CN110926207B - 一种抽屉式低熔点金属高通量熔炼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽屉式低熔点金属高通量熔炼装置，属于机械设计技术领域。本发明所述装置包括中频感应熔炼炉、抽屉式托盘、大型感应线圈、坩埚等，所述的中频感应熔炼炉为多层结构，各层采用独立熔炼，且各层均可抽出或推进对熔炼情况进行观察或加入变质剂、孕育剂等，抽屉式托盘的轨道与滑轮均为耐热不锈钢制成；所述的大型感应线圈内放置有多个坩埚，线圈通感应电流时，各个坩埚中的原料均受热，直至熔融状态。本发明所述装置的结构简单、操作简便、维护方便、空间占用小、安全性高，可在短时间内可生产出大批量产品，实现了块体金属材料的高通量制备，极大提高了生产效率，同时实现了低熔点合金的高通量生产。
Description
技术领域
本发明公开一种抽屉式低熔点金属高通量熔炼装置，属于机械设计技术领域。
背景技术
对于目前材料的高通量制备技术与设备，较为常用的制备技术包括：扩散多元节法、共沉积法、物理掩模法、喷涂合成法、微流控合成法等，但是对于块体材料的高通量制备技术极为有限，并存在着制备效率低下、三元及三元以上的合金制备极为困难，且相关设备较少，难以实现大规模的生产，且对于多元合金的生产还具有一定难度。传统的熔炼法制备合金，大多数均为单一合金的生产，单一的设备只可生产单独一种合金，且耗时，需要消耗大量的人力，造成生产效率低下，资源浪费严重，设备占地面积大，生产效率低。
发明内容
为了克服上述多元合金块体材料高通量制备困难、生产单一、耗时耗力、生产效率低、资源浪费严重、设备占地面积大等问题，本发明的目的在于提供一种抽屉式低熔点金属高通量熔炼装置，该设备的结构简单、操作简便、维护方便、安全性高、节省人力、设备占地面积小，同时在短时间内可生产出大量成分相同的合金，或种类繁多、成分不同、数量之多的合金，实现了块体金属材料的高通量制备。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种抽屉式高通量熔炼装置，包括中频感应熔炼炉炉体1、控制模块2、炉门铰链3、炉门4、玻璃观察窗5、坩埚6、保温层7、感应线圈支架8、感应线圈9、抽屉式托盘10、炉底板11、滑轮12、滑轨13、滑轮支架14、导线15、石墨触头16、支撑滑轮17、行程开关Ⅰ18，耐火砖19、行程开关Ⅱ20、总开关21、可移动炉膛22；中频感应熔炼炉炉体1上设有控制模块2以及总开关21，中频感应熔炼炉炉体1内设有多个炉腔，可移动炉膛22置于炉腔内，由保温层7和炉底板11组成，抽屉式托盘10位于可移动炉膛22内；可移动炉膛22的侧壁上对称设有滑轨13，滑轨13的上下两面设有滑槽；抽屉式托盘10的底部两侧对称设有滑轮组，滑轮组由两个滑轮12通过滑轮支架14固定在抽屉式托盘10的底部侧面，两个滑轮12分别卡在滑轨13的上下两面的滑槽里，使滑轮12可沿滑槽滑动；滑槽上对称设有两个凹槽，当滑轮12运动至凹槽处时抽屉式托盘10放回到原位，感应线圈9上的石墨触头16接触到固定于炉体底部的导线15，此时电路闭合；可移动炉膛22前端底部设有支撑滑轮17，抽屉式托盘10抽出时通过支撑滑轮17支撑；抽屉式托盘10底部铺设有粘土制耐火砖18、感应线圈支架8，感应线圈9通过感应线圈支架8固定固定在抽屉式托盘10上；抽屉式托盘10上表面刻有放置坩埚6的凹槽，坩埚6置于凹槽内；一个可移动炉膛22对应设有有一个炉门4，炉门4上设有玻璃观察窗5，行程开关Ⅱ20安装在炉体与炉门4之间，当炉门打开时行程开关断开，电路断开；炉门闭合时，开关闭合，电路闭合；炉门4通过炉门铰链3与中频感应熔炼炉炉体1相连；行程开关Ⅰ18在炉膛后部和抽屉式托盘10之间，，当抽屉式托盘10推到指定位置且炉门4关闭后，两个开关闭合，电路闭合，当抽屉式托盘被抽出时，开关断开，电路断电；行程开关Ⅰ18和行程开关Ⅱ20为串联，控制模块2与三层炉膛内导线并联相连，只有当抽屉式托盘10推到指定位置且炉门4关闭时设备才会工作，可保证人员在操作设备时的人身安全。
