CN110819832B - 一种锌合金的熔炼设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌合金的熔炼设备，由内置有气道和石墨搅拌装置及熔炼坩埚的真空熔炼设备、保护气氛炉、设置有机械搅拌装置的石墨坩埚组成，其中熔炼坩埚内表面的内表面侧面底部至顶部区域按波轮洗衣机设置滤污网的结构固定有过滤结构，该过滤结构具体由氧化铝陶瓷楔块、氧化铝陶瓷外框、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网、后衬在一次粗筛网外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网组成。本发明可以熔炼出纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶锌合金。

Description

一种锌合金的熔炼设备
技术领域
本发明涉及锌合金熔炼技术领域，尤其涉及一种锌合金的熔炼设备。
背景技术
合金熔炼是压铸过程的一个重要环节，熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液，更重要的是得到化学成分符合规定，能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变化，产生夹杂物和吸气。而且，现有技术中，在锌合金熔炼过程中职业危害因素较复杂，有粉尘、氧化锌烟、高温及其它有害气体，而这些有害物产生的原因多和除渣剂剧烈反应及除气/精炼反应释放产物相关，其中由于除渣反应导致的污染物排放最为严重。
因此，设计一种具有在线过滤功能、精确控温能加和连续化生产作业能力的熔炼设备，是获得高质量铸件的必要保障。
因此，市面上急需一种可以熔炼出纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶的锌合金的熔炼设备。
发明内容
本发明旨在提供一种可以熔炼出纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶锌合金的锌合金的熔炼设备。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锌合金的熔炼设备，其特征在于：该熔炼设备由内置有气道和石墨搅拌装置及熔炼坩埚的真空熔炼设备、保护气氛炉、设置有机械搅拌装置的石墨坩埚组成，其中熔炼坩埚内表面的内表面侧面底部至顶部区域按波轮洗衣机设置滤污网的结构固定有过滤结构，该过滤结构具体由氧化铝陶瓷楔块、氧化铝陶瓷外框、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网、后衬在一次粗筛网外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网组成；
其中所述碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网的制造步骤包括：
1）生产前准备
①原料准备：准备足量氨气、足量丙烷、足量丙烯腈、足量聚氧化乙烯、足量纯净水、足量纯铝、碱式盐、铝合金微弧氧化槽；
2）粗糙炭化纤维的制备
①将阶段1）步骤①获得的氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min获得炭化纤维；
3）在线过滤用复合材料网制备
①将阶段2）获得的炭化纤维编织成网格尺寸1mm-1.2mm的筛网；
②将阶段1）步骤①获得的纯铝在石墨坩埚中加热至熔融，然后将步骤①获得的炭化纤维筛网在真空环境下完全浸入纯铝熔融液中，开户机械搅拌15s-20s后取出炭化纤维筛网，获得浸铝炭化纤维网；
③将阶段1）步骤①获得的碱式盐按3%的质量比投入阶段1）步骤③准备的铝合金微弧氧化槽的槽液中并搅拌至完全溶化，获得碱化槽液；
④将步骤②获得的浸铝炭化纤维网再浸入步骤③获得的碱化槽液中，槽液以浸铝炭化纤维网为阳极，以奥氏体不锈钢板为阴极，升压至300V-320V，保持8s-12s，然后立即升压至460V-480V，保持8min-12min，取出浸铝炭化纤维网，采用纯净水漂洗干净并晾干后，获得所需在线过滤筛网。
上述的一种锌合金的熔炼设备中，所述碱式盐具体为Zn2(OH)2CO3或Cu2(OH)2CO3中的一种。
