TDL-F250型区熔炉的研制

20世纪90年代以来，随着科技的不断发展与进步，稀土材料以其优良的特性在各个领域中获得广泛的用途，且用量日增，效益较高。稀土金属的提纯方法主要有两大类——熔盐电解法和金属热还原法，而本设备主要是采用区熔法来提纯稀土材料，以获得纯度较高的稀土金属。

一、主要技术规范
TDL-FZ50型区熔炉，是在惰性气体氛围中以中频电源加热，将稀土金属棒局部加热至熔融状态，使易溶于液相的杂质往熔区迁移方向移动(即顶端)，而难溶于液相的杂质则沉积在熔区移动方向相反方向的固相(末端)，经多次区熔后，切去金属棒的两端，保留中间部分，再次区熔，以获得更高纯度的稀土金属的专用设备。

1、主要技术规范:
电源:三相，50Hz，380V±5％
最高加热温度:1500 C
冷炉极限真空度: 6.67x10-3pa
充气压力: ~ 0.08MPa
炉室尺寸: φ500mmX900mm
炉腔容积: 约140L
上轴有效行程: 400mm
下轴有效行程: 300mm
主机高度: 约3000mm

2、运动参数：
上、下轴拉速: 1-100mm/h
上、下轴转速: 1-30r.p.m
上、下轴快速: 手动控制

二、结构组成及机械传动简述
TDL-FZ50型区熔炉主要由底座、下传动、炉体、上传动及真空系统、电控部分组成。结构及传动原理详见图1。

上轴升降机构：上传动部件是籽晶杆直线和旋转运动的导向和传动机构。由稀土永磁直流力矩机(2)通过谐波减速器(3)与精密滚珠丝杠(5)相连，经直线导轨 (4)导向，拖动滑块(7)实现籽晶杆的慢速运动。另外，通过手轮(9)，经过一对齿轮以及谐波减速器的传动带动滚珠丝杠的快速运动。在谐波减速器的蜗杆轴端，装有电磁离合制动器，在正常工作时，必须将手轮脱开，使得电磁制动器吸合，手轮快速锁死，以确保提纯工作顺利进行。如需调整和快速升降籽晶杆(8)轴向位置时，则需将手轮压入牙嵌式离合器，制动器则脱开，实现快速升降。
上轴旋转机构：籽晶杆的旋转运动由稀土永磁直流力矩电机(6)经楔型皮带直接驱动，在完成自身旋转的同时，随滑块一起上下运动。籽晶杆的位置和提纯的长度可由侧面的标尺读出。另外，在籽晶杆的上下极限位置设有自动报警装置，当超过籽晶杆的极限位置时，自动报警，以确保设备的安全性。
下传动的结构与传动原理与上传动相同，不再赘述。

三、机械结构特点
TDL—FZ50型区熔炉是根据我校多年 的成熟经验设计而成的。结构合理，传动性能稳定，有先进的电控技术，操作简便，安全可靠。

1、主炉体结构
本设备的主炉体由炉室和炉门构成。炉室为圆柱形双层不锈钢(304L）水冷焊接结构，内壁全部采用双面氩弧焊，并经过加热去应力处理，提高了其抗腐蚀性能。炉门为弧形双层水冷结构，并在炉门中部设有观察窗，便于在提纯工作进行中，观察炉内的工作状态。炉室与炉门之间通过铰链连接，并且有密封装置，这样保证了炉体在工作过程中的密封性。炉体上设有热偶测温口，以便采用热偶对温度场进行监测。炉体的后方连接三通管道，下口与真空机组相连，后口为感应加热电源引入口。炉膛底部设有两个电极，并配有安装感应线圈的支杆，可进行小范围的高度调节。籽晶杆和坩埚杆分别通过炉体顶部和底部的密封装置，伸进炉膛做为装卡材料和支撑坩埚用，它们均为空心杆件，在工作过程中，用冷水强制冷却，在整个工作过程中，会使用冷水不断的循环冷却，致炉体及真空机组的温度保持常温。

3.2、提拉装置
在上传动及下传动结构中，均采用稀土永磁式直流力矩机，在高速和低速长期运转情况下，性能稳定，维护方便。其次，采用HJG系统D级直线导轨在长度为0．5m到1m之间，滑块与导轨基准面之间的精度小于10μm。 定位精度高，承载大，体积小，长期维持机械高精度使用状态，使上、下传动系统结构紧凑，安装方便，采用这种方式其相对运动零件滑动摩擦系数很小(0．002—0．005)，克服了爬行问题。另外，精密滚珠丝杠副的行程精度指标可以达到在任意300mm行程内的变动量不超过2．3μm，全长行程内的变动量不超过2．6μm。由此可以看出，该机构的精度是非常高的，=== 能够确保被提纯稀土金属的高纯度。

四、电器控制
上、下轴提拉和旋转分别由四套力矩机组驱动。其两套系统经电器系统控制后，在工作范围内可以在任一速度上稳定运动，且运行平稳，无振动。完全能够满足提纯工艺对运动精度的要求。
为了更好的使上轴和下轴升降保持同步，在上下轴的电机上各自配有一个旋转编码器(见图l中编号1)，其输出送给升、降速度可编程数显表，可以通过电控柜来控制上下轴的旋转与升降，使它们在提纯过程中保持同步运动。

五、结束语
TDL-FZ50型区熔炉经过认真科学的设计，严格精细的加工和安装调试，各项技术指标都达到了设计要求。通过用户的使用情况表明，该设备的机械电器性能可靠，运行平稳，受到了用户的一致好评。

本文摘自《国际电子材料》