CN107442761A - 金属熔铸系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属熔铸系统和方法。金属熔铸系统包括：熔化炉，用于熔融金属，熔化炉包括熔化炉出口；一个或多个压铸装置，每个压铸装置用于形成金属胚料；预处理装置，用于将熔融的金属转移至一个或多个压铸装置；其中，预处理装置与熔化炉连通使得熔化炉中的熔融金属能够通过熔化炉出口流入预处理装置，并且预处理装置与一个或多个压铸装置分别连通以便能够将熔融的金属输送至压铸装置进行压铸。

Description

金属熔铸系统和方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，并且具体地涉及金属熔铸系统。

背景技术

压铸过程需要首先熔化金属，现有技术中使用容器将熔融的金属加注到压铸装置的入口。一般的设备需要使用保温炉，从熔化炉中提供的熔融的金属通过叉车周转包或，悬挂系统或其他非连续的方式注入到保温炉中，然后再转移到压铸装置。

然而，在熔融的金属从熔化炉转移到压铸装置的过程中，熔融的金属可能会被氧化，温度降低，在转运过程中发生安全事故等；并且使用保温炉将导致设备的成本大幅提高，能耗增加。

发明内容

本发明提供一种金属熔铸系统，能够解决现有技术中的问题，并且大大提高压铸效率，降低能耗，提高生产的安全性，并降低设备的成本。

本发明的实施例提供一种金属熔铸系统，包括：熔化炉，用于熔融金属，熔化炉包括熔化炉出口；一个或多个压铸装置，每个压铸装置用于形成金属胚料；预处理装置，用于将熔融的金属转移至一个或多个压铸装置；其中，预处理装置与熔化炉连通使得熔化炉中的熔融金属能够通过熔化炉出口流入预处理装置，并且预处理装置与一个或多个压铸装置分别连通以便能够将熔融的金属输送至压铸装置进行压铸。

一方面，预处理装置包括预处理通道，来自熔化炉的熔融的金属流入预处理通道并在预处理通道中流动，并且在预处理通道中流动时熔融金属中所含氢被至少部分去除。

一方面，预处理通道包括第一端，所述第一端与熔化炉的熔化炉出口连接，并且第一端设置第一过滤装置用于过滤熔融的金属中的杂质。

一方面，预处理通道包括一个或多个第二端，在熔融的金属流动方向上一个或多个第二端位于第一端下游，设置第二过滤装置，熔融的金属先经过第二过滤装置后到达第二端。

一方面，预处理通道的底部设置多个气孔，用于向预处理通道内通入气体。

一方面，气体是氮气。

一方面，预处理通道包括加热装置以便维持预处理通道内的熔融的金属处于熔融状态。

一方面，预处理通道包括多个分段，每个分段的上盖能够打开，并且分别分段的温度和进气能够独立进行控制。

一方面，预处理装置还包括传送通道，传送通道用于提升预处理通道中的熔融的金属以便将熔融的金属传送至压铸装置。

一方面，传送通道包括抽吸装置，所述抽吸装置通过其特征在于的活塞的上下往复运动产生的负压将预处理通道内的熔融的金属提升至压铸装置。

一方面，测量传送通道中活塞的一个上下往复运动的行程抽吸的熔融的金属的量，从而控制提供给压铸装置的熔融金属的量。

一方面，熔化炉包括热量回收装置，所述热量回收装置包括用于排出熔化炉中的燃烧后的废气的排气管道，通入到熔化炉中的空气与热量回收装置中排气管道接触以便温度升高。

一方面，通道到熔化炉中的空气进入熔化炉中时，温度在100度至300度之间，经验表明，每提高100度空气温度，可以降低5％的能耗。

一方面，热量回收装置的排气管道呈迂回蜿蜒状，以便增大通入到熔化炉中的空气与排气管道的接触面积。

一方面，金属是铝、镁、锌、及铝合金、镁合金、锌合金中的任一种。

一方面，预处理装置包括一个传送通道和预处理通道，从熔化炉中流入的熔融的金属通过传送通道提升到一定高度，随后进入预处理通道中流动，并且预处理通道包括一个或多个送料端，每个送料端将熔融金属送入压铸装置。

