CN111850329B - 一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺 - Google Patents

Abstract

一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；本发明通过对镁合金生产线设备中冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉和合金熔炼炉结构的改进，使其能够在全程真空和惰性气体保护的条件下，快速、高效、安全、自动化的完成超高纯度镁合金的生产，以制备出高品质和质量的高纯镁合金。

Description

一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺

技术领域

本发明涉及工业镁合金制备装置技术领域，具体的说是一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺。

背景技术

镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，比重与塑料相近，刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染。镁合金质量轻，其密度只有1.7 kg/m3，是铝的2/3，钢的1/4，强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，非常适合用于汽车的生产中，同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。

普通镁合金的主要缺点是耐腐蚀性差，某些环境中易在较短时间内因腐蚀使镁合金的功能失效，其中的杂质有害元素主要有Fe、Ni、Cu、Be、Si、Sr、Sb、Sn等，这些微量元素的存在直接影响镁合金的性能和使用寿命。

金属镁是镁合金的基体，国标金属镁中的镁含量为99.92-99.98%，但国标测量方法是仅测量部分杂质的含量，主要这些用于测量的部分杂质的元素含量在0.0001-0.02%之间，再用合金的总量减去几种测量杂质含量，默认为剩余的就是镁含量。实际上，由于金属镁中具有较多有害杂质，标准工业镁的实际镁含量是小于99.9%的。而含有有害杂质的镁合金在各项性能上均明显差于高纯镁金属制备的镁合金，即：在镁合金的制备过程中，如何先制备出纯度较高的高纯金属镁，再定量进行其他合金元素的添加，将直接影响成品镁合金的质量和性能。因此，如何制备出高纯度的镁晶体，再将其熔化后进行镁合金的熔炼对于成品镁合金的性能来说尤为重要。

现有技术在生产镁合金的过程中，主要存在以下几点显著缺陷：1、用于熔炼金属镁或镁合金的容器主要有低碳钢坩埚和不锈钢容器，无论低碳钢坩埚，还是不锈钢容器在高温下自身抗腐蚀性差，容器内易产生杂质污染镁和镁合金；2、大多数情况下，金属镁的加热挥发和镁合金熔炼等过程均是在在空气中进行的，在高温下金属镁、金属铁、金属铝等常用金属均存在化学性质活泼的问题，很容易被空气氧化，在熔炼时，为了防止金属原料的氧化，通常需要在炉体上部加入覆盖剂，但隔氧性覆盖剂的加入会对炉体内的镁合金带来二次污染，影响其成品纯度和品质；3、现有的熔炼设备熔炼效率较低，且不能自动化连续生产，造成镁合金的成品制备工艺周期较长，且设备通常体积较大，安全性也无法保证。4、部分在真空条件下制造的镁合金，制造的工艺是间歇式操作，无法连续自动化生产，且工艺复杂，过程中混入杂质较多，且设备耗能较高，产量低。5、传统的镁合金制造工艺不能有效的解决二次污染问题，造成我国的高纯镁金产业远远落后于发达国家，据有关报道，国内75%的高档镁合金仍然依赖进口。

因此，如何对现有技术中的镁合金的生产线设备和工艺进行合理改进，使其能过高效、快速、稳定、安全的制备出高纯度的镁合金

实为必要。

发明内容

本发明的技术目的为：通过对镁合金生产线设备中冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉和合金熔炼炉结构的改进，使其能够在全程真空和惰性气体保护的条件下，快速、高效、安全、自动化的完成超高纯度镁合金的生产，以制备出高品质和质量的高纯镁合金。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，所述的抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；

所述的加热挥发炉上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件，该真空进料组件与控制机构和抽真空组件连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉的内部，在加热挥发炉的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀；

所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口、出料口、真空组件连接口和惰性气体入口，其中，真空组件连接口与抽真空组件连接，惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，晶体熔化炉的进料口与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀，晶体熔化炉的出料口通过一段出料管与合金熔炼炉的进料口连接，合金熔炼炉的出料口也通过一段出料管与合金成型装置的进料口对接，在每个出料管上均设置有电控阀和计量泵，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口，所述的真空阀、电控阀、计量泵和惰性气体气源均与控制机构连接。