优选的，本发明所述中频感应熔炼炉炉体1材料为普通结构钢；抽屉式托盘10结构材料为耐热不锈钢，感应线圈9的材料为纯铜；滑轮12、滑轨13和滑轮支架14材料为耐热不锈钢。
优选的，本发明所述频感应熔炼炉炉体1为2～3层，各层采用独立控制、供电、熔炼；熔炼期间可随意将抽屉式托盘抽出对熔炼情况进行观察，或加入变质剂或孕育剂等；设备不会因为单独一层故障而影响设备整体运行。
优选的，本发明感应线圈9的直径为40～60cm，线径1.5cm，坩埚6根据需求可放置相同或不同的原料，感应线圈9通电流时各个坩埚6中的原料均受热直至熔融状态。
本发明所述石墨接触开关由安装于感应线圈两端的石墨触头16和安装于炉体底部的导线15构成；固定于炉体侧壁的滑轨13有两处凹陷，当抽屉式托盘10被推入后，滑轮12陷入滑轨13的凹陷处，此时抽屉式托盘10会整体下移，感应线圈9上的石墨触头16与炉膛底部固定的导线15接触，电路闭合，在重力的作用下保证电路接触良好。在滑轮12滑轨13之间用阻尼润滑油润滑，不会使坩埚6在运动过程中倾倒。
本发明所述感应线圈支架8为F型结构，上面设有多个线圈卡槽。
本发明所述控制模块2与三层炉膛内导线并联相连，三个炉层共用一个控制模块2，控制模块2可分别控制每层炉膛的升温保温及降温过程，控制方法为常规方法。
本发明的有益效果
(1)本发明所述装置中的中频感应熔炼炉中分为2～3层，各层采用独立控制、供电、熔炼，各层的大型铜感应线圈均固定于抽屉式托盘上，熔炼期间可随意将抽屉式托盘抽出对熔炼情况进行观察，或加入变质剂或孕育剂等；其中大型感应线圈内放置有3—6个坩埚，各个坩埚根据需求可放置相同或不同的原料，线圈通电流时各个坩埚中的原料均受热直至熔融状态，各个坩埚中的原料加热至熔融状态后，受感应电流的作用，熔体会转动进而起到搅拌作用，待到熔炼完成可拉出各层分别进行浇注。
(2)本发明所述装置设有两个行程开关：一个安装在炉体与炉门之间，当炉门打开时行程开关断开，电路断开；炉门闭合时，开关闭合，电路闭合：另一个安装在炉膛底部，当抽屉式托盘推入到指定位置后会使开关闭合，此时电路闭合。当抽屉式托盘被抽出时，开关断开，电路断电。这两个行程开关串联连接，可以防止操作人员在没有把抽屉式托盘推到指定位置或没正确关闭炉门就开始加热的不安全操作。
(3)本发明所述装置和设有石墨接触开关；一端是感应线圈的线头，另一端是固定与炉膛底部的导线。抽屉式托盘沿滑轨运动，当抽出托盘时托盘会沿滑轨上升一段距离，石墨触头与炉膛底部导线断开连接，此时电路断开；当托盘被推入时托盘会沿滑轨下降一段距离，石墨触头与炉膛底部导线接触，电路闭合；这种结构的设计可以防止在两个行程开关同时失效时，操作人员抽出托盘用金属制坩埚钳夹取坩埚，坩埚钳与感应线圈接触而发生的触电事故。
综上所述，本发明所述装置可实现块体材料的高通量制备；实现了三元及以上合金的高通量制备；且设备的结构简单、维护方便；设备操作简便，安全性高；需要极少的人力，占地面积小；极大提高合金的生产效率。
附图说明
图1为本发明所述装置的正视图；
图2为本发明所述装置的正面剖视图；
图3为本发明所述装置的右侧剖视图；
图4为本发明所述装置的顶部剖视图；
图5为本发明所述滑轮划轨的侧视图；
图6为本发明所述滑轮划轨的正视图；
图7为本发明所述石墨触头运动路径示意图；
图8为本发明所述感应线圈支架安装示意图；
图9为本发明所述装置的电路的原理图；
图10为本发明所述行程开关的结构示意图。
图中：1-频感应熔炼炉炉体；2-控制模块；3-炉门铰链；4-炉门；5-玻璃观察窗；6-坩埚；7-保温层；8-感应线圈支架；9-感应线圈；10-抽屉式托盘；11-炉底；12-滑轮；13-滑轨；14-滑轮支架；15-导线；16-石墨触头；17-支撑滑轮；18-行程开关Ⅰ；19-耐火砖；20-行程开关Ⅱ，21-总开关；22-可移动炉膛。