本发明的实施例还提供一种压铸金属的方法，使用前述的金属熔铸系统压铸金属。

附图说明

现在将仅以举例的方式并参照附图描述本发明的一些优选实施例，在附图中：

图1为根据本发明的一个实施例的金属熔铸装置的透视示意图；

图2为根据本发明一个实施例的金属熔铸装置的部分截面示意图；

图3图示了根据本发明一个实施例的金属熔铸装置的俯视示意图；

图4示出根据本发明一个实施例的金属熔铸装置的传送通道的抽吸装置的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施例的金属压铸系统100。金属熔铸系统100可以包括：熔化炉101，用于熔融金属，熔化炉101包括熔化炉出口1013；一个或多个压铸装置103，用于形成金属胚料；预处理装置，用于将熔融的金属转移至压铸装置103。图1中示出了两个压铸装置的实施方式。如图2所示，预处理装置与熔化炉101连通使得熔化炉101中的熔融金属能够通过熔化炉出口1013沿图2中(预处理装置内的)的箭头方向流入预处理装置，并且预处理装置与压铸装置103连通以便能够将熔融的金属输送至压铸装置103进行压铸。

根据本发明的实施例，金属通过熔化炉101融化之后经过预处理装置传送，然后被直接连续地传送至压铸装置103，因而本发明的实施例仅需要使用一个熔化炉101加热以便融化金属，而不再需要现有技术中常用的例如保温炉等其他炉，不再需要现有技术中叉车转运包或悬挂系统等其他炉子和设备，大大节约了设备的成本，同时不需要重新对金属进行加热，节约了系统的能耗。

在本发明的一个实施例中，预处理装置包括预处理通道102，从熔化炉101中流入的熔融的金属在预处理通道102中流动，并且在预处理通道102中流动时熔融金属中所含氢被至少部分去除，换句话说，预处理通道102能够起到对熔融金属除气的作用。图1示出预处理通道102的一种实施方式。预处理通道可以根据需要是其他形式。预处理通道的长度也可以根据实际需要设置。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102包括第一端1025，所述第一端1025与熔化炉101的熔化炉出口1013连接，并且第一端1025设置第一过滤装置1021用于过滤熔融的金属中的杂质。预处理通道102还可以包括第二端1026，在熔融的金属流动方向上第二端1026位于第一端1025下游，第二端1026设置第二过滤装置1022，熔融的金属先经过第二过滤装置1022后流出第二端1026。换句话说，本发明的实施例设置两个过滤装置，两层过滤装置大大减少了熔融的金属中的熔渣等杂质，提高了熔融金属的清洁度，延长了设备的维修周期。如图1所示，在设置多个压铸装置的情况下，预处理通道具有多个第二端，每个第二端对应一个压铸装置。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102可以是包括多个分段1S、2S、3S、4S、5S的结构，每个分段的盖1024能够打开，并且分别分段的温度和进气能够独立进行控制。分段的结构是有利的，这使得制造过程更加灵活，实现模块化，预处理通道102的长度可以灵活设计；维修更加方便，当一个分段损坏的时候并不影响其他分段，因而仅需要维修或更换损坏的分段，因而后期使用成本减小。分段的结构使得预处理通道102的长度可以灵活变化。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102可以包括盖1024，盖1024可以打开。设置盖1024是有利的，在维修的时候打开盖1024更利于操作。此外，盖与预处理通道的本体之间可以通过互补结构接合，实现预处理通道的密闭。

在具有分段结构的预处理通道102的实施例中，每个分段包括单独的盖1024，因而每个分段的盖1024可以独立打开和闭合，因而不会影响其他分段的操作。

在具有分段结构的预处理通道102的实施例中，预处理通道102的每个分段具有可以独立控制的加热装置(未示出)、测温装置(未示出)或进气系统。也就是说，预处理通道102的每个分段内的温度时独立可控的，并且每个分段内的氮气进气可以独立控制，包括氮气的进气量等。

