ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝固爐技術條件

1 概述：

真空感應熔煉定向凝固爐是我所以真空感應熔煉爐為基(ji)礎研制(zhi)開發的一種(zhong)用于(yu)獲得(de)晶(jing)體材料的一種(zhong)現代化(hua)設備。

2 工作原理：

本(ben)設備利用中頻感應加熱(re)進(jin)行熔化(hua)材(cai)料，然后將熔融(rong)的材(cai)料倒(dao)入特定形狀(zhuang)的坩(gan)(gan)堝(guo)(guo)內，通(tong)過石墨電阻爐 (帶(dai)組合屏) 加熱(re)、保(bao)溫、控溫。然后使坩(gan)(gan)堝(guo)(guo)緩(huan)慢下降，通(tong)過一個溫度(du)梯(ti)度(du)較大的區域，讓結(jie)晶(jing)(jing)從坩(gan)(gan)堝(guo)(guo)底部(bu)開始，逐(zhu)漸向上(shang)推(tui)移(yi)，進(jin)行晶(jing)(jing)體生(sheng)長(chang)。本(ben)產品主要(yao)適用于生(sheng)產堿(jian)鹵化(hua)物、光學晶(jing)(jing)體、閃爍(shuo)晶(jing)(jing)體、激光晶(jing)(jing)體等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功率： 145kW

3.3 中(zhong)頻電(dian)源功率： 60kW

3.4 中頻工作(zuo)電壓(ya)： 250V

3.5 中頻(pin)頻(pin)率： ＜4000Hz

3.6 輸(shu)入電壓：三相 380V

3.7 電阻爐總(zong)功率： 60kW

3.8 電阻爐工作電壓： ≤28V

3.9 電(dian)阻爐輸(shu)入電(dian)壓(ya)： 220V

3.10 力矩(ju)電(dian)機輸入電(dian)壓： 220V±10%

3.11 力矩電機速度設定： 0.5~500 轉/分(fen)

3.12 力(li)矩(ju)電(dian)機電(dian)流設定(ding)： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速范圍： 0.1~10mm/min (下降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位)

3.15 拉(la)模工(gong)作振(zhen)(zhen)動(dong)指標： 400 行(xing)程(cheng)內振(zhen)(zhen)動(dong)小于 0.05g 、擺動(dong)量小于 20μ m

3.16 熔化(hua)周期： 小于 30min

3.17 極限真(zhen)空度： 6.67×10-3

3.18 工(gong)作真(zhen)空度： 6.67×10-2

3.19 壓(ya)升率(lv)： 小(xiao)于(yu) 3Pa/h

3.20 電阻爐溫(wen)度： 極(ji)限 1400℃ ￠90×400mm 均溫(wen)區內(nei)溫(wen)差(cha)±5℃

3.21 中頻熔(rong)煉溫度： 極限 1700℃

3.22 冷卻水壓(ya)： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流量： 9m3/h

3.24 設備(bei)總重量： 3.8t (視不同的(de)中頻電源略有變化)

4 結構性(xing)能和特點：

4.1 10kg 真空感應熔(rong)煉(lian)定(ding)向凝固爐(lu)的(de)主要結構：爐(lu)體(ti)、爐(lu)蓋、提(ti)升機構、轉軸進電、線圈、保溫爐(lu)、托錠機構、真空系(xi)(xi)統、液壓系(xi)(xi)統、氣動(dong)系(xi)(xi)統、視窗機構、控溫系(xi)(xi)統等。

4.1.1 爐(lu)體、爐(lu)蓋(gai)：是(shi)組成該類電(dian)爐(lu)的(de)真空容(rong)器，所(suo)有(you)的(de)其它機(ji)構(gou)(gou)(gou)都(dou)附屬(shu)在爐(lu)體爐(lu)蓋(gai)上，爐(lu)體的(de)直徑為 800mm 立式結(jie)構(gou)(gou)(gou)，爐(lu)蓋(gai)可提升轉(zhuan)動，均(jun)采用水(shui)冷夾壁結(jie)構(gou)(gou)(gou)，爐(lu)蓋(gai)采用三(san)圓(yuan)弧(hu)結(jie)構(gou)(gou)(gou)。

4.12 提升機構：

提(ti)(ti)升(sheng)機(ji)構(gou)(gou)為爐(lu)(lu)體(ti)、爐(lu)(lu)蓋(gai)的連接機(ji)構(gou)(gou)，通(tong)過提(ti)(ti)升(sheng)機(ji)構(gou)(gou)，可將爐(lu)(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升(sheng)起來(lai)回(hui)轉(zhuan)，爐(lu)(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升(sheng)為液壓(ya)驅(qu)動(dong)，電控操作(zuo)。

