CN101532092B - 镁熔体净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁熔体净化装置，坩埚上部装有坩埚盖，热电偶通过坩埚盖上的小孔插入坩埚内。保护气体输入装置、熔剂定量加料装置以及旋转喷吹气体装置均装在坩埚盖上。保护气体输入管环布于坩埚盖的下部，以便保护气体均匀分散在镁熔体表面，实现了对镁熔体的有效保护。熔剂定量加料装置主要由星形给料器组成，实现了熔剂的定量均匀加料。旋转喷吹气体装置可以上下升降，净化处理结束后，喷头可上升到镁熔体的上部，减少其对镁熔体的污染。本发明具有复合净化功能，可有效地去除镁熔体中的夹杂物与有害气体，大幅度提高了镁合金的品质，尤其适用于镁熔体的净化处理。

Description

镁熔体净化装置

技术领域

本发明涉及一种金属熔体净化装置，尤其涉及一种专用于镁熔体的净化装置，属于金属材料及冶金类技术领域。

背景技术

我国是镁资源和镁合金生产大国，镁和镁合金锭产量占世界总产量的一半以上。当前，随着经济与社会的发展，镁及其合金由于具有密度小、比强度和比刚度高以及原材料价格较低等显著优点，而受到越来越广泛的重视。镁合金在汽车、航空航天、军工、3C产品等领域具有广阔的应用前景。但当前镁合金大多用作非结构件，其中一个关键原因是镁合金内的夹杂物含量偏高，严重影响了其力学性能的发挥。

近来，随着对镁合金研究的不断深入，人们发现镁合金低的纯净度已成为制约镁合金应用的关键瓶颈之一。镁合金内高的夹杂物含量不仅限制了镁合金材料潜力的发挥，而且大大降低了镁合金材料的成型性能及耐蚀性。众所周知，镁合金化学性质极其活泼，镁与氧的亲和力大大高于铝与氧的亲和力，在原镁生产过程中以及合金熔炼、合金化处理、金属传输及铸造等过程中极易与氧、氮、水汽发生化学作用，并且熔体在接近800℃时极易氧化燃烧，产生大量的非金属夹杂物和金属夹杂物，镁中氧化物含量甚至高达铝合金的约20倍以上。非金属夹杂物如MgO、Mg₃N₂等恶化了合金的铸造性能，严重降低了合金的强度、韧性、疲劳性能与耐蚀性等。尤其对于镁合金电子产品外壳，其壁厚通常在0.6-2mm之间，且通常有较大的表面积，在这一类镁合金产品的压铸过程中，非常细小的夹杂都可能导致铸件产生缺陷，降低工艺成品率，因此必须采取净化措施来提高镁熔体的纯净度，提升镁合金的品质。

众所周知，镁合金密度小，且夹杂物的密度与镁熔体的密度差小，夹杂物往往悬浮于镁熔体中，与镁熔体的分离性差。因此，镁熔体的净化难度比钢铁、铝、铜等其它金属材料大得多。目前，镁熔体主要采用熔剂或过滤的方法进行净化处理，但基本上都是手工或利用简单的工具进行操作，尚未见到专用于镁熔体的净化的装置与设备。基于上述状况，有必要开发一种专用于镁熔体净化的装置，通过采用复合净化的方法大幅度提高镁熔体的纯净度，进一步推广镁合金的应用，实现我国镁产业由“资源大国”向“研发强国”和“应用强国的”的跨越。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种镁熔体专用净化装置，集熔剂净化、气体净化、气体保护、熔体均匀化于一体，大幅度提高镁熔体的纯净度。

为实现这样的目的，本发明的镁熔体净化装置，由坩埚、测温装置、保护气体输入装置、熔剂定量加料装置与旋转喷吹气体装置等几部分组成。保护气体输入装置可以向镁液表面吹入SF₆或SO₂等保护性气体，以防止镁液净化过程中氧化、燃烧；熔剂定量加料装置可以实现熔剂均匀定量加料；旋转喷吹气体装置可利用氩气或氮气等惰性气体对镁熔体进行吹气净化，不仅可以有效地去除镁熔体内的有害氢气，而且能使熔剂均匀分散，提高熔剂的净化效率。

