專利名稱：小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，屬于冶金中的冷卻系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
真空感應(yīng)熔煉設(shè)備必須有冷卻系統(tǒng)，它用來冷卻感應(yīng)電源、變壓器、感應(yīng)圈、爐體、 真空泵，以及其它需要冷卻的部件，例如模具。冷卻系統(tǒng)必須完備、可靠，否則會造成設(shè)備無法正常工作，甚至引起設(shè)備損壞。冷卻系統(tǒng)一般采用循環(huán)水系統(tǒng)，它由水池、水泵、供水總管、設(shè)備冷卻裝置、回水總管等部分組成。水池一般建在室外，它的容積要相當(dāng)大，大多超過 10m3。冷卻系統(tǒng)也可以直接用自來水或其他水源供水，回水則向環(huán)境排放。后面這種冷卻系統(tǒng)雖然簡單，但是會造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備對冷卻系統(tǒng)的要求特別嚴(yán)格，因?yàn)樵谒淖香~坩堝內(nèi)盛著溫度1500 2000°C的金屬液體，冷卻效果稍有欠缺或輕微的故障就會立即引起紫銅坩堝燒毀，導(dǎo)致高壓水與高溫金屬液交混，帶來爐體爆炸的危險。這種設(shè)備可以使用上面介紹的循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，但是供給坩堝的水路必須保證有足夠高的壓力和流量，必須對它的壓力、流量、水溫給予嚴(yán)密的監(jiān)控。冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備最重要的用途之一是裝備科研、教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室和高科技小企業(yè)，這些單位大多原來沒有循環(huán)水系統(tǒng)，甚至是沒有建設(shè)大型水池的條件。所以添置這種設(shè)備時需要為設(shè)備配備特殊設(shè)計的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室、教研室、研究室和高科技小企業(yè)的條件下，這種冷卻系統(tǒng)必須具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小的特點(diǎn)，同時，它的冷卻能力必須很強(qiáng)，這是冷坩堝設(shè)備的特別要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種不依賴外界的循環(huán)水條件而形成循環(huán)冷卻回路的體積小、冷卻能力強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、美觀，容易監(jiān)控的小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括水箱、水泵，其特征是在水箱下部設(shè)有出水管，出水管連接水泵， 水泵出口連接一個管狀供水器，沿管狀供水器的長度方向設(shè)有一排供水水咀，供水水咀連接供水支管，供水支管在設(shè)備內(nèi)循環(huán)后連接回水支管，回水支管與置于水箱上方的回水水咀排連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)在缺乏外部循環(huán)水系統(tǒng)的條件下為，冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備設(shè)計了一種由設(shè)備自身配備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)；2)這種冷卻水系統(tǒng)體積很小，結(jié)構(gòu)緊湊、美觀，特別適合實(shí)驗(yàn)室、研究室和高科技單位使用；[0011]3)這種冷卻水系統(tǒng)雖然體積很小，但是卻有很強(qiáng)的冷卻能力，適合于冷坩堝設(shè)備對冷卻系統(tǒng)的特別高的冷卻能力的要求；4)這種冷卻系統(tǒng)的操作方便，運(yùn)行可靠，而且結(jié)構(gòu)簡單，造價低。
圖1是本實(shí)用新型的冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的用冷氣體冷卻回水的冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖3是用液態(tài)氣體和一種盤狀熱交換器冷卻回水的冷卻系統(tǒng)的示意圖，在該圖中，實(shí)線箭頭表示液態(tài)氣體的流向，虛線箭頭表示冷卻水的流向；圖4是用冰冷卻回水的冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖5是帶有坩堝路冷卻系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的示意圖。