一、发明背景

所有技术通常都包括工艺和工装两大部分，或软件和硬件两大部分。技术发展初期，多 半都是相对静态的，即工艺过程之间，每一过程的各个组元及其参数之间、工装的总体状态、 工装各组元之间，通常都是相对静态的：即现有技术的动态环节(动力、传动、执行机构)， 往往都是固定的，比较简单的机械运动状态(多半为相对静止或相对作简单匀速运动)，才易 于构成再现性高的技术体系关系。静态关系比较明确、直观、单一，技术易于实现和推广应 用(易于工业化)。静态技术发展到一定阶段就将受到局限，动态技术多半能打破这些局限， 开拓广阔得多的领域。

例如：关于成型技术，相对静态的是利用模具成型的范成法，动态成型则是利用刀具(工 具)和工件之间的运动成型(展成法)，展成法开拓了范成法难于或不可能应用的广阔得多的 成型领域。

再如：一般电极工作时，正负极是相对静态的，电火花加工的电极工作时，正负电极是 动态的，通常电火花加工的负极(工具)相对于正极(工件)是运动的，解决了静态电极很 易消耗甚至烧毁的难题，细铜丝也能切割硬钢。

现有动态技术存在下列不足：

1.1理论上全面深入研究很不够，现有技术的理论基础往往是相对静态的，给广大习惯 于现有技术体系的工程技术人员的创新思想造成巨大盲区，使他们很少想到或难于自觉运用 改变现有技术体系的运动状态来实现重大技术突破。

1.2动态器件结构比较单一，功能也比较单一，应用范围很小，比如前述的展成法的刀 具，往往只局限于机械切削刀具，没有使用电火花加工的电热“切削”在广大的展成刀具上， 没有将电火花加工采用动态电极解决了静态电极易于损耗甚至烧毁难题的宝贵优点拓展应用 于冶金、建筑、石化、发电(含电池)、照明、能源、海洋、交通、空间、生物工程、核反应 等更广泛的先进制造领域和材料领域。

1.3现有动态器件多半工作温度不高，超过器件材料熔点的往往被视为不可能，冷却方 式多半是外冷，冷却强度较低。

1.4现有动态器件的结构、形式、造价、材质、电源都难于大面积拓展应用，主要原因 是它们基本上都是在存在上述3条不足的背景下产生和发展的，多半功率较小，造价较高， 一般只局限于小范围的特种加工应用。

1.5动态器件局限于刚体。

二、发明目的和实现途径

本发明的目的就是克服现有动态技术的不足，使其得到更大范围的拓展应用。

本发明目的可通过下列途径实现：

2.1向提高工作温度的领域拓展应用，可采取下列措施：

①增加冷却强度，如：增加内冷；增加冷却介质的流速和传热面积；增加冷却介质的导 热系数(选取导热系数高的冷却介质)；增加需强化冷却器件的导热系数(选取导热系数高的 材料制作)。

②提高与高温区接触器件的运动速度V，使其在高温区中的相对停留时间减少到许用范 围。如本发明的动态电极V选用3-30米/秒，必要时选用50-200米/秒，甚至更高。

③转移高温区，使高温区运动(连续或断续)，避免集中“威胁”(加热)某些工作点。

④对于冶金炉和其它高温反应容器，当温度超过容器本身的熔点时，在容器和高温反应 物之间增加“过渡环节”，利用“过渡环节”的传热惯性保持(约束)高温反应物在适度空间 范围。如冶金炉中的“凝壳炉”和核反应中的惯性约束环节。

⑤改变动态器件的结构、材质等相关参数，使之有利于实现上述改进措施。

2.2向提高精度领域拓展应用可采取下列措施：

①应用本发明动态技术使制约传感环节大幅度提高精度的结构和选材得到突破。

②应用本发明动态技术，改变传输环节的传输机理、传输结构及其选材，大幅度提高传 输精度。

③应用本发明动态技术，加大频谱宽度，实施多元多路“谐振一共振激发”，大幅度提高 分析处理环节精度。

④应用本发明动态技术，增加随机自动(自适应)修正误差系统，提高精度。

⑤应用本发明动态技术，增多动态成型环节，减小每一环节的成型修正量或切削量或压 下量——将“拉削”原理应用于轧压，提高精度。

⑥应用本发明动态技术，移植超精加工环节代替常规精加工，提高精度。

⑦应用本发明动态技术，使动态成型元件产生“聚焦”功能并多级“聚焦”，形成精度足 够高的“高能束”刀具，取代普通成型工具，由于高能束切削切削力极小，极易于大幅度提 高成型精度，如图9，图中转辊聚焦多级动态电报体系产生高能束并使它多级聚焦。

