CN100443640C - 金属熔炼中添加元素的装置 - Google Patents

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Abstract

一种金属熔炼中添加元素的装置，技术方案是：金属熔炼中添加元素的装置由熔炼炉1、坩埚2、电解槽5、导线6、电解电源7、电极8、电极9、夹持机构10等组成，其特征是：电解槽5与坩埚2相通；电解槽5的容积为坩埚2的容积的0.2-15%；电极8的一端通过导线6与电解电源7连接而另一端插入熔盐中，电极9的一端通过导线6与电解电源7连接而另一端插入金属熔体中；电解槽5、电极8及电极9夹持在夹持机构10上。当熔盐电解装置中的电解槽5或坩埚2是电导体时，可用其中之一替代电极9。装置中可同时设置电解槽加热器11、金属熔体搅拌装置12、熔盐搅拌装置13等辅助装置。

Description

金属熔炼中添加元素的装置
技术领域
本发明涉及一种金属熔炼中添加元素的装置，属于金属熔炼技术领域。
背景技术
向金属熔体中添加元素的方法大致可分为添加单质、中间合金、化合物等几类。
采用单质和中间合金添加元素时，可直接将单质或中间合金加入金属熔体，待单质或中间合金熔融、熔蚀后，进入金属熔体，实现元素的添加。该方法亦称为“对掺法”。该方法的主要优点是操作简便，计量较为准确。但是，由于预先制备的单质或中间合金的微观组织一般具有遗传性，一些不良组织将导致添加的元素不能赋予金属良好的技术性能，二是预先制备好的单质和中间合金在重熔时需再次消耗能源，而且添加活泼元素时，烧损严重，导致其经济性也较差。
化合物添加法直接将欲添加的合金元素的化合物加入金属熔体，在化学、物理等作用下，由化合物释放出单质元素，实现合金元素的添加。该方法亦称谓“熔浸还原法”。该方法可克服单质或中间合金添加法中重熔耗能、烧损、不良组织遗传等问题，而且因其添加的是新生态的高活性元素，可赋予金属一些优良的性能，因而可获得良好技术经济性。该方法的不足之处是，有时熔浸还原的动力学、热力学条件不足，还原速度和还原率低下，导致生产效率低、化合物的利用率较低，合金元素添加量低，致使该方法的应用受到较大限制。
熔盐电解法通过电解熔融的盐(化合物)，实现化合物中元素的还原释放，可看作是以电解强化了的熔浸还原法。电解过程的加入，可有效改善还原的动力学、热力学条件，还原速度快、材料利用率高、合金元素添加量高。
现有的熔盐电解装置由电解槽、电极、电解电源等组成，通过插入熔盐的通电电极实现熔盐电解。熔盐电解在电解槽内进行，电解产物存于电解槽底部，有时电解槽底部放置电解产物接受器以方便电解产物的取出。
现有的熔盐电解装置已用于多种纯金属和中间合金的制备。用于向制备工程材料的金属熔体中添加元素的熔盐电解装置目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过熔盐电解直接向制备工程材料的金属熔体中添加元素的装置。
发明的技术方案是：金属熔炼中添加元素的装置由熔炼炉1、坩锅2、电解槽5、导线6、电解电源7、电极8、电极9、夹持机构10等组成，其特征是：电解槽5与坩锅2相通；电解槽5的容积为坩锅2的容积的0.2-15％；电极8的一端通过导线6与电解电源7连接而另一端插入熔盐中，电极9的一端通过导线6与电解电源7连接而另一端插入金属熔体中；电解槽5、电极8及电极9夹持在夹持机构10上。当熔盐电解装置中的电解槽5或坩锅2是电导体时，可用其中之一替代电极9。装置中可同时设置电解槽加热器11、金属熔体搅拌装置12、熔盐搅拌装置13等辅助装置。
本发明的有益效果主要体现在：将熔盐电解技术有机融入了金属的熔炼过程中，通过在小体积电解槽5中高效率、高还原率地电解熔盐，获得新生态的、高活性的拟添加元素，并通过电解槽5与金属熔体3间的通道直接注入金属熔体3中，实现用化合物直接向制备工程材料的金属熔体3中快速地、高还原率地、高添加量地添加元素。相对于现有技术，金属材料制造流程短、生产效率高、材料利用率高、制备的工程材料技术性能好，拥有良好的综合技术经济效益。同时，本发明中设置的电解槽加热器11，可实现用较小的加热功耗进行高温电解。本发明中设置的搅拌金属熔体搅拌装置12和熔盐的搅拌装置13，可使熔盐电解过程更易于进行，并使金属熔体3成分更均匀。