在以上各圖中，01.水冷銅坩堝，02.熔煉設(shè)備，03.冷卻水箱，04.水泵，05.供水器，06.供水支管，07.回水支管，08.回水水咀排，09.水閥，10.供水水咀，11.水壓表， 12.回水監(jiān)測盒，13.水位表，14.冷氣體氣源(高壓氣瓶或液態(tài)氣體罐)，15.冷氣體調(diào)節(jié)閥，16.冷氣體管路，17.冷氣體排放口，18.熱交換器，19.熱交換器的盤狀腔體，20.流向供水器的冷卻水，21.從回水水咀排匯集的回水，22.輔助冷卻容器(如副水箱或冰盒)，23冰或干冰，24.冰盒中的隔板，25.坩堝路系統(tǒng)的水箱，26.坩堝路系統(tǒng)的水泵，27.坩堝路系統(tǒng)的閥門，28.坩堝路系統(tǒng)的回水水咀排，29.坩堝路系統(tǒng)的冷介質(zhì)裝置。
具體實(shí)施方式
參照附圖1，本實(shí)用新型包括水箱03、水泵04，在水箱03下部設(shè)有出水管，出水管連接水泵04，水泵04出口連接一個管狀供水器05，沿管狀供水器05的長度方向設(shè)有一排供水水咀10，在供水水咀10上及管狀供水器05前端設(shè)有水閥09及水壓表11，供水水咀10 連接供水支管06，供水支管06在設(shè)備內(nèi)循環(huán)后連接回水支管07，回水支管07與置于水箱 3上方的回水水咀排8連接。本實(shí)用新型設(shè)計的水箱，其體積應(yīng)該只占設(shè)備總體積的幾分之一，根據(jù)設(shè)備的大小，一般在0. 03m3 3m3的范圍內(nèi)，大多是0. 05m3 Im30為了使設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊，可以將水箱03或水箱03和水泵04放進(jìn)設(shè)備的柜體02 中，供水器05則一般裝在柜體外面。在這種情況下，回水水咀排08可以也放在柜體的內(nèi)部，這時每路回水的溫度、流量和壓力無法直接觀察和感覺，必須使用若干傳感器來監(jiān)測這些參數(shù)；另外一種辦法是在柜體02的外面設(shè)置小尺寸的回水監(jiān)測盒12，將回水水咀排08 置于監(jiān)測盒12的上方，回水在監(jiān)測盒里匯集后再導(dǎo)入柜體中的水箱03 (見圖幻。在后面一種情況下，回水的情況仍然可以直接得到觀察和感覺。監(jiān)測合的側(cè)壁可以全部或部分用玻璃制作，這使對回水的觀察更加方便。在水箱置于柜體內(nèi)部的情況下，回水的水位需要用水位傳感器進(jìn)行監(jiān)控，例如浮子型的水位計或伸到柜體外面的連通器型的玻璃水位表13。在冷坩堝中，爐料的溫度大多是1000 2000°C，在小水箱的條件下，坩堝產(chǎn)生的熱量能使水箱里的水在數(shù)十秒內(nèi)沸騰，失去冷卻能力，導(dǎo)致金屬坩堝立即燒溶。所以，本實(shí)用實(shí)用新型還必須具有在使用容積很小的水箱的條件下產(chǎn)生很大的冷卻能力的特點(diǎn)。用致冷機(jī)冷卻水箱里的水其冷卻速度不夠快，而且致冷機(jī)的體積比較大，價格也比較高。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)在使用容積很小的水箱的條件下產(chǎn)生很大的冷卻能力這一目的的措施是利用冷介質(zhì)冷卻水箱里的水，冷介質(zhì)包括冷氣體(高壓氣體或液態(tài)氣體)，也可以是冰和干冰等固態(tài)物質(zhì)?？梢岳玫母邏簹怏w有很多種類，最常用的是高壓空氣、高壓氮?dú)?、高壓氧氣、高壓氮?dú)?，等等。使用時將氣源14中的氣體通過調(diào)節(jié)閥15和管路16通入水箱03中的水里 (見圖幻。這些氣體雖然不一定溫度很低，但是，它們在排放口 17排放時體積急劇增大產(chǎn)生低溫?？梢允褂玫囊簯B(tài)氣體也有很多種類，例如液態(tài)空氣、液氮、液氧、液氮等等，其使用方法與使用高壓氣體時相似(見圖幻?？紤]到液態(tài)氣體的比重小，它們總是漂浮在水面并迅速揮發(fā)，冷卻效果不好。所以，在這種情況下需要利用熱交換器18，它由液態(tài)氣體的通道組成，在通道內(nèi)流動液態(tài)氣體對交換器外面的水產(chǎn)生冷卻作用。液態(tài)氣體的溫度接近-200°C，所以冷卻效果特別強(qiáng)烈。符合上述要求的熱交換器都屬于本實(shí)用新型的范圍，其結(jié)構(gòu)可以是各種各樣的。 其例之一是在水箱03中呈螺旋形或蛇形曲折延伸的管道18(見圖2、；在第二個例子中， 熱交換器是在水箱中呈迭層狀排列相互連通的盤狀腔體19，盤狀腔體在外形上可以是平板狀、塔蓋形、倒錐面形等各種形狀，可以按照塔蓋形、倒錐面形交替排列，也可以是其它形狀和排列(見圖幻?；厮陨隙铝鬟^低溫的盤面，從盤面邊緣流到下一層，再經(jīng)過低溫盤面后流到再下一層。依次類推，回水的溫度迅速被降低。冷卻水也可以經(jīng)過在盤面上的孔洞流向下一層。在使用冷氣體的條件下，冷氣體的排放口 17和回水水路的口徑都不能小，以防回水在冷氣體排放口和回水的通道上結(jié)冰，封閉氣體排放口或回水通道。