2.3向扩大工作压力范围领域拓展应用可采取下列措施：

①利用本发明动态技术，减小必需扩大压力范围——提高压力或真空度范围的有效容积， 如将冶金炉腔中的自由空间(熔池和渣池以外的炉腔空间)减至最小，如图2、图3中上、 下炉体或结晶器的相对运动。

②利用本发明动态技术，减小工作系统的尺度到易于实现全密封。

③应用本发明动态技术，制造耐压性能大幅度提高的无焊缝高压容器。

2.4向扩大功能领域拓展应用可采取下列措施：

①增多功能：如将冷却功能动态环节(循环水冷系统的水流)同时增加为动力传输功能 的传输动力环节，如图7(5)；在动态电极的传电功能过程中增加搅拌功能和破碎阻挡物功 能，如图1，图2，图7，在动态转轮电极的转轮园周上开斜槽。

②突破临界点：改变动态环节的相关参数(如转速、尺度、电压、电流等)及动态环节 件数、工位数，或改变结构和选材，或同时选择组合，突破原有功能临界点。

③创造新的功能：将静态环节改为动态环节(尤其是带电环节产生的新的电磁场的动态 过程)将产生原有静态环节没有的若干新效应，新功能可供选择利用。

2.5向组合化、综合化、复合化、大型化、微型化、重型化、轻量化、强化、超强化、 自动化、智能化等更深远广大领域拓展应用，可采取下列措施：

将本发明的相关技术与现有相关技术：

①选择组合，相互移植(照搬，转移)；

②选择综合，相互嫁接(增加特殊接口)；

③选择复合，相互渗透(增加特殊界面处理)；

④选择结合，相互反应——相互作用(增加创新效应)。

三、本发明的动态器件的形式、结构、设计要点、参数选择

3.1形式、结构

直接照搬现有动态器件的形式和结构，难于或不可能满足本发明的拓展要求，需进行多 方面的改进和发展，本发明采用的动态器件的形式和结构主要有：(以动态电极为基础典型实 例代表)

3.1.1转管式：如图1(A)，图2(12)，图3(6、14)，图4(9)，图5(2)，图8(8)， 图9(2、3)。含旋转运动和轴向运动。尺寸较小，造价较低，一般多用于温度不太高场合。 含转辊式，转锥体式等轴向尺寸较大的旋转体。

3.1.2转轮式，如图1(B)，图2(1)，图4(4)，图5(8)，图6(1)，图7(5)，图8 (7)，图9(6)。图6为转轮式动态电极系统。型式：马达传动，内支承管喷水冷却式。应 用：ST-CPC一步熔敷；ST喷涂；ST结晶器导电系统等。图中

1-转轮式动态电极；            2-导电(输电)环支承；

3-绝缘传动带；                4-支承座夹管侧(夹紧内支承喷管侧)；

5-内支承喷管；                6-进水软管接头；

7-密封圈；                    8-绝缘瓦；

9-塞头；                      9.1-喷水孔；

9.2喷水内冷腔；               10-密封垫；

11-支承座出水腔侧；           11.1-出水汇集腔；

12-出水管接口；               13-马达；

上述结构可作两类绝缘设计：

①半绝缘(小系统绝缘)：转轮电极系统(动态电极系统)绝缘，使用绝缘带传动，非动 态电极系统(马达座架系统不带电，冷却系统(水液冷)未完全绝缘(弱带电，通过水液传 电)。

②全绝缘(大系统动态电极头箱体绝缘)。包括水液冷却系统(含水箱、马达、机座、传 动系统等都带电，但与其它系统绝缘。

含光轮、齿轮、带枟轮、一般只有旋转运动和径向运动，尺寸较大，造价较高，适用于 各种温度，含转环式、转盘式等径向尺寸较大的旋转体。

3.1.3条状动态端头式：包括转轮动态端头式：如图7(5)，图1(C)。

履带动态端头式：如图1(D)

条状可作成园柱状，直接取代现有技术的石墨电极，一般用于较小电流，温度不太高场 合，转轮可兼有传动、传电、冷却多种功能如图1(C)(b)

图7为端头转轮式动态电极(A型)