本发明的镁熔体净化装置的具体结构为：坩埚上部装有坩埚盖，坩埚盖上开有合金锭加料口，测温热电偶通过坩埚盖上的小孔插入坩埚内。坩埚盖内部填充有保温材料，在坩埚盖上装有保护气体输入装置、熔剂定量加料装置及旋转喷吹气体装置。

本发明中，所述保护气体输入装置由节流阀与保护气体输入管组成，装有节流阀的保护气体输入管从坩埚盖的上部通过小孔延伸到坩埚盖的下部，并以带有小孔的环形管道的形式均布于坩埚盖的下部。

所述熔剂定量加料装置由熔剂加料管、带摇动手柄的星形给料器、熔剂料斗及料斗盖组成。熔剂加料管安装在星形给料器的下部，并穿过下支承板连通到坩埚内；星形给料器安装在熔剂料斗的下部，并利用中支承板上的小孔固定在中支承板上。熔剂料斗上装有料斗盖。

所述旋转喷吹气体装置由电机、中支承板、净化气体输入管、上支承板、提升机、支架、下支承板、空心搅拌轴、叶片、喷头组成。三根支架呈三角形固定在下支承板上，下支承板放置在坩埚盖上。上支承板固定在支架的上端，提升机安装在上支承板上。搅拌轴通过轴承固定在中支承板的中央，中支承板通过轴套与三根支架联结，提升机通过丝杆机构牵引中支承板沿支架上下移动。电机固定在中支承板上，由电机带动旋转的空心搅拌轴下部安装带有搅拌叶片的气体喷头，净化气体输入管通过空心搅拌轴连通气体喷头。

本发明中，测温热电偶通过坩埚盖上的小孔插入镁液中，以测定熔体的温度。输入保护气体的环形管道均布于坩埚盖的下部，使保护气体均匀分布于镁熔体表面，实现有效保护。熔剂定量加料装置主要由星形给料器组成，可实现熔剂的均匀定量加料。旋转喷吹气体装置的搅拌轴由电机带动旋转，轴的下部安装带有叶片的气体喷头，喷头在熔池底部吹入氩气、氮气或其它惰性气体，产生的细小惰性气体气泡在上浮过程中对镁熔体进行净化处理。旋转喷吹气体装置既可以实现气体净化，又可以对熔体进行充分搅拌，使镁熔体成分均匀化，还可以由喷头上的叶片搅拌形成的涡流将熔剂卷入镁熔体中，使熔剂均匀分散，提高净化效率。净化处理完毕后，旋转喷吹装置可由提升机升至镁熔体液面上部，从而减少喷吹装置对镁熔体的污染。

本发明结构紧凑合理，思路新颖，将气体保护、熔剂净化与气体净化等装置结合成一体，具有复合净化功能。整个系统使用安全，操作方便。处理后的镁熔体纯洁度高，而且成本低，生产效率高。本发明的镁熔体净化装置具有复合净化功能，可以有效地去除镁熔体中的夹杂物与有害氢气，大幅度提高了镁合金的品质，是镁合金净化处理的理想装置，适合我国镁加工企业的需要，有较大推广应用价值。

附图说明

图1镁熔体净化装置结构示意图。

图1中：1-坩埚，2-坩埚盖，3-保温材料，4-热电偶，5-电机，6-中支承板，7-净化气体输入管，8-上支承板，9-提升机，10-支架，11-下支承板，12-节流阀，13-保护气体输入管，14-空心搅拌轴，15-叶片，16-喷头。

图2为图1所示净化装置的K向视图。

图2中：2-坩埚盖，4-热电偶，8-上支承板，9-提升机，17-合金锭加料口，18-熔剂料斗，19-摇动手柄。

图3为图2所示K向视图的B-B向视图。

图3中：6-中支承板，10-支架，11-下支承板，14-空心搅拌轴，18-熔剂料斗，19-摇动手柄，20-熔剂加料管，21-星形给料器，22-熔剂料斗盖。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