根据本发明的一个实施例，氮气的进气可以控制预处理通道102内的气压，在具有一定的氮气气压下，除氢的效果明显提高，并且由于氮气，氧气被排除在预处理通道102外。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102的底部设置多个气孔1023，用于向预处理通道102内通入气体。气孔1023可以在预处理通道102的底部均匀的分布，也可以不是均匀的。气体可以是氮气。从气孔1023中通入气体，可以促进熔融的金属的流动性，一般情况下本领域人员认为熔融金属的流动性比较差，本领域技术人员一般不会考虑依靠熔融的金属自身流动去输送金属，但是本发明人在预处理通道102的底部设置气孔1023并注入诸如氮气或其他惰性气体的气体之后，熔融的金属的流动性被大大增强了，实际应用中熔融的金属的流动满足生产要求。在预处理通道102的底部通入例如氮气可以在预处理通道102内形成保护气氛，熔融的金属不会被氧气氧化。通入氮气还可以实现除气的功能，熔融的金属中一般情况下会包含氢，氢在金属是非常有害的，会带来氢脆、气孔1023之类的缺陷，氮气从熔融的金属底部通入可以更加彻底地除去金属中的氢。此外，从预处理通道的底部通入氮气可以起到类似搅拌熔融的金属的作用，使得熔融的金属内部的杂质和氢加速排出。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102可以是封闭的通道，在预处理通道102的底部通过多个气孔1023注入保护气体，保护气体从预处理通道102的一端排出，或者设置专门的排气口排出。封闭的通道是有利的，可以提高防止熔融的金属被氧化的可靠性，同时可以有利于通道内的温度控制。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102包括第一端1025，第一端1025与熔化炉101的熔化炉出口1013连接，并且第一端1025设置第一过滤装置1021用于过滤熔融的金属中的杂质。过滤装置可以是带有孔的耐热板，熔融的金属中会包含杂质，例如熔渣，一些种类的熔渣会漂浮在熔融的金属上，一些种类的熔渣比重较大沉在熔融的金属底部，过滤装置是中部包含多个孔的板，因而漂浮的熔渣不能通过过滤装置，在熔融的金属底部的熔渣不能通过过滤装置。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102包括加热装置以便维持预处理通道102内的熔融的金属保持熔融状态。加热装置可以是辐射加热装置，例如电热丝、电热棒或其他辐射元件。加热装置也可以是例如气体燃烧装置。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102内可以设置热电偶用于测量预处理通道102内熔融的金属的温度，以便将熔融的金属保持在适当的温度。例如，熔融的金属铝温度可以保持在680度至730度。可以设置红外传感器用于测量预处理通道102内的温度。

在本发明的一个实施例中，预处理通道102包括温度控制系统。温度控制系统包括加热装置和温度测量装置。温度控制系统还包括隔热层，用于隔离预处理通道102与环境之间的热传导，有利于降低能耗。

在本发明的一个实施例中，预处理装置还包括传送通道104，传送通道104用于提升熔融的金属以便将熔融的金属传送至压铸装置103。

在本发明的另一实施例中，金属熔铸系统100包括熔化炉101、预处理装置102、一个或多个压铸装置103以及传送通道104，其中预处理装置102即上述实施例中的预处理通道102。

在实际生产中，预处理通道102的第二端1026可能与压铸入口不在一个水平高度上，在此情况下，设置传送通道104以便将熔融的金属提升一定高度传送到压铸入口。根据本发明的实施例的传送通道104可以实现定时定量馈送熔融的金属至压铸装置103。

传送通道104包括用于传送熔融的金属的管道1041和用于抽吸熔融的金属的抽吸装置1042。管道1041连通预处理通道102和压铸装置103。图4示出传送通道中设置的抽吸装置1042。抽吸装置1042包括抽吸管柱1044和活塞1043，活塞1043在抽吸管柱1044内往复运动。活塞的多次往复运动实现熔融的金属的抽吸。抽吸装置还包括第一单向闸和第二单向闸，其中第一单向闸1045和第二单向闸1046限定抽吸腔1047。当活塞1043向上移动抽气时，第一单向闸1045被打开，第二单向闸1046关闭，熔融的金属从左边的预处理通道中被抽吸；当活塞1043向下运动排气时，第一单向闸1045关闭，第二单向闸1046被打开。