图中：

1、进水接口；2、进气接口(必要时使用)；3、出水接口；

4、电极体；5、转轮电极；6、轴流式水轮桨；7、紧固螺钉。

设计要点：

1、必要时使用气压密封；

2、转轮传动形式：

A型——水力；

B型——气动；

C型——马达(传动件布置在组件4内)。

3.1.4子弹式、叠弹式、组合弹式，如图1(I)。

适用于动态脉冲电极，制造较复杂，能用于各种温度。

3.1.5飞标式、叠标式、组合标式、连续重叠压接射杆式，如图1(J)。

适用于脉冲或连续动态电极、制造较复杂，能用于各种温度。上述是3.1.4、3.1.5是转管 动态电极的发展，轴向运动演变为高速发射运动，短转管段演变为“弹”式，长转管段演变 成为“标”式或“杆”式，制造和冷却机理较复杂，适用于3.1.1、3.1.2、3.1.3不能满足要求 的某些特殊场合，炉腔尺寸很紧凑，3.1.1、3.1.2、3.1.3必需的若干相关系统可以省去。

3.1.6跳针组合式(群针组合式)(缝纫机针组合式)动态元件类似于缝纫机针群，组合 形式可密排，也可较疏分布，适用于调控较大空间范围的温度场或其它参量场。如图1(H)。

3.1.7传动带式，如图1(G)。含传动丝式，传动线式。

3.1.8轮休式：多动态元件组合、轮流换休。

3.1.9综合式；上述多种形式的组合或综合。

3.2设计要点：

采用本发明的拓展动态技术，通常都要解决好上述动态器件(尤其是动态电极)的如下 问题：

3.2.1密封问题。主要是新增冷却系统或原有密封系统因动态改造产生的动态密封问题。 通常需增设多重密封和高温密封环节。必要时增设压力密封环节(液压或气压)(利用反向压 力，堵死渗漏通道或使渗漏体反行)，动态密封环节(如动态相变密封，利用密封环节或密封 剂的液固相自适应变化等动态平衡关系建立的动态密封环节)。

3.2.2绝缘问题。尤其是使用高电压时，通常需按高温、高压、大电流、较高电压提高一 个绝缘等级设计。

3.2.3运行安全问题，尤其是涉及高温、爆炸、喷溅、高腐蚀和有毒等可能危及安全的环 节。通常按全密闭设计，可分步实施。

3.2.4阻力问题。减少动态能耗，防止动态失效。通常将冷却和润滑结合考虑。上述问题 的解决，一般都只需要直接移植现有技术的相关部分，实测摸拟动态器件的排阻力效应后(包 括开斜枟，利用气流排开或清除或粉碎阻挡物等简易有效手段)，进行若干轮跟踪调试设计即 可圆满完成任务(达到实现本发明目的的任务)。若要求更优效果，本发明人可以另行提供相 关技术方案，比如直接应用本发明思路拓展动态技术解决上述问题，能产生超常规的更优效 果。

3.3参数选择：

3.3.1选择原则：尽可能满足高速度、高电压、大电流、小尺度、强冷却、全密闭、超高 温、超强化、轻量化、低能耗、低资源消耗、低成本、高效益、零污染、零废弃、零排放、 改善环境、倍增新兴市场。