4.13 轉(zhuan)軸(zhou)進電系統(tong)與(yu)傾(qing)爐機構：

轉軸為(wei)水冷同軸式饋電(dian)方式，可(ke)以(yi)(yi)拆卸，進電(dian)系統由 0.1mm 單導(dao)(dao)線(xian)組(zu)成截(jie)面導(dao)(dao)線(xian)50mm2，共 20 根(gen)，制成母線(xian)與轉軸之(zhi)間的連線(xian)，比原來(lai)(lai)單用水冷電(dian)纜(lan)的導(dao)(dao)線(xian)提高了(le)5%以(yi)(yi)上(shang)效率，線(xian)路壓降不(bu)大于(yu) 5V。這樣結(jie)構既(ji)提高了(le)效率，轉動(dong)起來(lai)(lai)也靈活、可(ke)靠。澆鑄傾(qing)爐為(wei)液壓轉動(dong)，手動(dong)操作，能夠調節傾(qing)動(dong)速度，控制臺上(shang)設有傾(qing)動(dong)操作桿。

4.1.4 感應線圈：

感應線(xian)圈(quan)(quan)(quan)是由一種紫(zi)銅管(guan)制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)，匝(za)與匝(za)之(zhi)間(jian)有 3 — 4mm 的(de)(de)(de)(de)間(jian)隙，通(tong)過(guo)外圍的(de)(de)(de)(de)絕(jue)緣板來固定位(wei)置，感應線(xian)圈(quan)(quan)(quan)和進出電(dian)極間(jian)是由螺(luo)母連接的(de)(de)(de)(de)，拆卸(xie)方便，既能保證(zheng)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)導電(dian)性能，又能保證(zheng)可靠的(de)(de)(de)(de)真空(kong)密封。由于本設備采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)(de)是感應石墨加熱(re)(re)方法，在線(xian)圈(quan)(quan)(quan)與石墨發熱(re)(re)體之(zhi)間(jian)應有 20~30mm 保溫絕(jue)緣材(cai)料，以免(mian)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)短路，也防止了線(xian)圈(quan)(quan)(quan)直接受熱(re)(re)輻射。從(cong)試驗結果來看，最 大線(xian)圈(quan)(quan)(quan)電(dian)壓不應大于 250V，以免(mian)引起放電(dian)。

4.15 保溫爐：

采用三(san)段電(dian)阻加熱(re)(re)，發(fa)熱(re)(re)元件為高純，高密度(du)(du)石(shi)墨，加熱(re)(re)器為圓形結構，有效溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)區長400mm，熱(re)(re)區溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)差±5℃。保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)采用兩層(ceng)鉬屏，兩層(ceng)不銹(xiu)(xiu)鋼屏，一層(ceng)碳氈組成的組合屏結構，用隔離環和(he)支撐桿連(lian)接。外(wai)殼(ke)采用δ 4mm 無磁不銹(xiu)(xiu)鋼，分(fen)為三(san)段，可調(diao)整(zheng)三(san)段發(fa)熱(re)(re)體的間(jian)隙(xi)，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)爐工作溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在(zai) 800~1300℃。該保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)爐利(li)用可控(kong)硅調(diao)壓電(dian)源通過三(san)段石(shi)墨發(fa)熱(re)(re)體進(jin)(jin)行(xing)加熱(re)(re)，由 PAC16P 單相調(diao)壓調(diao)功/一體化(hua)智能(neng)電(dian)力調(diao)整(zheng)器與 SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控(kong)制(zhi)表進(jin)(jin)行(xing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控(kong)制(zhi)，自動升溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)。全過程的微機操作系統可以對(dui)加熱(re)(re)功率、溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)、升降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)速度(du)(du)等工藝參數進(jin)(jin)行(xing)設置和(he)修改(gai)，并可對(dui)采集的各(ge)類數據進(jin)(jin)行(xing)存儲、顯示，并打印各(ge)種工作狀態值及曲(qu)線圖(tu)，以便對(dui)工藝進(jin)(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)分(fen)析。

另外，用坩(gan)堝下降法生長晶體，對于坩(gan)堝材料的選(xuan)擇和形(xing)狀的設(she)計，都有(you)具體要(yao)求，由(you)客戶自(zi)己(ji)掌握(wo)。

4.1.6 托(tuo)錠機構：

托錠機構由兩部(bu)分(fen)組成，出鋼機構、錠模(mo)升降。

4.1.6.1 出(chu)鋼機(ji)構為(wei)液(ye)(ye)壓驅(qu)動(dong)，液(ye)(ye)壓缸(gang)通過(guo)連接元(yuan)件帶動(dong)上、下(xia)連在一起的(de)(de)兩(liang)塊滑(hua)板，使錠模(mo)升降(jiang)機(ji)構做整(zheng)體上、下(xia)移動(dong)，行程(cheng)為(wei) 650mm，此導(dao)軌副為(wei) D 級的(de)(de)滾珠直線導(dao)軌副，傳(chuan)動(dong)定位準確(que)、可(ke)靠。

