CN111960648A - 一种多功能电熔炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多功能电熔炉,包括炉体,坩埚和成型装置,成型装置由可拆卸式芯模及口模组成,成型装置设置在坩埚的底部,所述炉体内设有坩埚,坩埚内设有芯杆,芯杆下部与芯模连接,坩埚的底部设有口模。本发明的多功能电熔炉,利用不同形状的芯模和口模使连熔的石英形成管、棒、板等不同的形状,连接方式简单,便于更换,根据产品要求实施调整模具。所述芯模和口模的材质为钨及钨合金、钼及钼合金,同时对材质成分和制备方法进行了优化,通过设计合理的化学成分及配比,以及采用合理的制备工艺,使制成的口模和芯模机加工性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种电熔炉,具体涉及一种石英玻璃生产用多功能电熔炉, 属于石英玻璃生产技术领域。
背景技术
现有石英玻璃生产用连熔炉,其坩埚在炉体内的位置多是固定式的, 即坩埚与周围发热装置的位置相对固定。加热装置通过热辐射及热传导对 坩埚进行加热,使坩埚内的石英砂原料变成石英玻璃熔体,进而在牵引装 置的牵引下通过坩埚底部的成型装置拉制成型。为获得更好的产品质量, 需要将坩埚内的原料进行高温熔炼(1800-2400℃),而在成型区又需要快 速使石英玻璃熔体的温度调整到适宜成型的范围。现有连熔炉难以实现区别控温,要保证成型就容易出现因熔炼温度不够导致产品内部气泡等缺陷 增多,而要保证高温熔炼效果则容易出现成型区温度过高,产品尺寸难以 控制。并且,现有的连熔炉生产不同类型的产品需要用到多台连熔炉,难 以做到多种产品兼容生产。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供了一种多功能电熔炉,能够实现熔炼 区及成型区差别式精准控温,获得更高的产品内部及外观质量。同时能实 现用一台电熔炉兼容生产不同类型的石英玻璃产品。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:
一种多功能电熔炉,包括炉体,坩埚和成型装置,成型装置由可拆卸式芯 模及口模组成,成型装置设置在坩埚的底部,所述炉体内设有坩埚,坩埚内设 有芯杆,芯杆下部与芯模连接,坩埚的底部设有口模。
进一步地,所述芯模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与芯 杆连接,所述口模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与坩埚连接。
进一步地,所述芯模和口模的材料为钨及钨合金、钼及钼合金。
进一步地,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包 括:Cr:0.07-0.8%、Ni:1.23-1.6%、Co:2.1-2.3%、Mo:0.02-0.08%、C≤0.01%, 氧化稀土0.8%-2.32%,余量为钨。
进一步地,所述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,步骤(1):制备钨合 金,按质量百份比称取仲钨酸铵和稀土,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至 100-120℃,然后在反应釜中加入稀土,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合 粉末,然后在氢气的保护下高温还原得到稀土钨合金粉末,然后加入Cr粉, Ni粉,Co粉,Mo粉,在氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等 静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,预烧结温度为 1310-1350℃,预烧结时间为15-60min,制得精坯料;
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度 为2400℃-2520℃,高温烧结时间为4-10h,制得半成品;对半成品进行表面光 洁度和精度加工处理得到芯模和口模。
进一步地,还包括炉盖、中心炉盖,所述中心炉盖通过可升降坩埚座与炉 盖连接,所述中心炉盖上设有调偏装置,炉体内设有坩埚,坩埚吊装在可升降 坩埚座内,坩埚内部设有芯杆,芯杆上部通过调偏装置固定在中心炉盖上,坩 埚***设有上发热装置及下发热装置,发热装置外部依次铺设有耐高温砖及保 温砂。
进一步地,所述成型装置包括口模与芯模,通过更换口模与芯模来生产不 同的石英玻璃产品,所述玻璃产品可以是管、板、棒。
进一步地,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包 括:Cr:0.2-0.65%、Ni:1.35-1.5%、Co:2.18-2.23%、Mo:0.04-0.06%、C≤0.01%, 氧化稀土1.45%-2.15%,余量为钨。