3.3.2选择步骤：①按现有技术选用，预留优化环节。②正式生产后按本发明优化调整。

③必要时本发明人另行提供更优方案。

四、本发明的主要优点

4.1可实现大幅度提高性能：应用本发明将更有利于

①采用更高性能材料；

②采用复合材料；

③采用复合结构；

④采用三维压应力成型(最佳成型应力状态)；

⑤采用复合强化。尤其是通过本发明的动态热喷涂实现高应力区的局部复合强化。

4.2可实现大幅度减轻重量(如果需要的话)。

4.3可实现大幅度降低成本：应用本发明将更有利于实现：

①一步净终成型；

②一步成材：如一步练钢——连铸连轧；

③使修复翻新的局部强化超强化效果成倍提高。

4.4可实现大幅度节能和开辟新能源：应用本发明最有利于实现：

①减少中间环节节能；

②减少或改善电极效应节能；

③为创新能源的大面积采用提供突破条件，如各种高能电池(尤其是燃料电池)的升级 换代；太阳能、氢能、核能的工业化应用；

4.5可实现大幅度节省资源和开辟新资源，应用本发明最有利于实现：

①超高温特冶一步全离解，充分利用现有资源输入，一步输出各种目标产物，趋零废弃 物。

②超高温超高压人工合成各种新资源。

4.6可实现从根本上彻底改善环保、改变恶劣环境：应用本发明最有利于实现：

①取消石墨电极(含碳电极和碳素电极糊)根除由此产生的CO2污染。

②减少碳还原，实现CO还原的全密闭循环，趋零排放。

③其它生产全密闭循环，实现趋零污染、趋零排放。本发明设备的空间尺度大幅度减小， 甚至可能比对应的现有技术减小1-2个数量级，体积减小3-6个数量级。

④为积极环保：改造恶劣环境成优良环境提供根本性的技术经济支撑。

4.7可实现大面积不断开拓新兴市场。

五、本发明实施例：

5.1第一方面：从构件角度划分的应用实例：

例5.1.1动态电极

现有冶金炉、电解枟、各种使用电力的物化反应装置，各种电工电器设备及其工艺过程 (包括各种电焊)，凡是使用电极(有电极存在)的各种工艺过程及其设备，其中的工作电极， 往往都是相对静态的(工作时处于相对固定的、比较单一的简单机械运动状态。含相对静止 状态)，又往往都是易于消耗和损坏的，还往往都是实现现有工艺根本突破创新的薄弱环节， 电极效应往往都伴随较大的电能损失，电极效应的可控范围小，不期望的电极效应占有相当 大的比重。

若将这些电极改造为动态电极，选择适当的电极材料、结构形式和动态参数，就可解决 现有静态电极的上述问题。

动态电极的结构形式、设计要点、参数选择已如前述(“三”)，材料可以是铜等导电导热 系数较高的材料或其它材料，冷却方式可外冷、内冷、内外冷兼用。

例5.1.2动态容器

(1)动态反应器：与反应物接触的构件，如冶金炉的炉顶、炉盖、炉壁、炉底、出水口 等，往往由于工作条件苛刻(如高温、高蚀等)，使用寿命较低，维护成本较高，而且往往是 现有技术实现根本突破创新(如超高温，超高压，超高腐蚀、磨蚀、熔蚀等)的主要限制环 节之一，若部分或全部改造为本发明的动态环节，就可解决这些问题，而且动态炉腔可以有 效搅拌反应物。

(2)动态模具：如压铸模：黑色金属压铸和重大型零件的压铸之所以难于实现，压铸模 是主要限制环节，采用本发明改造为局部或全部“动态压铸模”，就可解开这些难题，甚至实 现趋零摩擦压铸。

(3)动态结晶器：如连铸结晶器。现有连铸的铸坯出型是靠满足一定条件的振动拉出， 拉应力成型，铸坯质量差，铸速极低(＜1m/s＝，与轧制速度(＞10m/s)不匹配，若采用本 发明将结晶器改造为动态结晶器就能根本解决这些难题，直至实现高速压射一步成型，这时 的动态结晶器演变为动态成型通道。

例5.1.3其它动态器件

凡现有技术中的薄弱环节，均可考虑采用本发明动态技术给予解决，尤其是改变现有技 术体系的运动状态，创新效果最突出，还可将动态器件的高速运动与动力系统，冷却系统， 新增反应系统结合，“一石多鸟”。

5.2第二方面：从功能和行业、产业角度划分的应用实例：

例5.2.1动态工业炉

(1)动态电弧炉(包括各种矿热炉)

如图2，图3(D)、(E)，图10。

图2为ST动态电弧炉之二(多功能通用型)。图中：

1、转轮动态电极；2、导电臂兼进出水管；2.1炉顶动态电极动力头3、动态电极转轴兼 进出水管；4、出水通道；5、进水通道；6、上炉体；6.1炉顶；6.2左右炉壁(滑动炉壁)； 7、烟道(内设置推料装置。小炉可由炉门加料。)8、伸缩(活动)烟道；9、单向阀(连续 熔炼或真空熔炼时使用)；10、炉底动态电极动力头；11、下炉体；11.1、炉底；11.2前后滑 动炉壁；12、转管动态电极，13、出钢口(无渣出钢口)；14、烟道口(或活动炉门口)；15、 导向立柱；16、带倾动机构的底座。

