行二次重熔时，对料锭的熔炼要求更高，即避免料棒熔炼过程中电子束轰击区出现盲区，保证无熔炼阴影区，同时要保证物料在二次重熔过程中输送及熔炼过程中不受污染。为了达到此种二次熔炼要求，亟待找出更好的熔炼方式及相应设备。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，其采用竖直进料系统对料锭进行熔炼，可以实现上述二次熔炼的工艺要求。

[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

[0005] 一种真空电子束熔炼炉的竖直进料系统，其包含有：

[0006] 一直通式的竖直进料室，伫立在真空电子束熔炼炉的炉体上方且通过炉体连接法兰与炉体固定联通；

[0007] 一竖直进料固定架，固定安装在竖直进料室的上方，由上、下支撑板和纵向导杆安装基体组合构成；

[0008] 在竖直进料固定架上固定安装可实现料锭转动和进给的机构，包括：

[0009] 一由升降伺服电机驱动的滚珠丝杠副，其上套有丝杆螺母，该丝杆螺母与往复运动固定座固定连接；

[0010] 一由料锭旋转电机带动旋转的料锭拉杆，其杆上套有料锭拉杆轴承座，该料锭拉杆轴承座与所述滚珠丝杠副上的往复运动固定座相固联，该料锭拉杆的下端可伸入竖直进料室内且带有用于连接料锭的料锭卡头。

[0011] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述滚珠丝杠副安装于竖直进料固定架的上、下支撑板间，其上的往复运动固定座与一个滑块导轨运动组件相固联，且滑块导轨运动组件的导轨固定于竖直进料固定架的纵向导轨安装基体上，实现往复运动固定座的竖直导向作用。

[0012] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，料锭拉杆轴承座内上下端端部分别含有轴承选配，以更好的保证料锭拉杆的旋转定位精度。

[0013] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，料锭拉杆内部带有环形的循环水道。

[0014] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，在料锭拉杆与竖直进料室的交界处设有动密封组件，该动密封组件的两端采用双密封结构，中间部分设有抽真空的快卸法兰。

[0015] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述的升降伺服电机通过动力传动件驱动滚珠丝杠副，在动力传动件底部加设一个丝杆轴承座。

[0016] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述的丝杆轴承座与料锭拉杆轴承座内部采用自循环环形油路润滑。

[0017] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述的料锭卡头采用可实现空间内前后及左右方向调节的十字万向连接方式，其与料锭通过销轴连接。

[0018] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述竖直进料室外加冷却水套，水套内采用双向螺旋水道布局。

[0019] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，还至少具有下述技术特征中的一种：

[0020] 1)在竖直进料室内，采用多夹层防辐射结构；

[0021] 2)料锭拉杆内部含承插不锈钢冷却水管；

[0022] 3)竖直进料室侧部设有观察维修窗口，且该观察维修窗口加水冷却水套。

[0023] 本发明的优点是：

[0024] 1)整体设备运行过程中，料锭为竖直进给，且处于旋转状态，电子枪的扫射轨迹与料锭圆周相切，之间无任何阻碍，避免了扫描阴影的出现，保证料锭端部熔炼区域均匀，大大提高了熔炼效率及熔炼纯度；

[0025] 2)料锭通过料锭卡头与料锭拉杆相连，始终处于竖直状态，因此在熔炼时，料锭不与其余零部件接触，直接受电子枪高能电子束扫射，避免物料熔炼时的接触污染，能有效应用于物料的二次重熔；

[0026] 3)料锭拉杆外圆光洁，内部形成环形循环水道，便于设备进行水冷却；且端部采用旋转连接件，保证料锭接杆能在自身旋转过程中冷却水自由供给；

[0027] 4)动密封组件两端采用双密封结构，保证料锭在竖直进给运动时动密封组件与料锭拉杆外壁的真空密封；中间部分设有抽真空快卸法兰，通过真空泵对动密封组件进行抽真空，能保证动密封组件内部空间的真空度；