进一步地,步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中, 再装入等静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,首先加热 到200-350℃,保温1-4小时,然后加热到700-800℃,保温2-6小时,然后加 热到预烧结温度为1310-1350℃,预烧结时间为15-60min,制得精坯料。
进一步地,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包 括:Cr:0.44%、Ni:1.42%、Co:2.22%、Mo:0.05%、C0.002%,氧化稀土1.85%, 余量为钨;所述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,步骤(1):制备钨合金, 按质量百份比称取仲钨酸铵和稀土,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至110℃, 然后在反应釜中加入稀土,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合粉末,然后 在氢气的保护下高温还原得到稀土钨合金粉末,然后加入Cr粉,Ni粉,Co 粉,Mo粉,在氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等 静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,首先加热到315℃, 保温2小时,然后加热到740℃,保温4小时,然后加热到预烧结温度为1335℃, 预烧结时间为45min,制得精坯料;
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度 为2460℃,高温烧结时间为5h,制得半成品;对半成品进行表面光洁度和精 度加工处理得到芯模和口模。
进一步地,所述稀土是铈、钇、锶中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明的多功能电熔炉,利用不同形状的芯模和口模使连熔的石英形 成管、棒、板等不同的形状,连接方式简单,便于更换,根据产品要求实 施调整模具。
对芯模和口模的材质和制备方法进行了优化,通过设计合理的化学成 分及配比,以及采用合理的制备工艺,使制成的钨合金口模和芯模机加工 性能好,不易出现开裂脱落的情况,保证了模具的寿命和多样性。同时, 本发明的钨合金,具有密度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性强、耐高温 性好和冷热转换不变形等优点,在提高玻璃成型速度的同时,还提高了玻 璃制品的质量,模具本身的使用寿命也大大的提高。
本发明通过稀土元素与钨反应产生钨合金,由于钨合金中的氧化稀土 能均匀弥散分布,细化了材料的晶粒,能显著提高钨合金的力学性能,从 而增强钨合金的可塑性和抗裂变抗拉强度。
通过烧结制度的优化设计,使获得的钨合金模具材料获得更佳的高温 耐低周疲劳性能,其晶粒度更加细化,从而得到更佳的高温性能,提高了 模具材料的抗拉性能,进一步减少了钨合金模具的加工开裂问题,提高产 品合格率。增加了模具的寿命。
本发明的石英玻璃生产用多功能电熔炉的可升降坩埚座通过调节螺杆 来调整坩埚与发热装置之间的相对高度,来调整坩埚内部的温度梯度分布, 优化烧结排气工艺,使产品质量达到最佳。所述加热装置可实现坩埚内部 差别式控温,既能保证熔炼区的高温达到最佳的熔炼效果,又能保证成型 区的温度低至适宜温度,获得更准确的产品尺寸。所述成型装置可以通过 更换口模与芯模来生产不同的石英玻璃产品。
附图说明
图1为多功能电熔炉的结构示意图;
图2为生产石英玻璃管的的成型装置示意图;
其中:1-调偏装置,2-炉盖,3-炉体,4-芯杆,5-坩埚,6-保温砂,7-耐高 温砖,8-水套,9-石英管棒,10-排尘口,11-成型装置,12-口模,13-芯模,14- 辅助电极,15-下发热装置,16-上发热装置,17-炉体支座,18-主电极,19-可 升降坩埚座,20-调节螺杆,21-中心炉盖,22-加料口,23-控气装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明 实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发 明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例, 本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种多功能电熔炉,包括炉体3、炉盖2、中心炉盖21,所述中心炉 盖21通过可升降坩埚座19与炉盖2连接,所述中心炉盖21上设有调偏装 置1。炉体3内设有坩埚5,坩埚5吊装在可升降坩埚座19内,坩埚5内 部设有芯杆4,芯杆4上部通过调偏装置1固定在中心炉盖21上。芯杆4 下部与芯模13连接。坩埚***设有上发热装置16及下发热装置15。发热 装置15、16外部依次铺设有耐高温砖7及保温砂6。坩埚5的底部设有口 模12,口模12与芯模13共同组成成型装置11。