设计工艺要点：

1、动态电极的选用：种类、形式(如常用的转轮式或转管式)，可设计多种单一或组合 方案，设计时首先根据产品性质和规模，决定炉温要求、真空度要求(压力要求)，气氛要求， 冷却要求，供电要求，控制要求，再决定搅拌要求、精炼要求，复合强化要求，再决定总纲 领(主要技术经济指标)。最后结合资金条件，技术力量，制造条件，管理条件等现厂情况， 进行综合技术经济分析后确定(动态电极可一个或多个，单相或多项，交流或直流)。

2、电极升降可由6和11单独或组合完成，也可划分(分解为)更小局部完成(6和11 的更小局部。)多电极时可每个电极单独升降。

3、炉底电极要求高度尺寸小(紧凑)时最好选用成组动态转管电极，工作中要求将加料 时的机械损伤降低至最小允许值。

4、小炉型出钢口可兼观察孔使用，必要时可在6-2上设置观察孔和炉门。

5、转轮动态电极要求：①重量＜1/4同功率石墨电极；②工作时的允许电流密度超过石 墨电极20倍以上。③造价＜石墨电极的1/3；④密封性比石墨电极提高两个等级以上；⑤使 用维护操作成本＜石墨电极的1/3；⑥寿命比石墨电极提高10倍以上，满足上述要求，通常 冷却水温＜30℃，水压＞0.3Mpa，⑦转轮动态电报可采用紫铜管组合结构制造。

6、正确充分应用凝壳炉技术(渣壳、合金壳)是技术关键之一，尤其是6-2、11-2、12 等环节。

7、工艺完全稳定后，逐步过渡到连续熔炼，动态电极不升降，炉体不滑移。钢液采用“压 力传输”。

图3(D)的另图类似图2(未画出)。其设计工艺要点的不同之处为：1、与全转轮或全 转管电极比较决定电极形式；2、可动态电极固定，炉体11、6升降和倾转完成起动引弧和出 钢。也可升降引弧。3、动态电极组合形式之一：转轮转管组合，即图2。

图3(E)是动态电弧炉的一种简易结构；ST三相有衬动态电弧炉。

图中：1、偏心出钢口；2、转管动态电极；3、炉盖；4、结晶器；5、烟气道；6、炉体； 7、渣池；8、熔池；9、炉底电极(接地)。

图10为ST动态三相电弧炉之一(广谱多用型)。

图中：A.：A相动态转管(或转轮或其他转动体。下同)电极；B、C：B.C相 电极；D、E：动态转管(或轮等)炉顶；F-动态转管(或轮等)炉壁；G-浇注型腔(N) 顶结晶器；H-炉底结晶器(冷却C)；I-炉壁结晶器(冷却A)；J-炉顶结晶器(冷却D、 E)；K-炉壁结晶器(冷却B)；L-炉壁结晶器(冷却F)；M-冷凝室；N-铸型型腔；O- 铸型型腔可动侧壁结晶器；P-烘烤室(或烧结室，作绕结室用时通过A、D间的前后通道(图 中未画出)与V连通；Q-加料室；R-冷凝室顶结晶器；S-冷凝室侧壁结晶器；T-总底 结晶器；U-渣池；V-炉瞠上部空间；W-产品(熔炼合金铸件)；X-冷凝产物；Y-物料 推送机；Z-加料斗；1-物料(炉料)；2-熔炼合金池；3、绝缘层件(衬垫)；4-渣壳；5 -带单向闸门的物料入口；6-带单向闸门的炉气出口。

设计要点：

1、可简化为单相炉、有衬炉、电渣炉、亦可化改为真空炉；

2、根据需要使用凝壳炉技术。

3、根据熔炼条件(主要是炉温和产品性质)确定冷却、绝缘方式和抗阻力(减小传动消 耗，严防卡死)方式。熔炼合金出水口，可改用“动态出水口”(含对滚式动态闸门)或与F 对应的水冷动态转管(或轮等)炉壁。

(2)动态电渣炉

如图3，图8，图10

既包括采用动态永久性非自耗电极，也包括采用动态结晶器，还包括各种动态电渣熔铸 或电渣熔铸成型专用设备。

图8为高效连续一步成型曲轴

采用ST动态电极，上面或侧面可直接浇注钢水，勿需自耗电极。图中：

1、2、3、4、5、6-各模层；7-主加热动态电极(可埋弧或明弧加热)；8-辅助加热动 态电极示意(必要时设置)；

高效连续一步成型技术见本人发明的另项专利：《竖直局部模具循环上翻连续整体电渣熔 铸曲轴及类似零件的工艺和设备》

(3)动态综合电炉(综合应用电阻热、电弧热，电渣热，感应(涡流)热和其它热源

(4)动态超高温炉：动态电极+动态炉腔+凝壳中间环节(动态梯度温度场)。如图9、 图10结合，渣壳和合金壳演变为凝壳炉衬，包括超高温热离解，超高温电化学反应器，超高 温电磁效应装置。

