CN105300125B - 一种搅拌及送料机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种搅拌及送料机构，所述搅拌机构从炉腔里面穿过炉盖伸到外面，在外面支承到炉盖上面的安装板上，在炉腔外面将传动系统和第二液压缸连接在所述安装板和搅拌机构之间分别用于向搅拌机构提供旋转和伸缩动力；所述送料机构包括空气压缩机、进料罐、送料管以及支撑座，所述支撑座位于进料罐的下方，用于支持固定进料罐，所述进料罐的两端分别通过连接器与所述空气压缩机和所述送料管相连，所述送料管的末端连通到用于金属液搅拌器的石墨钟罩的中心通孔。通过使用本发明合理巧妙的结构设计，可以保证铸锭质量的稳定性，从而保证后期的实验数据稳定、可靠。

Description

一种搅拌及送料机构

技术领域

本发明涉及金属冶炼领域，尤其涉及一种用于铝合金熔炼装置的搅拌及送料机构。

背景技术

实验室用普通的坩埚电阻炉对铝合金进行熔炼实验时，难以模拟工业化生产现场，且实验过程中会遇到许多问题：

一、普通的坩埚电阻炉没有搅拌装置，需借助人工搅拌或其他搅拌机，难以保证合金元素在熔体中分布均匀，确保熔体的质量；

二、普通的坩埚电阻炉没有配备加料装置，在往铝液中加入密度比铝液轻的金属或者粉状精炼剂及钠盐变质剂时，需用专用的设备人工压入铝液中，造成加入的料溶解不充分、烧损严重，影响溶体质量，尤其是加入钠盐变质剂时，钠盐容易粘聚在钟罩上，从而影响变质效果。

因此，针对上述问题，为了确保铸锭的质量，保证后期实验数据的稳定、可靠，需对传统的熔炼设备及方法进行改进，可为获得准确、稳定的实验数据奠定基础。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的是为了解决传统实验室熔炼铝合金的不足而提出一种用于铝合金熔炼装置的搅拌及送料机构。

为了实现上述目的，本发明提供了一种搅拌及送料机构，用于铝合金熔炼装置，其中，包括：

搅拌机构，包括一个石墨搅拌头、一个用于转动石墨搅拌头的传动系统和一个用于升降石墨搅拌头的第二液压缸，搅拌机构安装到一个安装板上；所述搅拌头呈一个向下敞口的石墨钟罩，从顶部连体伸出一个长柄状的圆管用于从传动系统和第二液压缸向石墨钟罩传递旋转和伸缩动力，所述圆管有一个中心通孔连通到所述石墨钟罩的内腔，用于向石墨坩埚内加料；和

送料机构，包括空气压缩机、进料罐、送料管以及支撑座，所述支撑座位于进料罐的下方用于支持固定进料罐，所述进料罐的两端分别通过连接器与所述空气压缩机和所述送料管的一端相连，送料管的另一端接通所述中心通孔。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，所述石墨钟罩的侧壁开有若干通孔。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，所述石墨钟罩的顶壁开有若干通孔。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，所述送料管的末端和石墨钟罩的中心通孔的顶端相通。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，所述进料罐内设置有过滤网。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，所述空气压缩机输出气体为氮气或氩气等惰性气体。

如上所述的搅拌及送料机构，其中，进一步包括温控机构，所述温控机构包括内置热电偶和外置热电偶，所述内置热电偶穿过所述电阻式坩埚熔炼炉与炉内相连通，所述外置热电偶通过所述石墨钟罩通孔与金属液相连。

本发明的精炼剂及变质剂利用高压氮气通过旋转的石墨钟罩吹入铝液中，可使粉状Na盐及精炼剂等均匀分散在铝液中；本发明的石墨钟罩可以旋转搅拌熔液，确保熔体中元素分布均匀，石墨钟罩也可换成其他装置，如搅拌、夹块装置等；本发明加料及搅拌均使用石墨质工具，避免铁质工具对熔体的污染；本发明的送料罐漏斗内放置过滤网，使粉末料在进入铝熔体之前均匀的分散开。通过使用本发明设计的用于铝合金熔炼装置的搅拌及送料机构，可以保证铸锭质量的稳定性，从而保证后期的实验数据稳定、可靠。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不构成本发明的限制，其中：