所述可升降坩埚座通过调节螺杆20来调整坩埚与发热装置15、16之 间的相对高度,来调整坩埚内部的温度梯度分布,优化烧结排气工艺,使 产品质量达到最佳。
所述加热装置15、16可实现坩埚5内部差别式控温,既能保证熔炼区 的高温达到最佳的熔炼效果,又能保证成型区的温度低至适宜温度,获得 更准确的产品尺寸。
所述成型装置11包括口模12与芯模13,可以通过更换口模与芯模来 生产不同的石英玻璃产品如管(图2B)、板(图2C)、棒(图2D)。
所述芯模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与芯杆连接, 所述口模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与坩埚连接。通 过替换芯模和口模来改变成型装置和尺寸。
所述成型装置11,如图2B,当生产石英管产品(图2B)时,通过改 变成型装置尺寸的大小可以生产不同直径和壁厚的管材。
所述成型装置11,如图2C,当生产石英板产品时,通过改变出料间隙 的尺寸与形状可以生产不同厚度或宽度的板材,也可以生产异型板材。
所述成型装置11,如图2D,当生产石英棒产品时,通过改变口模内孔 的尺寸与形状可以生产不同直径无“黒芯”的棒材。
所述成型装置11,也可以通过调整口模12与芯模13的形状来生产异 型(如方形、半圆形等)石英玻璃材料。
所述芯模和口模的材料为钨及钨合金、钼及钼合金。
实施例2
当本申请的所述芯模和口模为钨合金时,做出进一步说明。
所述芯模和口模的材料为钨合金的制备方法,所述钨合金按质量百份比包 括:Cr:0.24%、Ni:1.42%、Co:2.2%、Mo:0.065%、C 0.004%,氧化镧1.24%, 余量为钨。
述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,步骤(1):制备钨合金,按质量百 份比称取仲钨酸铵和镧,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至115℃,然后在反应 釜中加入镧,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合粉末,然后在氢气的保护下 高温还原得到稀土镧钨合金粉末,然后加入Cr粉,Ni粉,Co粉,Mo粉,在 氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等 静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,预烧结温度为 1335℃,预烧结时间为40min,制得精坯料;
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度 为2445℃,高温烧结时间为6h,制得半成品;对半成品进行表面光洁度和精 度加工处理得到芯模和口模。
对本实施例制备的口模和芯模的性能进行检测,硬度达到435HB,抗 拉强度达1350MPa,机械加工性能优良,制成的模具的2200℃下使用120 天不变形。
实施例3
所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包括:Cr: 0.45%、Ni:1.33%、Co:2.26%、Mo:0.06%、C0.005%,氧化铈1.75%,余量 为钨。
所述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,步骤(1):制备钨合金,按质量 百份比称取仲钨酸铵和稀土铈,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至105℃,然后 在反应釜中加入稀土铈,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合粉末,然后在 氢气的保护下高温还原得到稀土钨合金粉末,然后加入Cr粉,Ni粉,Co粉, Mo粉,在氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等 静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,首先加热到240℃, 保温3.5小时,然后加热到785℃,保温4小时,然后加热到预烧结温度为1335℃, 预烧结时间为40min,制得精坯料。
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度 为2500℃,高温烧结时间为6h,制得半成品;对半成品进行表面光洁度和精 度加工处理得到芯模和口模。
对本实施例制备的口模和芯模的性能进行检测,硬度达到440HB,抗 拉强度达1375MPa,机械加工性能优良,制成的模具的2200℃下使用120 天不变形。