4.1.6.2 錠模升(sheng)降機構：

此機構采用力(li)矩(ju)測速(su)機組(zu)加微型擺(bai)線減速(su)器帶(dai)動一根(gen) D 級的滾珠絲桿，上升(sheng)下降(jiang)坩堝(guo)(坩堝(guo)放(fang)置(zhi)在(zai)冷卻水的升(sheng)降(jiang)托桿上)，水冷升(sheng)降(jiang)托桿在(zai)爐體(ti)部分裝(zhuang)了一個盛有室溫為(wei)液態合金的水冷套，有效(xiao)的阻擋了揮發物在(zai)水冷升(sheng)降(jiang)托桿上的沉積，從而(er)降(jiang)低了傳動阻力(li)，杜絕了由于沉積物過(guo)多(duo)，阻力(li)過(guo)大，致使力(li)矩(ju)電機堵(du)轉，中斷晶體(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)的情況發生(sheng)(sheng)。坩堝(guo)的下降(jiang)速(su)度為(wei) 0.1—10mm/min，連(lian)續(xu)可調，傳動平穩、無噪音、無爬(pa)行，力(li)矩(ju)測速(su)機組(zu)的電源(yuan)有計算機接口，可遠(yuan)程控(kong)制晶體(ti)的生(sheng)(sheng)長(chang)速(su)率。

4.1.6.3 真空(kong)系統：

為(wei)了能在整個熔(rong)煉過程中，有良(liang)好的工作真空度，本設(she)備真空機(ji)組配置為(wei) KT—300 油擴散泵(beng)一臺、ZJ—150 羅(luo)茨(ci)泵(beng)一臺、2X—70 機(ji)械泵(beng)一臺。真空系統均有氣動閥(fa)門來控制，閥(fa)門由￠300mm 氣動翻板閥(fa)、￠90mm 氣動蝶(die)閥(fa)、￠

100mm 氣動蝶閥、￠80mm 電(dian)(dian)磁(ci)放(fang)氣閥組成。所(suo)有閥門均由壓縮空氣驅(qu)動，電(dian)(dian)氣開關操作，亦可手(shou)動操作，方便(bian)快捷(jie)，閥門使用壽命(ming)長。

4.1.6.4 液壓系統：

主要(yao)滿足爐(lu)蓋的(de)提升，坩堝(guo)傾(qing)轉(zhuan)，托錠(ding)機構上升、下降等(deng)動(dong)力驅動(dong)，爐(lu)蓋提升、托錠(ding)機構提升可調速，同時設(she)有液(ye)壓鎖，保證其動(dong)作安全可靠，傾(qing)爐(lu)采用我所設(she)計開發的(de)手動(dong)液(ye)壓比例閥，以便(bian)控制澆注速度。

4.1.6.5 氣動(dong)系(xi)統：

所有(you)閥門均為(wei)氣動驅動，操(cao)作為(wei)電動、手動操(cao)作。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐(lu)蓋上(shang)(shang)安有(you)視(shi)窗機構，三個觀(guan)察孔(kong)，均(jun)為雙層石(shi)英玻(bo)璃(li)，另(ling)有(you)一組隔熱屏，其(qi)上(shang)(shang)有(you)銅刷(shua)，由一臺微型(xing)電(dian)(dian)機驅動(dong)，電(dian)(dian)機轉動(dong)時可(ke)(ke)觀(guan)察爐(lu)內的(de)情況(kuang)，并可(ke)(ke)有(you)效的(de)防止金(jin)屬蒸(zheng)氣對玻(bo)璃(li)的(de)污染，同時利用(yong)銅刷(shua)隨時清除附著(zhu)玻(bo)璃(li)上(shang)(shang)的(de)臟物，如玻(bo)璃(li)損壞，亦可(ke)(ke)以方便調換。其(qi)中一個觀(guan)察孔(kong)，制成水冷觀(guan)察孔(kong)，以便用(yong)戶配置電(dian)(dian)視(shi)攝象機時，保護攝象頭。一個為用(yong)戶配紅外測(ce)溫裝(zhuang)置時用(yong)，另(ling)一個可(ke)(ke)讓操作者直接觀(guan)察。

4.1.6.7 測溫裝(zhuang)置(zhi)：

在(zai)(zai)(zai)爐體(ti)上有一組(zu)、爐底有三(san)組(zu)測溫(wen)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，裝(zhuang)(zhuang)上 WRE5/26 熱電(dian)偶和(he)保護管，可(ke)分別實現對(dui)熔煉爐和(he)保溫(wen)爐的連續在(zai)(zai)(zai)線(xian)測溫(wen)，由普通(tong)測溫(wen)表可(ke)直接(jie)讀出溫(wen)度數值。保溫(wen)爐上另裝(zhuang)(zhuang)有三(san)組(zu) WRE5/26 熱電(dian)偶，配三(san)塊 SR53 智(zhi)能溫(wen)度控制表，可(ke)實現在(zai)(zai)(zai)線(xian)連續測溫(wen)控溫(wen)，配有計算機接(jie)口，具備溫(wen)度——功率閉環控制，升溫(wen)、恒(heng)溫(wen)自動控制，工藝(yi)溫(wen)度在(zai)(zai)(zai)線(xian)存儲(chu)功能。

爐體上設(she)有氣(qi)(qi)動充(chong)放(fang)氣(qi)(qi)閥一件，滿(man)足用(yong)(yong)戶對爐體放(fang)氣(qi)(qi)，充(chong)保(bao)護性氣(qi)(qi)體的要求，在爐體上另設(she)有備用(yong)(yong)接口一對。