应该知道，活塞1043和抽吸管柱1044的配置可以是其他形式，活塞1043不需要沿上下方向运动，可以是沿其他方向运动实现抽气。

根据本发明的实施例，管道1041可以是钢铁材料或陶瓷材料形成。

传送通道104的抽吸装置1042中的活塞1043一个例如上下往复运动的行程可以提升一定量的熔融的金属，这可以通过活塞1043的直径与传送通道104的圆筒结构计算。在实际使用过程中，传送通道104中的活塞1043一个上下行程提升或抽吸的熔融金属的量是大体确定的，因此，通过计算活塞1043行程的周期次数可以计算被送入压铸装置103的熔融的金属的量。

在本发明的其他实施例中，传送通道104不是必须的，例如当预处理装置的预处理通道102的第二端1026与压铸装置103的入口端在一个高度水平的时候，预处理通道102中的熔融的金属可以直接流入压铸装置103进行压铸。在一个实施例中，金属熔铸系统100不包括传送通道104，预处理通道102的第二端1026直接与压铸装置103连接，将熔融的金属导入到压铸装置103中。在优选的实施例中，本系统能够将熔融的金属定时定量地导入到压铸装置103中。由于本系统的预处理通道102中熔融的金属能够连续地流动，因而从熔化炉101中流出的熔融的金属能够连续地供应至压铸装置103。通过在本本发明的系统中设置例如控制器的部件，能够连续供应熔融的金属至压铸装置103，并且通过闸门或挡板控制流入或注入到压铸装置103的熔融的金属的量。

在本发明的一个实施例中，传送通道104包括抽吸装置，所述抽吸装置通过其中的活塞1043往复运动产生的负压或正压将预处理通道102内第二端1026处的熔融的金属提升至压铸装置103。

具体地，传送通道104用于提升熔融的金属以便将熔融的金属传送至压铸装置103。具体地，当熔融的金属通过第二过滤装置1022到达第二端1026，随后熔融的金属在预处理通道102的第二端1026经过抽吸装置被传送至压铸装置103的入口。

在本发明的一个实施例中，熔化炉101包括热量回收装置1011，所述热量回收装置1011包括用于排出熔化炉101的燃烧废气的排气管道1012，通入到熔化炉101中的空气在进入熔化炉101中之前与热量回收装置1011中排气管道1012接触，从而温度升高。热量回收装置1011的排气管道1012呈迂回蜿蜒状，以便通入到熔化炉101中的空气与排气管道1012的接触面积被增大。

在本发明的一个实施例中，通到熔化炉101中的空气进入熔化炉101中时，温度在100度至300度之间。通入到熔化炉101中的空气的温度控制在100度到300度之间是有利的，这样通入到熔化炉101中的管道可以使用普通钢管，其使用寿命能够延长。

根据本发明的一个实施例，金属熔铸系统100，包括：熔化炉101，用于熔融金属，熔化炉101包括熔化炉出口1013；一个或多个压铸装置103，每个压铸装置103用于形成金属胚料；预处理装置，用于将熔融的金属转移至压铸装置103。预处理装置直接连接至熔化炉101的熔化炉出口1013，使得熔化炉101中的熔融金属能够直接连续流入预处理装置，并且预处理装置包括多个送料端，每个送料端与一个压铸装置103连接以便能够直接将熔融的金属连续输送至压铸装置103进行压铸。

由于预处理装置可以提供多个送料端，每个送料端对应的压铸装置103的型号可以不同，例如第一压铸装置103可以是150吨压力的压铸装置103，第二压铸装置103可以是280吨压力的压铸装置103，第三压铸装置103可以是500压力的压铸装置103。应该知道还可以包括其他压力的压铸装置103。因而，本发明的实施例可以大大提高设备的灵活性和适应性，可以同时满足多种压铸设备，压铸多种型号的胚料，并且实现每个胚料连续压铸，提高了生产效率，降低能耗，提高生产的安全性，降低金属的烧损。