(5)动态电解槽：动态电解电极可以是旋转内外园柱面或旋转端面，动态传动带面等。

(6)动态裂化炉：包括各种管式炉，热源可以是电热、化学热、综合热。

例5.2.2动态高能束枪

图9为ST高能粒子束枪基本结构

图中：

1-等离子束或电子束(高能粒子束)；2-转辊聚焦动态电极(第3级)；

3-转辊聚焦动态电极(第2级)；  4-枪体壳；

5-进气口(或抽气口)；         6-转轮动态电极(第一级，发射极)；

7-绝缘隔板；                 8-喷口；

设计要点：

1、可以2级、3级或多级；

2、级间电压、极性、根据需要确定；

3、ST等离子枪的压缩气体种类、压力、流量、按现有常规技术参数作初选值，调试稳 定后，发挥本枪结构优势，加大输入功率至最佳值。

4、作电子束枪使用时，级间电压和真空度，操作规程编制，可从中压开始，也可以与等 离子枪结合开始调试，参考现有常规参数初选基准值，工艺稳定后，加大电流和电压至最佳 值。

上述高能束枪包括动态等离子枪、动态电子枪、动态激光枪、动态高能光束枪、动态高 能微波束枪等。

例5.2.3动态连续包敷(CPC)

如图4，图5。

包括动态电极+动态结晶器+动态复合强化

图4为：ST·CPC一步熔敷轧辊工作原理示意图。

图中：1-轧辊；2-ST动态电极三相电弧炉；3-渣池；

4、转轮动态电极；5-熔池；

6、结晶器；7、滚轮(滚压强化)；

8、熔敷层；9、转管动态电极；

10、进水腔环；11、出水腔环；

设计要点：

1、密封和绝缘必要时都可采用“气压法”(利用气压层，气压力与阻力平衡)，绝缘层与 转动电极的阻力试验确定范围，建立自反馈随机平衡系统。

2、转动态电极传动力可以是马达(电磁力)，也可是水力或液压或气动，与冷却结合。

3、最好使用调压调控输入功率，必要时也可使用移动动态电极方式(改变电极中心位置)。

4、钢液传输必要时可以使用“管道式”。

图5为ST动态电极轴向一步熔敷轧辊示意图(熔敷成形母线：轧辊园柱面轴向母线， 部分或全长。)

图中：

1-轧辊；2-转管动态电极；3-侧封结晶器(有动态转轮)；4-渣池；5-出水；6-强 化滚轮；7-熔池；7.1熔敷层；8-动态转轮；9-侧封结晶器(无动态转轮)；10-进水； 1-10总成：ST动态电极熔敷头。

设计要点：1、熔敷头数(总成数)和位置，组件2转管动态电极长度，待工艺调试稳定 后，根据敷层类型、性质、层数和产品批量确定，并在生产使用中调整完善。

2、熔敷端面与圆柱互交界棱，可适当增加工艺辅件，使熔敷棱突出适当增量，再加工去 除或滚压去除。3、熔敷层合金的熔炼和加入按ST动态工业炉处理(如前述多种)或用现有 多种常规方式进行。

例5.2.4动态热喷涂

包括动态电极+动态复合强化

包括动态电弧喷涂、动态高能束喷涂。

例5.2.5动态钛锭熔炼，动态电极+动态结晶器。

如图3。

图3为ST钛锭熔炼图。

(A)主视(正视)图；(B)侧视图；(C)俯视图；

图中：

1、活动(升降)结晶器；2、渣料斗；3、单向阀；4、进出气管(抽真空或吹氩)；5、 绝缘层；6、炉顶动态转管电板；7、炉顶动态电极动力头；8、导轨；9、渣池；10、渣壳； 11、熔池；12、钛锭；13、陶瓷环或强化渣壳；14、炉底动态转管电极；15、机架；16、固 定结晶器；17、引锭机构；18、引锭动力头(减速箱)；19、振动器(必要时使用)；

