[发明专利]一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层及其喷涂方法与装置

说明书

本发明公开了一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层及其喷涂方法与装置，所述的喷涂方法以煤油和纯氧气为燃料在喷涂装置燃烧室内燃烧同时注入离子水降温增压，并调节拉乌尔喷嘴控制恒定压力，以氮气为载粉气源，使用内置分流头的短喷管，在较短喷距下喷涂制备金属涂层。所述的金属涂层具有一定厚度，且与炉壁基体间结合强度低、内部组织疏松、孔隙率大、表面粗糙度高，能在10^‑2 Pa真空熔炼条件下不自由脱落，且在一定温度下易结壳，从而使得涂层清理容易，大大减轻了清炉操作者的劳动强度，减少损害和危害，同时清理下的壳状涂层中高熔点杂质含量少，既可作熔炼回收料，又可以再次用作喷涂原料，显著提高了难熔金属电子束熔炼加工的经济性。

技术领域

本发明属于高熔点金属提纯加工技术领域，进一步属于电子束熔炼技术领域，具体涉及一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层及其喷涂方法与装置。

背景技术

电子束熔炼是一种特殊的真空冶金设备，利用炉中的电子枪可将几十至数百kW的高能电子束聚焦在1cm²左右的焦点上，产生3500°C以上的高温。当高能电子束聚焦在欲熔炼的钛、钨、钼、钽、铌等难熔金属原料上时，就能够将这些金属熔化，达到熔炼或提纯的目的。由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质大量蒸发，从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。

电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯用的设备。熔炼过程在真空环境中进行，由于电子束的轰击作用，熔池中的金属会飞溅到炉壁上。例如，熔炼钛的统计数据表明，约有5%~8%的飞溅物覆盖在炉壁上。熔炼同一种金属时，达到一定炉数或定期需要清理炉壁，若更换不同金属，清炉会更加频繁，甚至熔炼一次就需要及时清炉，高纯材料提纯时，清炉的要求会更加严格。由于炉腔操作空间有限，专用清理设备较难发挥作用，清炉工作基本靠人工进行，该工作十分辛苦，甚至还有危险。比如熔炼钛和钛合金时，清理飞溅在炉壁上的钛覆盖层时，粉尘飞扬、火花四射，不仅严重损害操作者的健康，而且极易造成灼伤、烫伤，甚至引起火灾事故；另外，清炉时多采用铲、刮、磨削等手工方法，易将炉壁基材不锈钢、铜屑、硅等混入到钛的清理物中，由于铁、镍、铜等较难从钛中提纯清除，使清理物的回收利用变得十分困难，钛的清理物只能作为废料处理。钛等高熔点金属价格昂贵，飞溅造成的材料损耗对熔炼加工经济成本影响很大。对此，有必要发明一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层来解决上述问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层，本发明的第二目的在于提供一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层的喷涂装置，本发明的第三目的在于提供一种电子束熔炼炉壁易清理金属涂层的喷涂方法。

本发明的第一目的是这样实现的，所述的金属涂层的厚度为0.1 mm ~1mm，与炉壁基体间的结合强度为4 N/mm²~18N/mm²，自身孔隙率为10%~30%，表面粗糙度为15.0μm ~25.0μm，氧含量为1.10wt%~1.70wt%，显微硬度为150 HV ~250HV。

本发明的第二目的是这样实现的，所述的喷涂装置包括水冷系统（1），离子水注入系统（2），煤油供给系统（3），点火系统（4），氧气供给系统（5），第一送粉系统（6），第二送粉系统（7），燃烧室（14），短喷管（17），分流头（18），所述的燃烧室（14）的入口端设置有与离子水注入系统（2）连接的离子水入口（11）、与煤油供给系统（3）连接的煤油入口（10）、与点火系统（4）连接的点火器（13）、与氧气供给系统（5）连接的氧气入口（9）；所述的燃烧室（14）的出口端设置拉乌尔喷嘴（15）；所述的拉乌尔喷嘴（15）与短喷管（17）之间设置有与第一送粉系统（6）连接的第一送粉嘴（16）和与第二送粉系统（7）连接的第二送粉嘴（26），所述的第一送粉嘴（16）与第二送粉嘴（26）相对设置；所述的分流头（18）设置在短喷管（17）的末端，所述的分流头（18）上设置有导流槽。

本发明的第三目的是这样实现的，包括以下步骤：