在本发明的一个实施例中，预处理装置包括预处理通道102，预处理通道102设置多个送料端1026。预处理通道102的多个送料端1026(也可以称为第二端)可以分别与一个熔化炉101连通，熔融的金属流入预处理通道102，随后熔融的金属在预处理通道102中流动，分别进入多个送料端的每一个，每个送料端与相应的压铸装置103连通以便送入熔融的金属。预处理通道102与前面描述的金属熔铸系统100的实施例中的预处理通道102类似，为了简明，相同的特征部分不再赘述。

在根据本发明的一个实施例中，预处理通道102的每个送料端1026与一个对应的传送通道104连通，传送通道104与上述实施例中的传送通道104类似。

在根据本发明的一个实施例中，金属熔铸系统包括一个传送通道104，传送通道104与熔化炉出口1013连通，将熔融的金属提升到一定高度，例如与压铸装置103的入口相同的高度或更高的高度处。金属熔铸系统还包括预处理通道102，预处理通道102的入口与传送通道104的出口端连通，熔融的金属进入预处理通道102后，流过预处理通道102，随后经由第二过滤装置1022分别从送料端，也就是第二端1026，分别进入压铸装置103的入口。此处，预处理通道102具有多个第二端1026或送料端，每个送料端与压铸装置103的入口连通。

在整个系统中，根据精益生产原理，使熔融的金属在整个系统中保持连续供应，类似精益生产中的单件流，并且使其保持到最低存量，从而降低熔铸过程中对大的批量液体金属保温而带来的能源节省，并且充分利用熔化炉的熔化能力，提高设备的利用率，取消或缩小保温炉，降低投资成本。

下面描述根据本发明的实施例的压铸方法。使用上述压铸系统压铸金属胚料的过程如下。

首先将原料加入熔化炉101中，加热熔融金属获得熔融的金属。熔融的金属流入预处理通道102。首先。熔融的金属通过第一过滤装置1021，漂浮在熔融的金属液面上的熔渣被第一过滤装置1021挡住，不含熔渣的熔融的金属进入预处理通道102中。此时，预处理通道102的底部气孔1023通入氮气，熔融的金属在预处理通道102内的流动阻力小，并且，由于氮气的存在，熔融的金属中的氢被排出，熔融的金属中的氢含量被降低。实验检测，通过预处理通道102后的熔融的金属中的氢含量减小50％～70％，这极大地提高了压铸后的胚料的力学性能。在熔融的金属在预处理通道102内流动的过程中，预处理通道102的加热装置和温度传感器协作，使得预处理通道102内的温度处于理想的温度，例如在700-800度之间，熔融的金属内包含的氢以及其他有害气体因而不断得以排出熔融的金属。这是极为有利的，在现有的使用一定量的容器一次一次地转移熔融的金属的过程中，不能够保持熔融的金属处于一定的温度，并且熔融的金属表面可能被氧化，然而，本发明的预处理通道102存在氮气保护，并且氮气产生的压力可以帮助熔融的金属中的杂质气体排出。

熔融的金属继续流动，经过第二过滤装置1022，在熔融的金属流过预处理通道102过程中形成的熔渣以及部分未被过滤的熔渣被第二过滤装置1022过滤除去。熔融的金属到达预处理通道102的第二端1026。当第二端1026与压铸装置103处于同一高度时，预处理通道102中的熔融的金属直接注入到压铸装置103的入口。当第二端1026高度低于压铸装置103时，预处理装置还包括传送通道104，传送通道104与第二端1026连通，熔融的金属在传送通道104中的负压的作用下被抽吸提升到压铸装置103的入口附近。最终实现压铸胚料。尽管已经图示和描述了公开的技术的原理，但是明显的是，在不背离这样的原理的情况下本领域技术人员在设置方式和细节上修改公开的实施例。鉴于公开的技术的原理可以适用的多个可能的实施例，应理解的是，该图示的实施例仅是所述技术的示例，并且不应作为限制本发明的范围。而是，本发明的范围由下面的权利要求及其等同物限定。因此，申请人声明所有落入所述权利要求的范围之内的都是本发明。