图1是本发明的净化装置结构示意图，图2为图1所示净化装置的K向视图，图3为图2所示K向视图的B-B向视图。

如图1所示，本发明的净化装置由坩埚1、坩埚盖2、保温材料3、测温热电偶4、保护气体输入装置、熔剂定量加料装置、旋转喷吹气体净化装置等组成。

本发明的坩埚1呈圆形结构，由复合耐热钢板焊接而成，其法兰上部开有二个环形槽，便于熔体净化过程中与坩埚盖2实现密封，以保证镁熔体在完全密封和气体保护条件下进行净化处理，防止镁合金在净化过程中氧化和燃烧。坩埚盖2内部填充有保温材料3，以减少净化过程中镁熔体的热量损失。坩埚盖2上开有合金锭加料口17(见图2)，以便净化过程中加入合金元素以调整镁合金成分，此外，该加料口17还可用作窥视孔，以观察净化过程中坩埚内部镁熔体的情况。测温热电偶4通过坩埚盖2上的小孔插入坩埚内的镁液中，以测定熔体的温度。在坩埚盖2上装有保护气体输入装置、熔剂定量加料装置及旋转喷吹气体装置。

所述保护气体输入装置由节流阀12与保护气体输入管13组成，保护气体输入管13上装有节流阀12，保护气体输入管13从坩埚盖2的上部通过小孔延伸到坩埚盖2的下部，并以带有小孔的环形管道的形式均布于坩埚盖2的下部，有利于保护气体均匀分散在镁熔体的表面，实现有效保护。

所述熔剂定量加料装置(见图3)由熔剂加料管20、带摇动手柄19的星形给料器21、熔剂料斗18及料斗盖22等组成；熔剂加料管20安装在星形给料器21的下部，并穿过下支承板11连通到坩埚1内，将熔剂加入到镁熔体表面。星形给料器21安装在熔剂料斗18的下部，并利用中支承板6上的小孔固定在中支承板6上，距离搅拌轴14的轴心线约150mm；摇动手柄19使星形给料器21旋转，实现熔剂均匀定量加料。熔剂料斗18上装有料斗盖22，防止熔剂吸潮。

所述旋转喷吹气体装置安装在下支承板11上，下支承板11放置在坩埚盖2上。旋转喷吹气体装置由电机5、中支承板6、净化气体输入管7、上支承板8、提升机9、支架10、下支承板11、空心搅拌轴14、叶片15、喷头16等组成。三根支架10呈三角形固定在下支承板11上。上支承板8固定在支架10的上端，提升机9安装在上支承板8上。搅拌轴14通过轴承固定在中支承板6的中央，中支承板6通过轴套与三根支架10联结，提升机9通过丝杆机构牵引中支承板6沿支架10上下移动。电机5固定在中支承板6上，由电机5带动旋转的空心搅拌轴14下部安装带有搅拌叶片15的气体喷头16，净化气体输入管7通过空心搅拌轴14连通气体喷头16。氩气或其它惰性气体经由净化气体输入管7，通过空心搅拌轴14、从空心搅拌轴下端的带有小孔的气体喷头16中喷出，实现在熔池底部吹入氩气或其它惰性气体，产生的细小惰性气体气泡在上浮过程中对镁熔体进行净化处理。该旋转喷吹气体装置既可以实现气体净化，又可以对熔体进行充分搅拌，使镁熔体成分均匀化，还可以由带叶片15的喷头16搅拌形成的涡流将熔剂卷入镁熔体中，使熔剂均匀分散，提高净化效率。净化处理完毕后，旋转喷头16可由提升机9通过丝杆机构提升至镁熔体液面上部，从而减少喷吹装置对镁熔体的污染。

