保亭黎族苗族自治县10kg真空感应熔炼炉

ZGD10kg 真空感应熔炼定向凝固炉技术条件

1 概述：

真空感应熔炼定向凝固炉是我所以真空感应熔炼炉为基础研制开发的一种用于获得晶体材料的一种现代化设备。

2 工作原理：

本设备利用中频感应加热进行熔化材料，然后将熔融的材料倒入特定形状的坩埚内，通过石墨电阻炉 (带组合屏) 加热、保温、控温。然后使坩埚缓慢下降，通过一个温度梯度较大的区域，让结晶从坩埚底部开始，逐渐向上推移，进行晶体生长。本产品主要适用于生产碱卤化物、光学晶体、闪烁晶体、激光晶体等。

3 主要技术指标：

3.1 坩埚容积： 5~10kg (钢)

3.2 设备总功率： 145kW

3.3 中频电源功率： 60kW

3.4 中频工作电压： 250V

3.5 中频频率： ＜4000Hz

3.6 输入电压：三相 380V

3.7 电阻炉总功率： 60kW

3.8 电阻炉工作电压： ≤28V

3.9 电阻炉输入电压： 220V

3.10 力矩电机输入电压： 220V±10%

3.11 力矩电机速度设定： 0.5~500 转/分

3.12 力矩电机电流设定： 0.10~1.70A

3.13 铸模拉速范围： 0.1~10mm/min (下降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位)

3.15 拉模工作振动指标： 400 行程内振动小于 0.05g 、摆动量小于 20μ m

3.16 熔化周期： 小于 30min

3.17 极限真空度： 6.67×10-3

3.18 工作真空度： 6.67×10-2

3.19 压升率： 小于 3Pa/h

3.20 电阻炉温度： 极限 1400℃ ￠90×400mm 均温区内温差±5℃

3.21 中频熔炼温度： 极限 1700℃

3.22 冷却水压： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷却水流量： 9m3/h

3.24 设备总重量： 3.8t (视不同的中频电源略有变化)

4 结构性能和特点：

4.1 10kg 真空感应熔炼定向凝固炉的主要结构：炉体、炉盖、提升机构、转轴进电、线圈、保温炉、托锭机构、真空系统、液压系统、气动系统、视窗机构、控温系统等。

4.1.1 炉体、炉盖：是组成该类电炉的真空容器，所有的其它机构都附属在炉体炉盖上，炉体的直径为 800mm 立式结构，炉盖可提升转动，均采用水冷夹壁结构，炉盖采用三圆弧结构。

4.12 提升机构：

提升机构为炉体、炉盖的连接机构，通过提升机构，可将炉盖提升起来回转，炉盖提升为液压驱动，电控操作。

4.13 转轴进电系统与倾炉机构：

转轴为水冷同轴式馈电方式，可以拆卸，进电系统由 0.1mm 单导线组成截面导线50mm2，共 20 根，制成母线与转轴之间的连线，比原来单用水冷电缆的导线提高了5%以上效率，线路压降不大于 5V。这样结构既提高了效率，转动起来也灵活、可靠。浇铸倾炉为液压转动，手动操作，能够调节倾动速度，控制台上设有倾动操作杆。

4.1.4 感应线圈：

感应线圈是由一种紫铜管制成的，匝与匝之间有 3 — 4mm 的间隙，通过外围的绝缘板来固定位置，感应线圈和进出电极间是由螺母连接的，拆卸方便，既能保证良好的导电性能，又能保证可靠的真空密封。由于本设备采用的是感应石墨加热方法，在线圈与石墨发热体之间应有 20~30mm 保温绝缘材料，以免线圈短路，也防止了线圈直接受热辐射。从试验结果来看，最 大线圈电压不应大于 250V，以免引起放电。