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进行详细地说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种抽屉式高通量熔炼装置(如图1～10所示)，包括中频感应熔炼炉炉体1、控制模块2、炉门铰链3、炉门4、玻璃观察窗5、坩埚6、保温层7、感应线圈支架8、感应线圈9、抽屉式托盘10、炉底板11、滑轮12、滑轨13、滑轮支架14、导线15、石墨触头16、支撑滑轮17、行程开关Ⅰ18，耐火砖19、行程开关Ⅱ20、总开关21、可移动炉膛22；中频感应熔炼炉炉体1上设有控制模块2以及总开关21，中频感应熔炼炉炉体1内设有3个炉腔，可移动炉膛22置于炉腔内，由保温层7和炉底板11组成，抽屉式托盘10位于可移动炉膛22内；可移动炉膛22的侧壁上对称设有滑轨13，滑轨13的上下两面设有滑槽；抽屉式托盘10的底部两侧对称设有滑轮组，滑轮组由两个滑轮12通过滑轮支架14固定在抽屉式托盘10的底部侧面，两个滑轮12分别卡在滑轨13的上下两面的滑槽里，使滑轮12可沿滑槽滑动；滑槽上对称设有两个凹槽，当滑轮12运动至凹槽处时抽屉式托盘10放回到原位，感应线圈9上的石墨触头16接触到固定于炉体底部的导线15，此时电路闭合；可移动炉膛22前端底部设有支撑滑轮17，抽屉式托盘10抽出时通过支撑滑轮17支撑；抽屉式托盘10底部铺设有粘土制耐火砖18、感应线圈支架8，感应线圈9通过感应线圈支架8固定固定在抽屉式托盘10上；抽屉式托盘10上表面刻有放置坩埚6的凹槽，坩埚6置于凹槽内；一个可移动炉膛22对应设有有一个炉门4，炉门4上设有玻璃观察窗5，行程开关Ⅱ20安装在炉体与炉门4之间，当炉门打开时行程开关断开，电路断开；炉门闭合时，开关闭合，电路闭合；炉门4通过炉门铰链3与中频感应熔炼炉炉体1相连；行程开关Ⅰ18在炉膛后部和抽屉式托盘10之间，，当抽屉式托盘10推到指定位置且炉门4关闭后，两个开关闭合，电路闭合，当抽屉式托盘被抽出时，开关断开，电路断电；行程开关Ⅰ18和行程开关Ⅱ20为串联，只有当抽屉式托盘10推到指定位置且炉门4关闭时设备才会工作，可保证人员在操作设备时的人身安全。
本实施例所述中频感应熔炼炉炉体1材料为普通结构钢；抽屉式托盘10结构材料为耐热不锈钢，感应线圈9的材料为纯铜；滑轮12、滑轨13和滑轮支架14材料为耐热不锈钢。
本实施例所述感应线圈9的直径为50cm，线径1.5cm，在滑轮12滑轨13之间用阻尼润滑油润滑，不会使坩埚6在运动过程中倾倒。
具体实施方式一
本实施例中每层放置3个坩埚，将第1层的3个坩埚中全部加入Sn-9Zn-1Bi粉体，各坩埚中的粉体均为100ml，第2层的3个坩埚中全部加入Sn-9Zn-2Cu粉体，各坩埚中的粉体均为100ml，第3层3个坩埚中全部加入Sn-9Zn-3Ag粉体，各坩埚中的粉体均为100ml；将托盘推入到指定位置并关闭炉门，加热直至各层样品均达到熔融状态，保温一定时间后将各层抽出分别进行浇注，熔炼完成，最终得到Sn-9Zn-1Bi块体、Sn-9Zn-2Cu块体、Sn-9Zn-3Ag块体，实现了锡锌系合金块体的高通量制备。
具体实施方式二
本实施例中每层放置5个坩埚，将第1层的5个坩埚中分别加入Sn-5Zn，Sn-10Zn，Sn-20Zn，Sn-30Zn，Sn-50Zn的5种粉体，各坩埚中均放置粉体100ml，第2层的5个坩埚中分别加入Sn-4Bi，Sn-8Bi，Sn-18Bi，Sn-30Bi，Sn-60Bi的5种粉体，各坩埚中均放置100ml的粉体，第3层的5个坩埚中分别放置Sn-3Zn-7Bi，Sn-6Zn-10Bi，Sn-10Zn-18Bi，Sn-17Zn-15Bi，Sn-30Zn-40Bi的5种粉体，各坩埚中分别放置粉体100ml，将托盘推入到指定位置并关闭炉门，各层分别加热，直至各层样品均达到熔融状态，保温一定时间后将各层抽出分别浇注，熔炼完成，最终得到组成与成分均不相同的锡合金块体，实现了锡合金块体的高通量制备。
具体实施方式三
本实施例中每层放置6个坩埚，将第1层的6个坩埚中分别加入Sn-5Bi，Sn-10Bi，Sn-20Bi，Sn-30Bi，Sn-50Bi，Sn-70Bi的6种粉体，各坩埚中均放置粉体100ml，第2层的6个坩埚中分别加入Al-5Cu，Al-15Cu，Al-30Cu，Al-50Cu，Al-65Cu，Al-80Cu的6种粉体，各坩埚中均放置粉体100ml，第3层的6个坩埚中分别加入Mg-5Zn，Mg-13Zn，Mg-28Zn，Mg-47Zn，Mg-65Zn，Mg-75Zn的6种粉体，各坩埚中均放置粉体100ml，将托盘推入到指定位置并关闭炉门，各层分别加热，直至各层样品均达到熔融状态，保温一定时间后将各层抽出分别进行浇注，熔炼完成，最终得到种类、成分和组成均不相同的合金块体，实现了合金块体的高通量制备。