20、物料斗；21、炉底动态电极动力头；22、出水管接头；23、进水管接头；24、小车 式升降横臂；25、立柱；

设计工艺要点：

1、采用组合式(“活字板”式)结晶器，可生产其它截面(方、长方等)钛锭。

2、动态电极可多个，采用交、直流、单、多相供电均可。

3、本设计的引锭方式稳定可靠，脱模简洁，易于提高引锭速度。必要时引锭极亦可不用 态电极，引锭方式可用常规方式，动力传动可液压式和绞轮式，减少结晶器高度，结晶器出 口可使用动态结晶器技术。

4、进出气口可多个，必要时增设烟气出口。

5、振动器必要时使用，可参考常规连铸轴锭结晶器设计。最好是多功能无级连续有载可 调式。

6、高温区耐火壳层10的设计是一个关键点，必需同时满足耐火、长寿、绝缘、密封、 无污染、低阻力等多项综合要求，必要时可使用“气压法”。

7、本设计比较简单可靠，工艺稳定后，再向ST连冶连铸连轧发展。

8、通常选择V＝1-10米/秒，Vω＝3-30米/秒；(Vω-动态电极园周线速度。)

例5.2.6动态喷枪喷嘴

例5.2.7动态高能电池

例5.2.8动态强电光源、动态激光器

例5.2.9动态核反应堆、动态核反应器、动态聚变反应器

六、本发明应用的超常规甚至显著超常规效果实例：

例6.1动态电弧炉的主要优点

(其它动态电炉类同)

ST动态电弧炉的主要优点(以直流电弧炉比较)

(1)提高产品性能

①易于实现低碳，微碳、甚至零碳；

②利于真空熔炼，更利于保护气体熔炼，密封性大幅度提高；等效熔室体积大幅度减小。

③利于减少熔炼污染，直至零污染(凝壳炉、结晶器)

④利于调控温度和时间；精确控制成分；

⑤利于实现超高温，第一阶段可实现炉腔平均温度2000℃-3000℃，以后可实现3000 -5000℃，甚至更高。

⑥利于发挥电化学反应功能；

⑦动态电极实现高效搅拌，利于精炼去除夹杂物。

⑧利于复合强化；

(2)降低成本

①取消石墨电极，成本降低3-5％

②设备费降低5-20倍；技改投资当年回收；

③生产率提高20-50％；超高温冶炼可成倍提高；

④可直接加入部分矿石；最后实现一步炼钢；

⑤彻底解决底电极问题，维修费用减小3-10倍，寿命提高3---10倍；

⑥节电10-20％(第一代)；第二代节电20-40％；以后可达更高指标。

第一代综合①-⑥，吨钢成本降低20-30美元(普钢)，甚至50美元；

特殊钢吨钢成本降低30-50美元，甚至100美元。

第二代以后进一步降低。

(3)彻底根治环境污染，尤其是粉尘、噪音和CO2；；

(4)易于上马，易于推广和掌握，容易实现自动化。

(5)可能大面积普及(半数使用高阻抗三相交流ST动态电弧炉，尤其是矿热炉)，成 为一种主流冶金手段。

(6)有利于创造多种超高温短流程一步法特种电冶和超高温电冶电解(含高温碳还原和 超高温热离解、热裂解)，直接从矿石一步获得各种金属或合金及其相应付产品，可节省资源 1-3倍，甚至3-5倍以上，节省能源1-3倍，甚至3-5倍以上。工作原理示意图见“ST 动态三相电弧炉(广谱多用型)”(图10)。

(7)特别有利于钛合金、难熔金属及其合金的生产。如锰合金、硅合金、铬合金、钛合 金、铌和铌铁等。

例6.2动态铝电解

动态电解槽，可以解决电冶铝的惰性电极难题，彻底根治污染，大幅度降低电耗和成本， 还易于发展至动态一步成型成材。

与其它动态电炉结合，可开发动态一步铝特冶，淘汰现有电解铝工艺。

例6.3动态超高温冶金

应用本发明可实现炉腔(反应腔)平均温度2000℃、3000℃、4000℃、5000℃，甚至更 高。

超高温冶金能开辟冶金新天地，如实现超高温热离解、热裂解、热分解。从矿石一步分 离多种有价物质，采用合理代价实现趋零排放、趋零废弃物、趋零污染。通过现有技术难于 实现的超高温电化学反应、电动力学反应、电磁力学反应、直至核反应，为新材料、新能源、 新工艺拓展非常广阔领域和惊人效果。