图1为本发明所述的搅拌及送料机构实施例的结构示意图。

图2为本发明所述的搅拌及送料机构实施例的坩埚夹持架的结构示意图。

图3为本发明所述的搅拌及送料机构实施例的进料罐的结构示意图。

图4为本发明所述的搅拌及送料机构实施例的石墨钟罩的结构示意图。

附图中，各标号说明如下：

1：熔炼机构；

11：电阻式坩埚熔炼炉、12：炉盖、13：第一液压缸、14：石墨坩埚、15：铝液；

16：坩埚夹持架；

161：第一拉钩、162：第二拉钩、163：第三拉钩；

2：搅拌机构；

21：石墨钟罩、22：电机、23：第二液压缸、24：传动系统、25：连接器、26：安装板；

211：中心通孔、212：顶壁通孔、213：侧壁通孔；

3：送料机构；

31：空气压缩机、32：进料罐、33：送料管、34：支撑座；

321：阀门、322：粉状料、323：筛网、324：连接器；

41：内置热电偶、42：外置热电偶。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思、各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1是本发明所述的一种搅拌及送料机构实施例的结构示意图。如图1所示，一种铝合金熔炼装置，其包括：熔炼机构1、搅拌机构2、送料机构3以及温控机构。

如图1所示，所述熔炼机构1包括:电阻式坩埚熔炼炉11、炉盖12、第一液压缸13、、盛有铝液15的石墨坩埚14以及坩埚夹持架16。所述炉盖12位于电阻式坩埚熔炼炉11的上方，电阻式坩埚熔炼炉11与炉盖12配合形成封闭空间。第一液压缸13位于炉盖12的上方，与炉盖12固定连接。利用第一液压缸13的伸缩可以控制炉盖12上下方向的运动。第一液压缸13的伸出时，炉盖12关闭；第一液压缸13的收缩时，炉盖12打开。炉盖12上表面具有凹槽，搅拌机构2的安装板固定安装于凹槽内。石墨坩埚14放置在电阻式坩埚熔炼炉11的内部中心处，便于加热时的受热均匀。所述石墨坩埚14内盛放铝液15，铝液15由铝块在石墨坩埚14中受热熔化而成，之后在石墨坩埚14内完成合金的熔炼过程。

进一步的，为方便后期金属溶液的浇铸，提高操作的安全性，该熔炼机构还配有坩埚夹持架16，配合石墨坩埚14使用，便于石墨坩埚14的夹持。将坩埚夹持架16套在石墨坩埚14的外表面，利用坩埚夹持架16上的拉钩结构，完成石墨坩埚14的放置和熔液的浇铸过程。

所述坩埚夹持架16的结构如图2所示，坩埚夹持架16为倒圆锥形，顶部和底部均开口。坩埚夹持架16的顶端具有第一拉钩161、第二拉钩162，底部具有第三拉钩163。当然，所述坩埚夹持架的外形不限于此，其外形可以与石墨坩埚外形一致或不一致，只要能够套与坩埚外部，便于坩埚的夹持即可。坩埚夹持架16的顶部和底部边缘位置还可以设置更多的拉钩结构，以便从不同角度对坩埚夹持架进行夹取，方便操作。

熔炼过程结束后，可利用坩埚夹持架16的第一拉钩161、第二拉钩162将石墨坩埚14吊起。将石墨坩埚14移动到待浇铸位置处，抬起第三拉钩163使石墨坩埚14发生倾斜。倾斜后石墨坩埚14内的金属溶液会自动流出，进行金属液的浇铸。利用此坩埚夹持架的结构，提高了浇铸过程的安全可靠性。

所述搅拌机构2包括用于搅拌铝液的石墨钟罩21、电机22、第二液压缸23、传动系统24、连接器25以及安装板26。所述石墨钟罩21顶端固定有连接器25，连接器25通过传动系统24与电机22相连。当电机22旋转时通过传动系统24、连接器25带动石墨钟罩21一起旋转。如图1所示，连接器25、传动系统24以及电机22固定在安装板26上，安装板26固定安装于炉盖12上表面的凹槽内。安装板26上方固定连接有第二液压缸23。通过第二液压缸23控制安装板26的升降动作，从而带动石墨钟罩21完成升降运动。当金属溶液不需要搅拌时，第二液压缸23带动安装板26整体向上运动，石墨钟罩21随安装板26上升，脱离金属熔液。当金属溶液需要搅拌时，石墨钟罩21随第二液压缸23向下移动，石墨钟罩21的末端伸入金属熔液中，再利用电机22的旋转，通过传动系统24、连接器25，带动石墨钟罩21旋转，搅拌金属溶液。

