一种真空自耗电弧炉

本发明涉及一种真空自耗电弧炉设备领域。

锆、钛等稀有金属主要应用在核电、航空、航天等先进领域，该类金属因 在地壳中含量少或分布稀散，采矿、冶炼因难等原因，被归于稀有金属。由于 稀有金属材料的价格较高，一般在40‑200万元/吨。随着近些年人类对稀有金属 的进一步认识，其应用领域和需求量在世界范围内迅速增加，其也成了“朝阳” 金属，尤其在我国，近几年国家大力发展核电站，使锆金属材料加工成为国家 投资支持的重点，钛材也成为国内投资的热门，仅在5年内其加工产能就提高 了10多倍。但是锆、钛等稀有金属也属于一种难加工金属，加工工序长、变形 较困难，加工过程中产生的残料约占总投料量的50％‑70％，因此生产过程 中会产生大量废残料，如何能有效利用废残料成为可使用的返回料，达到节约 资源、降低成本的目的，这一直以来是行业内大家公认的难题，世界各个企业 都将稀有金属的废残料的综合回收技术等同与合金配方一样进行重视和保密。

由于锆、钛稀有金属是活性金属，用于回收利用锆、钛稀有金属的常规设 备一般为真空自耗电弧炉，该炉子虽然是理想的熔炼高质量产品的设备，但需 要制备较大且外形规则的锆、钛等稀有金属或其合金的自耗电极。而在生产中 产生的废残料外形大小各异、种类不同，给制备规则自耗电极造成异常大的困 难，限制了废残料的回收利用率。

目前美国采用的稀有金属回收电极增重方法是将能制备自耗电极的屑状原 料等制备成电极，难以制备电极的原料(一般指不规则块料或直径超过30厘米 的大直径块料等)直接放入真空自耗电弧炉内，采用熔炼的金属液包裹块料进行 回收铸锭，回收的铸锭可作自耗电极用于后期生产，即为回收电极，以此方法 达到锆、钛等稀有金属的回收电极增重，其使用的设备为常规的真空自耗电弧 炉，但是上述操作过程复杂，生产周期长、生产效率低下、生产成本高、回收 电极的铸锭质量相对较差。其生产一个7吨重的钛或其合金的回收电极约需1.5 天时间，需要重复操作十多次，每次的工艺步骤为：加入残料‑‑封炉‑‑抽空‑‑熔 炼‑‑冷却‑‑充氩‑‑拆炉‑‑加入残料‑‑封炉‑‑抽空‑‑熔炼‑‑冷却‑‑充氩‑‑拆炉，其中加入 残料‑‑封炉‑‑抽空‑‑熔炼‑‑冷却‑‑充氩‑‑拆炉需重复进行十余次，该方法虽然基本 能较全面的回收残料，但操作异常麻烦，生产率低下，又每次需要充入大量氩 气，生产成本很高，同时又由于反复拆炉，给铸锭带来大气的污染和外来物污 染的可能。

日本现使用的技术主要是将不易制备成自耗电极的大块残废料(直径大于 30mm)放入价格高的稀有金属原材料(塑性好)中间进行包裹后压制成自耗电极， 同时，改造了设备，使设备能够自动加入直径小于30mm的残料，该方法虽然 能回收大部分残料，相对生产效率较高，铸锭质量较好，但使用了较多的原材 料，生产不了100％的残料回收铸锭。

由于上述现行制造工艺及其设备在稀有金属回收电极增重上存在使用受 限、成本较高、残废料使用率低、回收电极的铸锭质量差等诸多问题，无法满 足目前对稀有金属回收电极增重，从而避免浪费、有效提高残废料利用率、降 低生产成本、扩大残废料回收利用范围的使用要求及需求。

本发明所要解决的是提供一种真空自耗电弧炉，通过回收电极增重方法来 有效解决大直径(直径大于30mm)及不规则钛、锆等稀有金属及合金残废料 的回收利用，并能100％的将残废料进行综合利用，生产效率高、生产成本低、 回收产品质量高。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