例6.4动态高能束枪和动态约束技术的开拓将为核聚变提供条件。

例6.5动态结晶器将大幅度提高结晶器寿命，提高产品质量，降低成本，如前所述，可 能实现一步炼钢——连铸连轧。

例6.6动态喷枪喷嘴可实现大幅度提高寿命，大幅度提高工作压力，引发炼钢等冶金工 业的革命性变化。

同时能开拓高压切割新领域，使现有采矿、盾拓等技术升级换代。

例6.7动态电渣冶金、动态电渣熔铸

可使今日发达国家最新发明的快速电渣冶金进一步完善，使本人早期发明的电渣整体熔 铸曲轴等异形件一步成型技术进一步完善，进一步提高质量，提高生产率降低成本，减小能 耗物耗、改善环境，扩大应用领域。

能使原有熔铸曲轴在设备投资降低一倍的前提下，实现连续成型，克服挤拐难点，上面 倒钢水，快速一步成型。

例6.8动态熔敷。如图4，图5。

如动态连续包覆法(ST·CPC法)，能使现有CPC技术的设备投资成倍降低，产品质量 明显改善(尤其是渣池和熔池的有效搅拌和动态结晶器的出坯质量)，易于实现多层复合，应 用领域可大面积扩大。

例6.9动态热喷涂

能根本克服现有喷涂技术的两大致命弱点：结合强度低，孔隙率较高，因为本发明的动 态热喷涂采用动态电极和动态复合强化，易于实现大面积、高能量密度、连续均匀、稳定调 控喷涂参数。

6.10应用实例小结

应用本发明与各种行业各种产品结合，能产生技术经济效果异常突出的成百上千项技术 方案——新发明——发明专利。

七、本发明实施例的总体设计实施要点和拓展应用领域及效果总结。

7.1将现有电极技术、容器技术、工业炉技术、高能束枪技术、连续包敷技术(CPC)、 热喷涂技术、钛锭熔练技术、喷嘴喷枪技术、电池技术和高能电池技术、电光源技术和强电 光源技术、激光技术、核反应技术等中的薄弱环节或难点环节的材质、结构、参数、相关工 作过程和制造过程，应用本发明的动态技术的相应部分给予适当改造。

7.2对改造中的难点问题，如：高温、高压密封问题、趋零阻力的高可靠性问题等，第 一步：先按现有对应技术，通过实测模拟动态环节，进行2-3轮跟踪调试设计，即可确定正 式生产工艺流程和相关参数并设计或选定对应设备，一般即可圆满完成本发明任务：实现质 量、性能、功能、寿命、可靠性、成本、效益、收益、强化、超强化、轻量化、超轻量化、 降低能源消耗、减少资源消耗、高温、超高温、高压、超高压、高纯、超高纯、高能流密度、 超高能流密度、趋零污染、趋零排放、趋零废弃、改善环境、提高生产水平、提高文明生产 程度、自动化、智能化、开拓新兴市场等拓展应用领域和效果的超常规甚至显著超常规改善。

7.3第二步：通过工业化生产逐步进一步优化定型；

7.4第三步：综合应用本发明的动态技术进一步更新升级换代；

7.5必要时本发明人另行提供更优技术方案；

7.6针对现有材料制取(或制备)技术，包括各种冶金技术(金属及其合金制取技术)， 还包括各种非金属材料，各种复合材料制取技术，都可按照本发明改造为对应的动态材料制 取技术，其特征在于采用本发明的动态工业炉和对现有制取工艺的难点环节或薄弱环节，综 合应用本发明进行改造，实现拓展应用领域和效果的超常规甚至显著超常规改善。

7.7针对现有制造技术(赋形赋性技术)，包括各种铸、锻、焊赋形技术，各种性能处理 技术以及各种特殊赋形赋性技术(如各种镀层技术、喷涂技术、一步熔敷(CPC)技术等)， 都可按照本发明改造为对应的动态赋形赋性技术，其特征在于采用本发明的动态工装并对其 工艺难点综合应用本发明进行适当改造，实现拓展应用领域和效果的超常规甚至显著超常规 改善。

7.8从本发明动态技术各个环节、各个可相对独立部分的选择组合，到选择综合，再到 选择复合，再到选择结合，特别有利于为各行业的前沿课题提供具有原始根本性质的突破创 新条件，尤其是对于各种尖端产业，包括新兴石化、新兴能源、新兴海洋、航空航天、核工 业等，还包括生物工程，基因工程等，因为本发明对于先进制造和先进材料能发挥超常规甚 至显著超常规改善作用。