使用冰或干冰冷卻回水的辦法包括預(yù)先準(zhǔn)備一定數(shù)量的冰或干冰23，當(dāng)水箱的溫度升高時向水箱03投放冰或干冰，使水溫降低；也可以把冰置于水箱上部或上方的冰盒 22中，使回水經(jīng)過冰層23后再進(jìn)入進(jìn)入水箱03 (見圖4)。冰盒中最好設(shè)置一些隔板對，使回水在冰層曲折地流動，增加傳熱面積。在用冰冷卻的情況下，冰的熔化會導(dǎo)致水箱中水位升高，甚至溢出。因此，最好在水箱側(cè)壁上部的適當(dāng)位置設(shè)置一個或幾個溢流口和溢流管，將多余的水導(dǎo)走。為了使冷卻系統(tǒng)正常工作，必須嚴(yán)密監(jiān)控水箱中水的溫度——水溫偏高時增大冷氣體的壓力和流量，或者是增大冰或干冰的投入量；水溫過低時減小冷氣體的壓力和流量， 或者是減小冰或干冰的投入量。冷卻系統(tǒng)的幾種變體冷介質(zhì)可以直接進(jìn)入水箱03實(shí)施冷卻作用，也可以先進(jìn)入副水箱、冰盒等輔助容器22，冷卻水在其中得到冷卻和匯集，然后再進(jìn)入水箱(見圖3、圖4)。鑒于提高水溫最突出的部件是冷坩堝01，所以，可以用冷介質(zhì)單獨(dú)冷卻冷坩堝的回水，或者冷卻冷坩堝和其它幾個回水水溫較高的支路的回水，這些回水在冷卻后進(jìn)入水箱03，而其它支路的回水則直接進(jìn)入水箱。另一種辦法是由冷坩堝冷卻支路，或由冷坩堝和其它幾個回水水溫較高的冷卻支路組成使用冷介質(zhì)的單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)(以下簡稱坩堝路系統(tǒng))，該系統(tǒng)由專用的水箱25、水泵沈、供水閥門27、回水水咀28和冷介質(zhì)裝置四等部分組成。所謂冷介質(zhì)裝置可以是前面提出的用冷介質(zhì)冷卻回水的各種結(jié)構(gòu)裝置。這時，其
5它支路則組成可以不使用冷介質(zhì)的冷卻系統(tǒng)(以下簡稱其它路系統(tǒng))。實(shí)施例，圖2表示了一臺SOkw的冷坩堝真空感應(yīng)熔煉爐，冷坩堝01內(nèi)徑100mm，它能熔煉3. 5kg鋼或2. Okg的Ti。此設(shè)備的冷卻系統(tǒng)由水箱03、水泵04、供水器05、供水支管06、設(shè)備部件水路02、 回水支管07等部分組成，水箱位于設(shè)備柜體內(nèi)。在柜體外有回水監(jiān)測盒12，回水從回水水咀排08進(jìn)入回水監(jiān)測盒后再進(jìn)入封閉的水箱。該系統(tǒng)用液氮冷卻回水。液氮罐14中的液氮通過閥門14和管路16進(jìn)入水箱中的熱交換器18。熱交換器由螺旋狀的金屬管組成，液氮在管中流動使管外的回水得到冷卻。不銹鋼水箱03的容積是100升，水泵04的額定壓力是6. OMPa,額定流量是5噸 /h，出口口徑為25mm;供水器05的內(nèi)徑為40mm，在工作狀態(tài)下，調(diào)整坩堝支路的壓力為 4. OMPa,電源、變壓器和感應(yīng)圈支路的壓力為2. 5MPa，其它支路的壓力是1. 5MPa。在熔煉過程中，根據(jù)水箱出口處的水溫調(diào)節(jié)液氮流量，使水溫保持在15 20°C的范圍。該系統(tǒng)配備了比較完備的監(jiān)控裝置，它們包括水箱的水位報警，總水壓和坩堝水壓的顯示和報警，坩堝和水箱的水溫顯示和報警。此外，電源本身還有水溫、水壓和流量的報警和保護(hù)裝置。
權(quán)利要求1.一種小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，包括水箱、水泵，其特征是在水箱下部設(shè)有出水管，出水管連接水泵，水泵出口連接一個管狀供水器，沿管狀供水器的長度方向設(shè)有一排供水水咀，供水水咀連接供水支管，供水支管在設(shè)備內(nèi)循環(huán)后連接回水支管，回水支管與置于水箱上方的回水水咀排連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，其特征是 在水箱中設(shè)有熱交換器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種小型冷坩堝真空感應(yīng)熔煉設(shè)備的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，包括水箱、水泵，其特征是在水箱下部設(shè)有出水管，出水管連接水泵，水泵出口連接一個管狀供水器，沿管狀供水器的長度方向設(shè)有一排供水水咀，供水水咀連接供水支管，供水支管在設(shè)備內(nèi)循環(huán)后連接回水支管，回水支管與置于水箱上方的回水水咀排連接。其優(yōu)點(diǎn)是不依賴外界的循環(huán)水條件而形成循環(huán)冷卻回路，體積小、冷卻能力強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、美觀，容易監(jiān)控。
文檔編號F27D9/00GK201983643SQ201020696618
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者李碚 申請人:李碚