[0028] 5)丝杆轴承座与料锭拉杆轴承座内部采用自循环环形油路润滑，方便内部的轴承润滑。

附图说明

[0029] 图1为本发明真空电子束熔炼炉的竖直进料系统结构示意图。

[0030] 图2a为本发明竖直进料固定架结构示意图(主视图)。

[0031] 图2b为本发明竖直进料固定架结构示意图(侧视图)。

[0032] 图3为本发明竖直进料室冷却水机构示意图。

[0033] 图4为本发明动密封组件结构示意图。

[0034] 图中：1.升降伺服电机；2.电机连接座；3.动力传动件；4.丝杆轴承座；5.竖直进料固定架；501.上支撑板；502.纵向导轨安装基体；503.下支撑板；6.滚珠丝杠副；7.滑块导轨组件；8.料锭旋转电机；9.往复运动固定座；10.料锭拉杆轴承座；11.料锭拉杆；12.动密封组件；1201.密封导向件；导向筒.1202；1203.快卸法兰；1204.通油孔；13.竖直进料室；1301.竖直进料室内筒；1302.竖直进料室冷却水套；1303.法兰；1304.螺旋水道；14.竖直进料室观察窗；15.料锭；16.冷却进水口；17.冷却回水口；18.炉体连接法兰；19.炉体；20.电子枪；21.料锭卡头；22.防辐射罩。

[0035] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

[0036] 参阅图1所示，本发明真空电子束熔炼炉的竖直进料系统主要包括有：竖直进料室13、竖直进料固定架5及在其上固定安装的可实现料锭转动和进给的机构。

[0037] 所述的竖直进料室13为直通式，伫立在真空电子束熔炼炉的炉体19上方，且竖直进料室13通过炉体连接法兰18固定在炉体19上，在电子枪20的高能电子束扫射下，料锭15端部持续旋转且向下进给运动，始终保持料锭端部处于电子枪高能电子束的扫射范围内，实现连续熔炼。图3为竖直进料室冷却水机构示意图，是在竖直进料室内筒1301上加设竖直进料室冷却水套1302，水套内可以采用双向的螺旋水道1304的布局，该水道呈由进口先下行至竖直进料室底部，继而循环至冷却水出口方式，使竖直进料室内各部位均有冷却水均匀通过，且水温保持一致，以此获取更理想的水冷效果。

[0038] 所述的竖直进料固定架5固定安装在竖直进料室的上方，由上撑板501、下支撑板503和纵向导轨安装基体502组合构成；竖直进料固定架5是竖直进料系统料锭转动和料锭进给运动的固定支架，是实现竖直进料系统料锭转动与竖直进给运动的机构体。实现竖直进料系统料锭转动与竖直进给运动的机构一实施例具体构成是：一由升降伺服电机1及由其驱动的滚珠丝杠副6，升降伺服电机1固定于电机连接座2上，通过动力传动件3带动滚珠丝杆运动副6转动；滚珠丝杠副安装于竖直进料固定架的上、下支撑板间，其上套有丝杆螺母，该丝杆螺母与往复运动固定座9固定连接；一滑块导轨运动组件7中的活动件与往复运动固定座9的侧座面相固联，通过滑块导轨运动组件7的导向滑动作用(在竖直进料固定架的纵向导轨安装基体502上开设供滑块导轨运动组件7竖直往复运动的导轨)，实现往复运动固定座9的竖直往复运动。为保证丝杆螺母组件运动灵活性及丝杆螺母副在旋转过程中的位置精度，在动力传动件3底部添加了丝杆轴承座4，保证丝杆螺母组件的安装位置精度及运动精度。一由料锭旋转电机8带动旋转的料锭拉杆11，其杆上套有料锭拉杆轴承座10，该料锭拉杆轴承座10与所述滚珠丝杠副上的往复运动固定座相9固联，该料锭拉杆11的下端可伸入竖直进料室内，且带有用于连接料锭的料锭卡头。料锭拉杆11表面要保证足够的光洁度，且料锭拉杆下端部通过料锭卡头21连接料锭22；在竖直进料系统工作过程中，该料锭拉杆11可以通过料锭拉杆轴承座10与往复运动固定座9固联，且在往复运动固定座9的往复运动带动下，实现料锭的竖直进给运动。同时料锭拉杆上部与料锭旋转电机8轴向固联，在竖直进给运动的同时，带动料锭拉杆绕轴心作旋转运动。料锭拉杆轴承座内上下端端部分别含有轴承选配，且轴承之间有轴向跨距，以保证料锭拉杆的精确旋转及旋转过程中的端部定位。料锭卡头21可采用十字万向连接方式，可以实现空间内前后及左右方向调节；料锭自由悬挂，与料锭卡头21可以是通过销轴连接，亦可绕轴心转动，调节料锭处于自由悬垂竖直状态。