上述的一种锌合金的熔炼设备中，所述过滤结构共有两个，对称设置在熔炼坩埚的内表面侧面上，两个过滤结构上集成的在线过滤筛网开口端面法线朝向同一方向且两法线平行。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）本发明设计的在线过滤结构不仅有在线高效除渣的作用，由于其特殊的多孔网格结构，其吸气和搅拌除气的效能均很明显，因此从根本上摒弃了传统的添加除渣剂、除气剂的工艺方法，大幅降低了烟尘的产生量，由于熔炼过程大多发生在真空中，几乎没有不可控的逸散烟尘产生，非常环保，因此本发明的环保属性与现有技术和现有的任何专利技术均不在同一限制标准内。（2）本发明特制的双层滤网解决了单一陶瓷无机材料在耐热、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等方面虽然有很多突出的优点，但是抗机械冲击、抗热震性能较差，“脆性”是致命的弱点的痛点。用碳纤维与陶瓷组成复合材料能大幅度地提高断裂功和抗热震性能，改善陶瓷的脆性。而陶瓷又保护了碳纤维，使它在高温下不受氧化，因而本发明的滤网具有很高的高温强度和弹性模量，可以在高温下连续应用很长时间保证了本发明的实用性。（3）本发明改进了结晶器结构，增加了碳纤维陶瓷复合材料筛网在线过滤，因此本发明无需人工打渣、且不用添加本身就是熔炼产物杂质来源之一的除渣剂，且除渣效率、除气效率及清理程度均高于现有技术，因此本发明熔炼出的锌合金的纯净度高于现有技术。（4）本发明特制和复合材料筛网不同于现有的碳纤维陶瓷复合材料成型方式，而是以疏孔的炭化纤维为芯，微弧氧化的纯铝为壳，整体网格加构尤其是微结构仍以原炭化纤维的结构为主，因而在吸附功能上仍保留着部分炭化纤维的能力，吸气、吸渣和固渣能力较强，结合本身的搅动中过滤的能力，可以更大程度上滤除杂渣、同时具有良好的搅拌除气的作用（液流经筛网分流成多股细流又汇合，能发挥明显的除气功能及使合金液均匀的功能）。（5）本发明特制的筛网其机械强度很高、化学性能稳定、更兼有陶瓷筛网（一次粗筛网）在前阻流、减少直接刚性冲击，因而使用寿命长，且滤渣后无论是通过酸液腐蚀除渣回收或通过简单的机械方式掏渣都不会对本发明的筛网造成实质性的损害，因而该较高成本的筛网可以循环应用，提升了本发明适用范围。因而本发明具有可以熔炼出纯净度高、大尺寸枝晶偏析少、整体晶粒度细化均匀、原始组织多共晶少枝晶锌合金的特性。
附图说明
图1为本发明熔炼坩埚的结构示意图；
图2为本发明一次粗筛网及在线过滤筛网复合结构实物图；
图3为本发明双向搅拌熔炼坩埚的结构示意图；
图中：熔炼坩埚1、过滤结构2、在线过滤筛网3、内表面侧面4、一次粗筛网5。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的一种锌合金的熔炼设备，由内置有气道和石墨搅拌装置及熔炼坩埚1的真空熔炼设备、保护气氛炉、设置有机械搅拌装置的石墨坩埚组成，其中熔炼坩埚1内表面的内表面侧面4底部至顶部区域按波轮洗衣机设置滤污网的结构固定有过滤结构2，该过滤结构2具体由氧化铝陶瓷楔块、氧化铝陶瓷外框、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网5、后衬在一次粗筛网5外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网3组成；
其中在线过滤筛网3的制造方法为：
①原料准备：准备足量氨气、足量丙烷、足量丙烯腈、足量聚氧化乙烯、足量纯净水、足量纯铝、Zn2(OH)2CO3、铝合金微弧氧化槽；
②将步骤①获得的氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
③将步骤②获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
④将步骤③获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
⑤将步骤④获得的聚丙烯腈原丝进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑥将步骤⑤获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min获得炭化纤维；
⑦将步骤⑥获得的炭化纤维编织成网格尺寸1mm-1.2mm的筛网；
⑧将步骤①获得的纯铝在石墨坩埚中加热至熔融，然后将步骤⑦获得的炭化纤维筛网在真空环境下完全浸入纯铝熔融液中，开户机械搅拌15s-20s后取出炭化纤维筛网，获得浸铝炭化纤维网；
⑨将步骤①获得的Zn2(OH)2CO3按3%的质量比投入阶段1）步骤③准备的铝合金微弧氧化槽的槽液中并搅拌至完全溶化，获得碱化槽液；
⑩将步骤⑧获得的浸铝炭化纤维网再浸入步骤⑨获得的碱化槽液中，槽液以浸铝炭化纤维网为阳极，以奥氏体不锈钢板为阴极，升压至300V-320V，保持8s-12s，然后立即升压至460V-480V，保持8min-12min，取出浸铝炭化纤维网，采用纯净水漂洗干净并晾干后，获得所需在线过滤筛网3。