本发明可用于向金属熔体中添加改善金属材料组织、性能的合金元素及金属熔炼工艺过程需要的变质元素、细化元素等工艺元素。
附图说明
图1为金属熔炼中添加元素的装置的基本组成、结构的示意图。其中：1-熔炼炉、2-坩锅、3-金属熔体、4-熔盐、5-电解槽、6-导线、7-电解电源、8-电极、9-电极、10-夹持机构。
图2为图1所示的装置中用导电性的电解槽5兼作电极9的情形。
图3为图1所示的装置中用导电性的坩锅2兼作电极9情形。
图4为图1所示的装置中增加了电解槽加热器11的情形。
图5图1所示的装置中增加了金属熔体搅拌装置12的情形。
图6图1所示的装置中增加了熔盐搅拌装置13的情形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式说明如下：
按附图所示，构建金属熔炼中添加元素的装置，在坩锅2中熔炼金属得到金属熔体3，安装电解槽5并加入待电解的盐，在电解槽内的盐熔化成为熔盐4后，安装电极8和9并用导线6连接到电解电源7并通电电解，最后去除电解后的残渣，得到含电解产物的金属熔体。
以下结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：Mg-Al-Sr耐热镁合金合金熔炼中添加合金元素Sr的装置
如图1所示构建金属熔炼中添加元素的装置。其中：熔炼炉1为电阻炉；坩锅2为不锈钢材质，容积为0.0015M3；电解槽5为石墨材质，容积为0.000225M3；电解电源7为10KVA直流电源；电极8和9为石墨材质。
实施例2：Mg-Al-Sr合金熔炼中添加合金元素sr的装置
除装置如图2所示外，余同实施例1。
实施例3：Mg-Al-Sr合金熔炼中添加合金元素Sr的装置
除装置如图3所示外，余同实施例1。
实施例4：ZL101合金熔炼中添加细化元素Ti制备ZL101A合金的装置
如图4所示构建金属熔炼中添加元素的装置。其中：熔炼炉1为电阻炉；坩锅2为石墨材质，容积为0.18M3；电解槽5为石墨材质，容积为0.0015M3；电解电源7为10KVA直流电源；电极8和9为石墨材质。电解槽加热器11功率为5KVA。
实施例5：ZL101A合金熔炼中添加变质及针孔抑制元素La的装置
如图5所示构建金属熔炼中添加元素的装置。其中：熔炼炉1为电阻炉；坩锅2为石墨材质，容积为0.18M3；电解槽5为石墨材质，容积为0.00036M3；电解槽加热器11功率为5KVA；电解电源7为10KVA直流电源；电极8和9为石墨材质。搅拌装置12的搅拌叶片为石墨材质，叶片直径为坩锅直径的80％，叶片宽度0.05m，仰角5°，转速为50rpm。
实施例6：ZL101A合金熔炼中添加变质及精炼元素La的装置
除取消搅拌装置12，增加装置13(搅拌叶片为石墨材质，叶片直径为电解槽直径的50％，叶片宽度0.04m，仰角5°，转速为50rpm)外，余同实施例5。

Claims (5)

1.一种金属熔炼中添加元素的装置，包含熔炼炉(1)、坩锅(2)、电解槽(5)、导线(6)、电解电源(7)、电极(8)、电极(9)、夹持机构(10)等，其特征是：电解槽(5)与坩锅(2)相通，电解槽(5)的容积为坩锅(2)的容积的0.2-15％，电极(8)的一端通过导线(6)与电解电源(7)连接而另一端插入熔盐中，电极(9)的一端通过导线(6)与电解电源(7)连接而另一端插入金属熔体中，电解槽(5)、电极(8)及电极(9)夹持在夹持机构(10)上。
2.根据权利要求1所述的金属熔炼中添加元素的装置，其特征是用导电性的电解槽(5)或导电性的坩锅(2)兼作电极(9)。
3.根据权利要求1所述的金属熔炼中添加元素的装置，其特征是装置中设置电解槽加热器(11)。
4.根据权利要求1所述的金属熔炼中添加元素的装置，其特征是装置中设置金属熔体搅拌装置(12)。
5.根据权利要求1所述的金属熔炼中添加元素的装置，其特征是装置中设置熔盐搅拌装置(13)。
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