[0039] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，料锭拉杆11内部可以带有环形的循环水道(本实施例中，是通过内部含承插的不锈钢冷却水管而与料锭拉杆内壁形成环形的循环水道)。料锭拉杆11下端工作时位于竖直进料室13内，且室外为大气状态，室内为真空状态，动密封组件12处于真空与大气分界处中，既能保证了料锭拉杆11在竖直往复运动过程中的下端部的位置精度，又保证了竖直进料室内外的真空密封。在料锭拉杆与竖直进料室的交界处设有动密封组件12，该动密封组件12的中空腔中内套一导向筒1202，两端采用双密封结构(设有密封导向件1201，该密封导向件上开设通油孔1204)，中间部分设有抽真空的快卸法兰1203，参见图4。

[0040] 所述动密封组件12特采用了双密封结构来实现。上下部位都采用了旋转运动润滑密封和导向耐磨件实现了料锭拉杆的导向定位及密封。中间部位预留真空用快卸法兰口进行抽空，以确保与料锭拉杆接触部位的真空密封。本发明适用于设定装夹料锭的长度范围较大，料锭拉杆部件属于长轴系列，其上下往复运动过程中必须要保持竖直；料锭拉杆轴承座内部选采合理轴承组合作为料锭拉杆的上部定位装置；下端的动密封组件为料锭拉杆上下往复运动起导向与定位支撑作用。

[0041] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，所述的丝杆轴承座与料锭拉杆轴承座内部采用自循环环形油路润滑。

[0042] 所述真空电子束熔炼炉的竖直进料系统中，竖直进料室13与炉体19相通，熔炼过程中处于真空状态，其上下法兰与竖直进料固定架和炉体相连都采用真空密封措施。熔炼过程中，室内会因高能电子束的辐射作用产生部分热量，因此竖直进料室外加水套，有水冷措施，冷却水由冷却水进口中16进入室内，自循环至冷却水出口处经外联管道回入冷却水池。进料室上端部为了减少X射线辐射及过热现象，安装防辐射罩22来进行防护，通过防辐射罩22的阻挡反射作用，大大削弱X射线的危害，提供了防辐射安全保障。

[0043] 本发明在竖直进料室侧部设有观察维修窗口，方便对进料室内部进行维修并及时了解观察竖直进料室内部情况；且观察维修窗口加水冷却水套，避免产生过热现象。

[0044] 本发明真空电子束熔炼炉的竖直进料系统设备安装调试时，要保证丝杆运动副与料锭拉杆的平行度，以及与竖直进料架底面的垂直度。所以料锭拉杆组件与丝杆运动副组件与竖直进料固定架连接固定面处的螺栓孔设计有调节余量，调整设备时先使料锭拉杆自由下垂，通过螺栓孔余量调整各运动组件位置精度。

[0045] 上述各实施例可在不脱离本发明的保护范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。