Claims (18)

1.一种金属熔铸系统，包括：

熔化炉，用于熔融金属，熔化炉包括熔化炉出口；

一个或多个压铸装置，每个压铸装置用于形成金属胚料；

预处理装置，用于将熔融的金属转移至一个或多个压铸装置；

其特征在于，预处理装置与熔化炉连通使得熔化炉中的熔融金属能够通过熔化炉出口流入预处理装置，并且预处理装置与一个或多个压铸装置分别连通以便能够将熔融的金属输送至压铸装置进行压铸。

2.根据权利要求1所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理装置包括预处理通道，来自熔化炉的熔融的金属流入预处理通道并在预处理通道中流动，并且在预处理通道中流动时熔融金属中所含氢被至少部分去除。

3.根据权利要求2所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理通道包括第一端，所述第一端与熔化炉的熔化炉出口连接，并且第一端设置第一过滤装置用于过滤熔融的金属中的杂质。

4.根据权利要求3所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理通道包括一个或多个第二端，在熔融的金属流动方向上一个或多个第二端位于第一端下游，设置第二过滤装置，熔融的金属先经过第二过滤装置后到达第二端。

5.根据权利要求2所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理通道的底部设置多个气孔，用于向预处理通道内通入气体。

6.根据权利要求5所述的金属熔铸系统，其特征在于气体是氮气。

7.根据权利要求2所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理通道包括加热装置以便维持预处理通道内的熔融的金属处于熔融状态。

8.根据权利要求2所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理通道包括多个分段，每个分段的上盖能够打开，并且分别分段的温度和进气能够独立进行控制。

9.根据权利要求2所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理装置还包括传送通道，传送通道用于提升预处理通道中的熔融的金属以便将熔融的金属传送至压铸装置。

10.根据权利要求9所述的金属熔铸系统，其特征在于传送通道包括抽吸装置，抽吸装置包括抽吸管柱和活塞，活塞在抽吸管柱内往复运动；所述抽吸装置通过活塞的往复运动产生的负压将预处理通道内的熔融的金属提升至压铸装置。

11.根据权利要求10所述的金属熔铸系统，其特征在于抽吸装置还包括第一单向闸和第二单向闸，其中第一单向闸和第二单向闸限定抽吸腔；

其中，当活塞移动抽气时，第一单向闸被打开，第二单向闸关闭，熔融的金属从预处理通道中被抽吸到抽吸腔；当活塞运动排气时，第一单向闸关闭，第二单向闸被打开排出熔融的金属。

12.根据权利要求10所述的金属熔铸系统，其特征在于测量传送通道中活塞的一个上下往复运动的行程抽吸的熔融的金属的量，从而控制提供给压铸装置的熔融金属的量。

13.根据权利要求1所述的金属熔铸系统，其特征在于熔化炉包括热量回收装置，所述热量回收装置包括用于排出熔化炉中的燃烧后的废气的排气管道，通入到熔化炉中的空气与热量回收装置中排气管道接触以便温度升高。

14.根据权利要求13所述的金属熔铸系统，其特征在于通道到熔化炉中的空气进入熔化炉中时，温度在100度至200度之间。

15.根据权利要求13所述的金属熔铸系统，其特征在于热量回收装置的排气管道呈迂回蜿蜒状，以便增大通入到熔化炉中的空气与排气管道的接触面积。

16.根据权利要求1所述的金属熔铸系统，其特征在于金属是铝、镁、锌、及铝合金、镁合金、锌合金中的任一种。

17.根据权利要求1所述的金属熔铸系统，其特征在于预处理装置包括一个传送通道和预处理通道，从熔化炉中流入的熔融的金属通过传送通道提升到一定高度，随后进入预处理通道中流动，并且预处理通道包括一个或多个送料端，每个送料端将熔融金属送入压铸装置。

18.一种压铸金属的方法，其特征在于，使用权利要求1-17中的金属熔铸系统压铸金属。