如图4所示，石墨钟罩21的下方呈一个向下敞口的石墨钟罩状，从石墨钟罩状的顶部连体伸出一个长柄状的圆管用于传递所述旋转和伸缩动力；所述圆管有一个中心通孔211连通到石墨钟罩21的内腔。通过中心通孔211可以将金属粉末和精炼剂投入到下方的铝液15中。所述石墨钟罩状的顶壁开有若干顶壁通孔212，所述石墨钟罩状的侧壁开有若干侧壁通孔213。这样的结构可以在石墨钟罩21旋转过程中使合金元素更加充分的溶解。所述石墨钟罩21也可以换成石墨搅拌棒，或者其他形式，能够实现金属溶液的均匀搅拌即可。

所述送料机构3包括：空气压缩机31、进料罐32、送料管33以及支撑座34。所述进料罐32的两端分别通过连接器324与空气压缩机31和送料管33相连。空气压缩机31能够产生大量的高压氮气，送料管33的另一端与石墨钟罩21的内孔相连。空气压缩机31产生的高压氮气通过进料罐32内部，带走需要进行熔炼的金属粉末。需要进行熔炼的金属粉末随空气压缩机31产生的高压氮气经过送料管33到达石墨钟罩21内孔，最终全部通过石墨钟罩21的内孔进入到铝液15当中。由于空气压缩机31持续的产生高压氮气流通石墨钟罩21内孔，金属粉末不会粘结在石墨钟罩21内壁上，使金属墨粉得到了充分的利用，而且提高了铝液15的混合质量。支撑座34位于进料罐32的底部，起支撑定位进料罐32的作用。

进料罐32的结构示意图如图3所示。如图1和图3所示，进料罐32包括：阀门321、粉状料322、筛网323以及连接器324。所述进料罐32通过两端的连接器324分别于与送料管33和空气压缩机31相连。所述筛网323具有过滤作用，可以将块状的合金元素过滤出来，只允许粉状料通过筛网323进入到进料罐32内腔中。保证了金属粉末的质量，使金属元素的溶解更加充分。

如图1所示，所述送料管33末端连接所述石墨钟罩21的内部通孔。当熔炼装置需要送料时，空气压缩机31开始工作。打开过滤罐32上的阀门321，粉状料322开始自动下落到进料罐32中。通过控制阀门321开启的大小来控制粉状料322的进入量。粉状料322通过筛网323进入到进料罐32内腔中，随空气压缩机31产生的高压氮气一起进入到送料管33中。最终全部通过石墨钟罩21内部通孔进入到铝液15中。所述空气压缩机31产生的气体可以是氮气，也可以是氩气或其他惰性气体。

所述温控机构包括：内置热电偶41和外置热电偶42。所述内置热电偶41穿过电阻式坩埚熔炼炉11与炉内相连通，负责测量电阻式坩埚熔炼炉11内的温度；所述外置热电偶42通过石墨钟罩21内部的通孔与铝液15相连，主要负责测量所述石墨坩埚14内铝液15的温度。此温控机构使用的元件不仅仅局限于热电偶，也可以采用其他方式的测温元件。