上述发明仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：包括中频感应熔炼炉炉体（1）、控制模块（2）、炉门铰链（3）、炉门（4）、玻璃观察窗（5）、坩埚（6）、保温层（7）、感应线圈支架（8）、感应线圈（9）、抽屉式托盘（10）、炉底板（11）、滑轮（12）、滑轨（13）、滑轮支架（14）、导线（15）、石墨触头（16）、支撑滑轮（17）、行程开关Ⅰ（18），耐火砖（19）、行程开关Ⅱ（20）、总开关（21）、可移动炉膛（22）；
中频感应熔炼炉炉体（1）上设有控制模块（2）以及总开关（21），中频感应熔炼炉炉体（1）内设有多个炉腔，可移动炉膛（22）置于炉腔内，由保温层（7）和炉底板（11）组成，抽屉式托盘（10）位于可移动炉膛（22）内；可移动炉膛（22）的侧壁上对称设有滑轨（13），滑轨（13）的上下两面设有滑槽；抽屉式托盘（10）的底部两侧对称设有滑轮组，滑轮组由两个滑轮（12）通过滑轮支架（14）固定在抽屉式托盘（10）的底部侧面，两个滑轮（12）分别卡在滑轨（13）的上下两面的滑槽里，使滑轮（12）可沿滑槽滑动；滑槽上对称设有两个凹槽，当滑轮（12）运动至凹槽处时抽屉式托盘（10）放回到原位，感应线圈（9）上的石墨触头（16）接触到固定于炉体底部的导线（15），此时电路闭合；可移动炉膛（22）前端底部设有支撑滑轮（17），抽屉式托盘（10）抽出时通过支撑滑轮（17）支撑；抽屉式托盘（10）底部铺设有粘土制耐火砖（18）、感应线圈支架（8），感应线圈（9）通过感应线圈支架（8）固定固定在抽屉式托盘（10）上；抽屉式托盘（10）上表面刻有放置坩埚（6）的凹槽，坩埚（6）置于凹槽内；一个可移动炉膛（22）对应设有一个炉门（4），炉门（4）上设有玻璃观察窗（5），行程开关Ⅱ（20）安装在炉体与炉门（4）之间，当炉门打开时行程开关断开，电路断开；炉门闭合时，开关闭合，电路闭合；炉门（4）通过炉门铰链（3）与中频感应熔炼炉炉体（1）相连；行程开关Ⅰ（18）在炉膛后部和抽屉式托盘（10）之间，当抽屉式托盘（10）推到指定位置且炉门（4）关闭后，两个开关闭合，电路闭合，当抽屉式托盘被抽出时，开关断开，电路断电；行程开关Ⅰ（18）和行程开关Ⅱ（20）为串联，控制模块（2）与三层炉膛内导线并联相连，只有当抽屉式托盘（10）推到指定位置且炉门（4）关闭时设备才会工作。
2.根据权利要求1所述抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：中频感应熔炼炉炉体（1）材料为普通结构钢；抽屉式托盘（10）结构材料为耐热不锈钢，感应线圈（9）的材料为纯铜；滑轮（12）、滑轨（13）和滑轮支架（14）材料为耐热不锈钢。
3.根据权利要求1所述抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：所述频感应熔炼炉炉体（1）为2~3层，各层采用独立控制、供电、熔炼。
4.根据权利要求1所述抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：感应线圈（9）的直径为40~60cm，线径1.5cm。
5.根据权利要求1所述抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：滑轮（12）及滑轮（12）与滑轨（13）之间用阻尼润滑油润滑。
6.根据权利要求1所述抽屉式高通量熔炼装置，其特征在于：感应线圈支架（8）为F型结构，上面设有多个线圈卡槽。
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