4.15 保温炉：

采用三段电阻加热，发热元件为高纯，高密度石墨，加热器为圆形结构，有效温区长400mm，热区温差±5℃。保温采用两层钼屏，两层不锈钢屏，一层碳毡组成的组合屏结构，用隔离环和支撑杆连接。外壳采用δ 4mm 无磁不锈钢，分为三段，可调整三段发热体的间隙，保温炉工作温度在 800~1300℃。该保温炉利用可控硅调压电源通过三段石墨发热体进行加热，由 PAC16P 单相调压调功/一体化智能电力调整器与 SR53 智能温度控制表进行温度控制，自动升温、降温、恒温。全过程的微机操作系统可以对加热功率、温度、升降温速度等工艺参数进行设置和修改，并可对采集的各类数据进行存储、显示，并打印各种工作状态值及曲线图，以便对工艺进行研究分析。

另外，用坩埚下降法生长晶体，对于坩埚材料的选择和形状的设计，都有具体要求，由客户自己掌握。

4.1.6 托锭机构：

托锭机构由两部分组成，出钢机构、锭模升降。

4.1.6.1 出钢机构为液压驱动，液压缸通过连接元件带动上、下连在一起的两块滑板，使锭模升降机构做整体上、下移动，行程为 650mm，此导轨副为 D 级的滚珠直线导轨副，传动定位准确、可靠。

4.1.6.2 锭模升降机构：

此机构采用力矩测速机组加微型摆线减速器带动一根 D 级的滚珠丝杆，上升下降坩埚(坩埚放置在冷却水的升降托杆上)，水冷升降托杆在炉体部分装了一个盛有室温为液态合金的水冷套，有效的阻挡了挥发物在水冷升降托杆上的沉积，从而降低了传动阻力，杜绝了由于沉积物过多，阻力过大，致使力矩电机堵转，中断晶体生长的情况发生。坩埚的下降速度为 0.1—10mm/min，连续可调，传动平稳、无噪音、无爬行，力矩测速机组的电源有计算机接口，可远程控制晶体的生长速率。

4.1.6.3 真空系统：

为了能在整个熔炼过程中，有良好的工作真空度，本设备真空机组配置为 KT—300 油扩散泵一台、ZJ—150 罗茨泵一台、2X—70 机械泵一台。真空系统均有气动阀门来控制，阀门由￠300mm 气动翻板阀、￠90mm 气动蝶阀、￠

100mm 气动蝶阀、￠80mm 电磁放气阀组成。所有阀门均由压缩空气驱动，电气开关操作，亦可手动操作，方便快捷，阀门使用寿命长。

4.1.6.4 液压系统：

主要满足炉盖的提升，坩埚倾转，托锭机构上升、下降等动力驱动，炉盖提升、托锭机构提升可调速，同时设有液压锁，保证其动作安全可靠，倾炉采用我所设计开发的手动液压比例阀，以便控制浇注速度。

4.1.6.5 气动系统：

所有阀门均为气动驱动，操作为电动、手动操作。

4.1.6.6 视窗机构：

在炉盖上安有视窗机构，三个观察孔，均为双层石英玻璃，另有一组隔热屏，其上有铜刷，由一台微型电机驱动，电机转动时可观察炉内的情况，并可有效的防止金属蒸气对玻璃的污染，同时利用铜刷随时清除附着玻璃上的脏物，如玻璃损坏，亦可以方便调换。其中一个观察孔，制成水冷观察孔，以便用户配置电视摄象机时，保护摄象头。一个为用户配红外测温装置时用，另一个可让操作者直接观察。

4.1.6.7 测温装置：

在炉体上有一组、炉底有三组测温装置，装上 WRE5/26 热电偶和保护管，可分别实现对熔炼炉和保温炉的连续在线测温，由普通测温表可直接读出温度数值。保温炉上另装有三组 WRE5/26 热电偶，配三块 SR53 智能温度控制表，可实现在线连续测温控温，配有计算机接口，具备温度——功率闭环控制，升温、恒温自动控制，工艺温度在线存储功能。

炉体上设有气动充放气阀一件，满足用户对炉体放气，充保护性气体的要求，在炉体上另设有备用接口一对。