下面介绍使用上述搅拌及送料机构的操作方法。

第一步：将铝锭放置于电阻式坩埚熔炼炉中，加热该电阻式坩埚熔炼炉，使其中的铝锭熔化。

首先，利用第一液压缸13将电阻式坩埚熔炼炉11上方的炉盖12打开，将石墨坩埚14放入坩埚夹持架16中，再将调配好的铝锭放入石墨坩埚14中，之后利用坩埚夹持架16的第一拉钩161、第二拉钩162，将坩埚夹持架16吊起并放入电阻式坩埚熔炼炉11中，固定好相应位置，使石墨坩埚14处于电阻式坩埚熔炼炉的中心位置。利用第一液压缸13关闭炉盖12，使电阻式坩埚熔炼炉11与炉盖12之间形成封闭空间。利用穿过电阻式坩埚熔炼炉与炉内相连的内置热电偶41设定好相应温度，对电阻式坩埚熔炼炉11炉内进行加热，使铝块进行加热并进行熔化。熔化后的铝块在石墨坩埚14内形成铝液15，以便后期进行合金元素的溶解。在熔化过程中不需要对铝块进行搅拌，因此，利用第二液压缸23带动安装板26向上抬起，石墨钟罩21固定在安装板上，石墨钟罩21随安装板26向上抬起，使其脱离熔体，其高度保证位于熔化后的铝液液面之上即可。.

第二步：利用外置热电偶测量铝液温度，并调节铝液温度，使其稳定在需要的温度上进行熔炼。

当电阻式坩埚熔炼炉11加热过一段时间后，铝块得到充分的熔化并形成铝液。此时，需要测量铝液的温度，以便后期合金元素得到更加充分的溶解。将外置热电偶42通过石墨钟罩21内部的通孔插入到铝液深度2/3处，测量铝液温度(如图1所示)。将测量到的铝液温度与标准值进行对比，调节铝液的温度使其达到标准值，并保持温度稳定，以便后期对合金元素的溶解更加的充分。本发明利用内置及外置的热电偶，可确定熔炼炉的炉膛及熔体温度，为稳定熔炼工艺、保证铸锭质量打下基础。

当然，外置热电偶插入铝液中的方式不仅仅局限于通过石墨钟罩21的内部，也可以通过炉盖12的其他位置插入到铝液中，只要能满足测量铝液的温度即可。

第三步：将合金元素加入到铝液中，利用搅拌机构进行搅拌，使合金元素得到充分溶解。

当铝液15温度达到标准值时，开始加入粉末状合金元素。首先，利用第二液压缸23将石墨钟罩21插入到铝液15中，使圆盘状结构完全淹没在铝液15中。打开空气压缩机31，空气压缩机31开始工作，产生大量的高压氮气，产生的高压氮气通过管路进入进料罐32内腔通道内，进料罐32的一端通过连接器324与空气压缩机31相连，另一端通过连接器324与送料管33相连，送料管33与石墨钟罩21的内孔相连，高压氮气通过进料罐32，送料管33进入到石墨钟罩21的内孔中。粉状料322装在进料罐32的顶部，进料罐的顶部成漏斗形，打开进料罐32的阀门321，通过阀门的调节控制粉状料的进料量。阀门321打开后，粉状料322随重力作用自然下落。在进料罐32的漏斗形顶端底部设置有筛网323，粉状料322经过筛网323的过滤后进入送料通道内，过滤后将块状的合金元素过滤，只留下粉末状的合金元素。

进入通道内的粉状料322随氮气一起通过送料管33进入到石墨钟罩21的内部(当合金元素为块状时，打开炉盖12，将块状合金元素投入到铝液中，并利用石墨钟罩的上下运动将块状元素压碎成粉末状，再进行搅拌)。石墨钟罩21通过连接器25及传动系统24与电机22连接。电机22启动后，石墨钟罩21随电机22转动而开始旋转，粉状料322被空气压缩机31产生的氮气通过旋转的石墨钟罩21的内孔吹入铝液15中，从而使粉状料322在铝液15中均匀分散开，避免粘结成块，同时也减少了粉状料粘结在石墨钟罩内壁上。

加料结束后，关闭阀门321，关闭空气压缩机31，不再产生氮气，此时完成送料过程，抬起石墨钟罩21。利用第二液压缸23再次升起石墨钟罩21，脱离金属溶液，并保温相应时间，使合金元素进行溶解。保温结束后降下石墨钟罩21再次对熔体进行搅拌，确保合金元素在铝液15中分布均匀。通过筛网323的设置，防止聚集成块的粉状料进入铝液中，使粉状料322在进入铝液15前均匀的分散开。