本发明熔炼出的25%-28%铝质量分数的高铝锌合金的抗拉强度390MPa-400MPa，屈服强度460MPa-480MPa，延伸率6%-8%，抗压强度950MPa-1050MPa，冲击韧性20J/cm2-22J/cm2,表面硬度72HB-85HB，晶粒度4级-5级，杂质含量低于0.01%，下同。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
所用的碱式盐具体为Cu2(OH)2CO3。
实施例3：
如图3所示的一种锌合金的熔炼设备，整体与实施例1一致，差异之处在于：熔炼坩埚1内表面的内表面侧面4底部至顶部区域按波轮洗衣机设置滤污网的结构固定有对称设置的两个过滤结构2，两个过滤结构2上集成的在线过滤筛网3开口端面法线朝向同一方向且两法线平行；所述过滤结构2具体由氧化铝陶瓷楔块、氧化铝陶瓷外框、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网5、后衬在一次粗筛网5外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网3组成。
本发明熔炼出的25%-28%铝质量分数的高铝锌合金的抗拉强度390MPa-400MPa，屈服强度460MPa-480MPa，延伸率6%-8%，抗压强度950MPa-1050MPa，冲击韧性20J/cm2-22J/cm2,表面硬度72HB-85HB，晶粒度4级-5级，杂质含量低于0.008%。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种锌合金的熔炼设备，其特征在于：该熔炼设备由内置有气道和石墨搅拌装置及熔炼坩埚(1)的真空熔炼设备、保护气氛炉、设置有机械搅拌装置的石墨坩埚组成，其中熔炼坩埚(1)内表面的内表面侧面(4)底部至顶部区域按波轮洗衣机设置滤污网的结构固定有过滤结构(2)，该过滤结构(2)具体由氧化铝陶瓷楔块、氧化铝陶瓷外框、氧化铝陶瓷材质的一次粗筛网(5)、后衬在一次粗筛网(5)外表面的碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网(3)组成；
其中所述碳纤维陶瓷复合材料制成的在线过滤筛网(3)的制造步骤包括：
1）生产前准备
①原料准备：准备足量氨气、足量丙烷、足量丙烯腈、足量聚氧化乙烯、足量纯净水、足量纯铝、碱式盐、铝合金微弧氧化槽；
2）粗糙炭化纤维的制备
①将阶段1）步骤①获得的氨气、丙烷和丙烯腈合成为聚丙烯腈树脂；
②将步骤①获得的聚丙烯腈树脂溶入聚氧化乙烯与纯净水的混合剂中，该混合剂内聚氧化乙烯与纯净水的体积比为2.5-3：7，获得纺丝原液；
③将步骤②获得的纺丝原液通过孔径0.05mm-0.08mm的喷孔加压喷入凝固浴中，压力范围为1.5bar-2bar，喷头与凝固浴液面距离为10mm-15mm，获得聚丙烯腈原丝；
④将步骤③获得的聚丙烯腈原丝进行预氧化，获得预氧化纤维；
⑤将步骤④获得的预氧化纤维进行炭化处理，所述炭化处理分为前炭化处理和后炭化处理，前炭化处理温度750℃-800℃，处理时间5min -10min，后炭化处理温度1500℃-1600℃，处理时间5min -8min获得炭化纤维；
3）在线过滤用复合材料网制备
①将阶段2）获得的炭化纤维编织成网格尺寸1mm-1.2mm的筛网；
②将阶段1）步骤①获得的纯铝在石墨坩埚中加热至熔融，然后将步骤①获得的炭化纤维筛网在真空环境下完全浸入纯铝熔融液中，开户机械搅拌15s-20s后取出炭化纤维筛网，获得浸铝炭化纤维网；
③将阶段1）步骤①获得的碱式盐按3%的质量比投入阶段1）步骤③准备的铝合金微弧氧化槽的槽液中并搅拌至完全溶化，获得碱化槽液；
④将步骤②获得的浸铝炭化纤维网再浸入步骤③获得的碱化槽液中，槽液以浸铝炭化纤维网为阳极，以奥氏体不锈钢板为阴极，升压至300V-320V，保持8s-12s，然后立即升压至460V-480V，保持8min-12min，取出浸铝炭化纤维网，采用纯净水漂洗干净并晾干后，获得所需在线过滤筛网(3)。
2.根据权利要求1所述的一种锌合金的熔炼设备，其特征在于：其中所述碱式盐具体为Zn2(OH)2CO3或Cu2(OH)2CO3中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种锌合金的熔炼设备，其特征在于：所述过滤结构(2)共有两个，对称设置在熔炼坩埚(1)的内表面侧面(4)上，两个过滤结构(2)上集成的在线过滤筛网(3)开口端面法线朝向同一方向且两法线平行。
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