以AZ91镁合金熔体净化过程为例，工作时先将坩埚盖2及净化装置放置于坩埚1上，打开保护气体输入管13上的节流阀12，向坩埚1内吹入SF₆、CO₂与空气的混合保护气体，对镁熔体进行保护，防止其燃烧。之后，再向净化气体输入管7中通入净化气体氩气。开动电机5带动空心搅拌轴14旋转，再开动提升机9，使旋转喷吹气体装置下降，将喷头16置于镁熔体中，同时转动手柄19，依靠星形给料器21，将熔剂料斗18中的占镁熔体重量2％的精炼熔剂均匀加入到镁熔体表面，带有叶片15的喷头16旋转形成的涡流将熔剂卷入镁熔体中，使熔剂均匀分散。一方面喷头16的旋转作用以及喷出的氩气有搅拌镁液的作用，促进了镁液与熔剂的良好接触，提高其精炼效果；另一方面，氩气对镁熔体也有净化作用。净化处理一定时间(约15分钟)后，开动提升机9，将喷头16升至镁熔体液面上部，从而减少喷吹装置对镁熔体的污染。最后，关闭电机5，并切断净化气体输入管7中的氩气。

坩埚盖2具有非常重要的功能，一方面，其上安装有测温热电偶4、保护气体输入装置、熔剂定量加料装置及旋转喷吹气体净化装置等。另一方面，坩埚盖2起密封作用，通过坩埚盖2上的保护气体输入装置可以向镁液表面吹入SF₆或SO₂等保护性气体，把保护气体封闭在坩埚1内，它阻隔了镁熔体与周围的空气接触，有助于防止镁熔体净化过程中氧化、燃烧，实现了对镁熔体的有效保护。

本发明的一个重要部分是熔剂定量加料装置，该装置通过采用星形给料器21而实现了熔剂的定量加料。

本发明的另一个重要部分是旋转喷吹气体装置，其作用是利用旋转喷头在坩埚底部吹入惰性气体，产生的细小惰性气体气泡在上浮过程中对熔体起搅拌作用，带动一些质量轻的杂质上浮，促进杂质分离，同时有显著的去氢作用。此外，旋转喷头上装有搅拌叶片，不仅可以利用其旋转产生的涡流将熔剂卷入镁熔体中，而且可以在与喷出的气体的复合作用下，促进熔剂的有效分散，提高净化效率。此外，该装置还促进了镁合金成分的均匀化。本发明通过熔剂与气体的复合净化，大幅度提高了镁合金的品质。

Claims (1)

1.一种镁熔体净化装置，坩埚(1)上部装有坩埚盖(2)，坩埚盖(2)上开有合金锭加料口(17)，测温热电偶(4)通过坩埚盖(2)上的小孔插入坩埚(1)内；其特征在于坩埚盖(2)内部填充有保温材料(3)，在坩埚盖(2)上装有保护气体输入装置、熔剂定量加料装置及旋转喷吹气体装置；

所述保护气体输入装置由节流阀(12)与保护气体输入管(13)组成，装有节流阀(12)的保护气体输入管(13)从坩埚盖(2)的上部通过小孔延伸到坩埚盖(2)的下部，并以带有小孔的环形管道的形式均布于坩埚盖(2)的下部；

所述熔剂定量加料装置由熔剂加料管(20)、带摇动手柄(19)的星形给料器(21)、熔剂料斗(18)及料斗盖(22)组成；熔剂加料管(20)安装在星形给料器(21)的下部，并穿过下支承板(11)连通到坩埚(1)内；星形给料器(21)安装在熔剂料斗(18)的下部，并利用中支承板(6)上的小孔固定在中支承板(6)上；熔剂料斗(18)上装有料斗盖(22)；

所述旋转喷吹气体装置由电机(5)、中支承板(6)、净化气体输入管(7)、上支承板(8)、提升机(9)、支架(10)、下支承板(11)、空心搅拌轴(14)、叶片(15)、喷头(16)组成；三根支架(10)呈三角形固定在下支承板(11)上，下支承板(11)放置在坩埚盖(2)上；上支承板(8)固定在支架(10)的上端，提升机(9)安装在上支承板(8)上；搅拌轴(14)通过轴承固定在中支承板(6)的中央，中支承板(6)通过轴套与三根支架(10)联结，提升机(9)通过丝杆机构牵引中支承板(6)沿支架(10)上下移动；电机(5)固定在中支承板(6)上，由电机(5)带动旋转的空心搅拌轴(14)下部安装带有搅拌叶片(15)的气体喷头(16)，净化气体输入管(7)通过空心搅拌轴(14)连通气体喷头(16)。

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