本发明加料及搅拌均使用石墨质工具，避免了铁质工具对熔体的污染，石墨钟罩通过传动系统与电机连接，可以自动旋转搅拌熔液，避免了人工搅拌不均匀的缺陷，石墨钟罩也可换成专用的石墨搅拌器，可使合金液熔体搅拌均匀，减少偏析，提高铸锭质量。同时，石墨钟罩可以随第二液压缸带动安装进板进行上下方向的移动，当不需要进行铝液的搅拌时，可以将石墨钟罩抬起，脱离铝液。

第四步：将精炼剂及钠盐加入到铝液中，利用搅拌机构进行搅拌，使精炼剂及钠盐得到充分溶解。

加入精炼剂。利用外置热电偶42测量铝液15的温度，当铝液15的温度降低到浇铸温度时，利用空气压缩机31、进料罐32等将精炼剂通过旋转的石墨钟罩21送入铝液15中，并保温相应时间，操作过程与向铝液中添加粉状料一致。

对于需要用钠盐进行变质的合金，需加入钠盐变质剂。钠盐变质剂的加入方法与粉状料的加入方法一致，加完钠盐变质剂后保温相应时间。

第五步：利用坩埚夹持架取出石墨坩埚，进行金属液的浇铸。

达到保温时间后，利用第一液压缸13打开炉盖12，对铝液进行扒渣处理后，利用坩埚夹持架16的第一拉钩161、第二拉钩162将石墨坩埚14吊起，将石墨坩埚14移动到待浇铸位置处，抬起第三拉钩163使石墨坩埚倾斜，进行金属液的浇铸。利用此坩埚夹持架的结构，提高了浇铸过程的安全可靠性。

本发明利用内置及外置的热电偶，可确定熔炼炉的炉膛及熔体温度，为稳定熔炼工艺、保证铸锭质量奠定基础；本发明的石墨钟罩通过液压缸可实现上下方向的移动，在不使用时可以升高到液面以上，同时，石墨钟罩通过传动系统与电机连接，可以实现自动旋转搅拌熔液，避免了人工搅拌带来的搅拌不均匀的缺陷，石墨钟罩也可换成专用的石墨搅拌器，可使合金液熔体搅拌均匀，减少偏析，提高铸锭质量；本发明加料及搅拌设备均使用石墨钟罩，避免了铁质工具对熔体的污染；本发明的进料罐漏斗内放置过滤网，可防止聚集成块的粉末料进入铝熔体中，使粉末料在进入铝熔体前均匀的分散开。本发明的提出的一种搅拌及送料机构可以保证铸锭质量的稳定性，从而为获得稳定、可靠的实验数据奠定基础。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其他组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (6)

1.一种搅拌及送料机构，用于铝合金熔炼装置，其特征在于，包括：

搅拌机构，包括一个石墨搅拌头、一个用于转动石墨搅拌头的传动系统和一个用于升降石墨搅拌头的第二液压缸，搅拌机构安装到一个安装板上；所述搅拌头呈一个向下敞口的石墨钟罩，从顶部连体伸出一个长柄状的圆管用于从传动系统和第二液压缸向石墨钟罩传递旋转和伸缩动力，所述圆管有一个中心通孔连通到所述石墨钟罩的内腔，用于向石墨坩埚内加料，所述石墨钟罩的侧壁开有若干通孔，所述通孔连通到所述石墨钟罩的内腔；和

送料机构，包括空气压缩机、进料罐、送料管以及支撑座，所述支撑座位于进料罐的下方用于支持固定进料罐，所述进料罐的两端分别通过连接器与所述空气压缩机和所述送料管的一端相连，送料管的另一端接通所述中心通孔。

2.根据权利要求1所述的搅拌及送料机构，其特征在于，所述石墨钟罩的顶壁开有若干通孔。

3.根据权利要求1所述的搅拌及送料机构，其特征在于，所述送料管的末端和石墨钟罩的中心通孔的顶端相通。

4.根据权利要求1所述的搅拌及送料机构，其特征在于，所述进料罐内设置有过滤网。

5.根据权利要求1所述的搅拌及送料机构，其特征在于，所述空气压缩机输出气体为氮气或氩气。

6.根据权利要求1所述的搅拌及送料机构，其特征在于，进一步包括温控机构，所述温控机构包括外置热电偶，所述外置热电偶通过所述石墨钟罩通孔与金属液相连。