本实用新型是一种设有连续进料装置的真空自耗电弧炉，使得直空自耗电 弧炉与连续进料装置成为一体，连续进料装置由加料仓、送料通道、旋转机构 三部分构成，其中加料仓包括静盘、转盘、料筒；旋转机构由齿轮箱、减速箱、 油缸及电源组成；真空自耗电弧炉通过送料通道与加料仓相连通，旋转机构与 转盘相连接，在转盘同一圆周上均布设置一定数量的料筒，转盘正下方设置静 盘，静盘上在与料筒处于同一圆周上设有一个静盘出口。

其中转盘上设置的料筒为6至15个；加料仓的顶部设有仓盖，仓盖与加料仓 之间系活动连接，仓盖与加料仓之间设有密封环；真空自耗电弧炉通过送料通道 与加料仓相连通是通过将送料通道的一端伸入真空自耗电弧炉内，另一端焊接 在静盘出口的方式实现的，料筒内的添加料经静盘出口通过送料通道进入真空 自耗电弧炉落入坩埚内。

加料仓、送料通道通过密封环等密封装置与外界隔绝，在回收电极增重过 程中真空自耗电弧炉抽真空时，与真空自耗电弧炉相连通的加料仓一并完成抽 真空，使得真空自耗电弧炉和加料仓内保持真空状态。

本发明的有益效果：由于在常规的真空常规真空自耗电弧炉上设置了连续 进料装置，通过送料通道将料筒内的添加料连续分批加入真空自耗电弧炉内落 入坩埚，实现了回收电极增重的熔炼过程中不破真空的熔炼，直至冷凝成锭完 成回收电极增重，采用上述设备减少了常规回收过程中每次的封炉、抽空、充 氩和拆炉四个过程，大大提高了工作效率，不用充氩也降低了生产成本，避免 了大气和外来物对材料的污染，回收铸锭的质量有保障，能有效地回收大块残 料，废残料的回收利用可达到100％，生产成本低、回收率高。

实现稀有金属回收电极增重方法的设备结构简单紧凑，设备投资低，工艺 流程简单实用高效、生产成本低且回收率高，能有效回收大块残料。

图1用于实施稀有金属回收电极增重的设备结构示意图

图2图1所示转盘及料筒的俯视图

图3图1中A处局部示意图

图中1.坩埚、2.熔池、3.铸锭、4.电极、5.电极杆、6.炉体、7.旋转机 构、8.料筒、9.加料仓；10.电弧、11.油缸、12.转盘、13.送料通道、14.仓盖、15. 密封环、16.电源、17.静盘、18、水套、19.静盘出口；

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细描述：

附图所示的是本实用新型的结构示意图，设备由常规的真空自耗电弧炉及 设置在常规真空自耗电弧炉上的连续进料装置两部分组成，图中所示真空自耗 电弧炉部分是真空自耗电弧炉的常规结构，其中连续进料装置由转盘、送料通 道及加料仓构成，加料仓上设有仓盖，加料时可移开仓盖将均分的添加料加入 料筒内，完成加料后可合上仓盖，同时仓盖与加料仓之间的密封环起密封作用， 使得加料仓与外界相隔绝。

连续进料装置通过送料通道与真空自耗电弧炉相连通，送料通道系中空管 道，一端穿入真空自耗电弧炉内，另一端焊接在静盘出口下部，转盘设在静盘 上，转盘和静盘为两个直径相同或相近的同轴金属圆盘，转盘通过与转盘相连 接的旋转机构的驱动实现转盘在静盘上的旋转，转盘上在同一圆周上均布一定 数量的料筒，料筒为6‑15个，图中所示料筒为8个，料筒是无底的中空桶， 静盘上设有一个静盘出口，静盘出口是开设在和料筒位于同一圆周上且直径相 等或略大于料筒直径的通孔，其中静盘出口直径略大于料筒是指静盘出口的直 径比料筒直径大5％至10％。

转盘与旋转机构相连，旋转机构由齿轮箱、减速箱、油缸、电源相连接后 组成，当电源接通或断开时，通过驱动油缸、减速箱、齿轮箱后实现并控制转 盘的旋转及停止，使得料筒移动至静盘出口上方，完成料筒内添加料进入进料 通道后进入炉体，落入坩埚。通过转盘的不断旋转，使得每个料筒内的添加料 按时按要求依次进入进料通道后进入炉体，落入坩埚，完成全部添加料的添加， 使得整个熔炼过程中不破真空并自动加料，坩埚内的金属熔液从下至上依次随 着温度降低而逐步冷凝成锭，成为回收电极。