虽然本发明所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发 明而采用的实施方式,并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技 术人员,在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形 式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明的专利保护范围,仍须以所 附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种多功能电熔炉,其特征在于,包括炉体,坩埚和成型装置,成型装置由可拆卸式芯模及口模组成,成型装置设置在坩埚的底部,所述炉体内设有坩埚,坩埚内设有芯杆,芯杆下部与芯模连接,坩埚的底部设有口模。
2.如权利要求1所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与芯杆连接,所述口模通过螺纹、卡爪卡扣连接或借助第三方连接部件与坩埚连接。
3.如权利要求1或2所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模和口模的材料为钨及钨合金、钼及钼合金。
4.如权利要求3所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包括:Cr:0.07-0.8%、Ni:1.23-1.6%、Co:2.1-2.3%、Mo:0.02-0.08%、C≤0.01%,氧化稀土0.8%-2.32%,余量为钨。
5.如权利要求4所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,
步骤(1):制备钨合金,按质量百份比称取仲钨酸铵和稀土,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至100-120℃,然后在反应釜中加入稀土,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合粉末,然后在氢气的保护下高温还原得到稀土钨合金粉末,然后加入Cr粉,Ni粉,Co粉,Mo粉,在氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,预烧结温度为1310-1350℃,预烧结时间为15-60min,制得精坯料;
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度为2400℃-2520℃,高温烧结时间为4-10h,制得半成品;对半成品进行表面光洁度和精度加工处理得到芯模和口模。
6.如权利要求1-5之一所述的多功能电熔炉,其特征在于,还包括炉盖、中心炉盖,所述中心炉盖通过可升降坩埚座与炉盖连接,所述中心炉盖上设有调偏装置,炉体内设有坩埚,坩埚吊装在可升降坩埚座内,坩埚内部设有芯杆,芯杆上部通过调偏装置固定在中心炉盖上,坩埚***设有上发热装置及下发热装置,发热装置外部依次铺设有耐高温砖及保温砂。
7.如权利要求5所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述成型装置包括口模与芯模,通过更换口模与芯模来生产不同的石英玻璃产品,所述玻璃产品可以是管、板、棒。
8.如权利要求4所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包括:Cr:0.2-0.65%、Ni:1.35-1.5%、Co:2.18-2.23%、Mo:0.04-0.06%、C≤0.01%,氧化稀土1.45%-2.15%,余量为钨。
9.如权利要求4所述的多功能电熔炉,其特征在于,步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,首先加热到200-350℃,保温1-4小时,然后加热到700-800℃,保温2-6小时,然后加热到预烧结温度为1310-1350℃,预烧结时间为15-60min,制得精坯料。
10.如权利要求4所述的多功能电熔炉,其特征在于,所述芯模和口模的材料为钨合金,所述钨合金按质量百份比包括:Cr:0.44%、Ni:1.42%、Co:2.22%、Mo:0.05%、C0.002%,氧化稀土1.85%,余量为钨;所述芯模和口模的制备方法包括以下步骤,步骤(1):制备钨合金,按质量百份比称取仲钨酸铵和稀土,把仲钨酸铵加入反应釜并加热至110℃,然后在反应釜中加入稀土,继续加热并搅拌直至变成干燥的复合粉末,然后在氢气的保护下高温还原得到稀土钨合金粉末,然后加入Cr粉,Ni粉,Co粉,Mo粉,在氢气保护下进行混合;
步骤(2):制备坯料,把步骤(1)制得的混合合金粉末装入胶模中,再装入等静压机内进行高压压制得到毛坯料;对毛坯料进行预烧结,首先加热到315℃,保温2小时,然后加热到740℃,保温4小时,然后加热到预烧结温度为1335℃,预烧结时间为45min,制得精坯料;
步骤(3):在中频感应炉中对步骤(2)的精坯料进行高温烧结,高温烧结温度为2460℃,高温烧结时间为5h,制得半成品;对半成品进行表面光洁度和精度加工处理得到芯模和口模。
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