优选的，所述的冷却结晶器包括立式双层壳体、内部多层结晶组件和循环水冷却组件，立式双层壳体由上下对接设置的上部结晶段和下部收集段构成，其中，上部结晶段呈下端开口的立式双层圆筒状结构，且在双层圆筒状结构之间设置有用于冷却水通过的夹层空腔，在上部结晶段的侧壁上还开设有与镁蒸气过滤装置对接的镁蒸气进口，下部收集段呈漏斗状结构，且在漏斗状下部收集段的底端开设有与真空接收器对接的镁晶体出口；

所述的内部多层结晶组件设置在立式双层壳体的内部，其包括至少一个与立式双层壳体同轴设置的圆筒形结晶器，该圆筒形结晶器包括水平设置的一个圆环形封堵板和设置在圆环形封堵板下表面上的两个竖直圆筒，两个竖直圆筒分别沿圆环形封堵板的内外径设置，使两个竖直圆筒之间构成一个用于冷却水通过的夹层空腔，且该夹层空腔的底端设置有密封板；

所述的循环水冷却组件包括冷却塔、供水管以及多个分水管、输水管和回水管，所述供水管的一端与冷却塔的出水口连接，供水管的另一端延伸至立式双层壳体的内部，且该端部连接有多个分水管，所述分水管的个数与整个冷却结晶装置中夹层空腔的个数一致，且相互之间一一对应，每个分水管用于为其所对应的夹层空腔进行循环水供给，在每个分水管上均设置有电控阀门，该电控阀门与控制机构电连接，在每个夹层空腔内均设置有多个输水管，该输水管连接在分数管的末端，且每个输水管的出水末端均位于其所在夹层空腔的顶端，所述每个夹层空腔的底端均开设有回水口，且每个回水口均通过一个回水管与冷却塔的进水口连接。

优选的，所述的冷却结晶器还包括设置在立式双层壳体内部的扫晶组件，该扫晶组件包括驱动电机和扫晶架，所述的扫晶架包括在一个水平圆圈内呈辐射状设置的多个固定杆，以及设置在固定杆下表面上的多个扫晶件，所述扫晶件的个数为整个冷却结晶装置中圆筒形结晶器个数的二倍多一个，且多个扫晶件分别与圆筒形结晶器的内壁、外壁以及立式双层壳体的内壁一一对应，以实现对圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁进行已冷却晶体镁的扫落，每个扫晶件包括上下相对应设置的两个固定环，在上下相对应的两个固定环之间竖直设置有至少一个扫晶杆，该扫晶杆与其所对应的圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁之间的距离为5-15mm，所述的驱动电机设置在立式双层壳体的顶部，并与控制机构电连接，其能在控制机构的控制下带动整个扫晶架进行旋转扫晶作业。

优选的，所述的真空接收器包括立式单层壳体，该立式单层壳体由圆筒形上部和漏斗状下部上下对接组成，圆筒形上部包括圆形顶板和围设在圆形顶板下表面上的侧围板，在圆形顶板的上表面中心处开设有镁晶体进口，该镁晶体进口与冷却结晶器对接，且镁晶体进口处还设置有用于控制其通断的真空阀，所述侧围板的一侧开设有真空组件连接口，该真空组件连接口与抽真空组件连接，侧围板的另一侧开设有惰性气体入口，该惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，在侧围板上还设置有多个用于观测立式单层壳体内部状况的透明视窗，所述漏斗状下部的底端开设有镁晶体出口，该镁晶体出口与晶体熔化炉的进料口对接，且镁晶体出口处也设置有用于控制其通断的真空阀。

优选的，所述的晶体熔化炉包括支撑架体和设置在支撑架体上方的双层壳体，所述双层壳体的内部设置有主加热组件，该双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的侧壁外表面上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料，所述的主加热组件和电阻丝均与控制机构连接，在双层壳体的顶部开设有进料口，该进料口与真空接收器对接，且所述双层壳体的进料口设置有用于控制其通断的真空阀，在进料口处位于真空阀下方的位置还设置有挡热阀，所述双层壳体的顶部还开设有真空组件连接口、惰性气体入口、添加剂入口和出料口，出料口处设置有出料管，该出料管的一端置于晶体熔化炉双层壳体内部金属液体液面的下方，出料管的另一端与真空镁合金熔炼炉的进料口对接，在双层壳体上还设置有用于对其内部物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，所述的真空阀、挡热阀、和内部多环搅拌组件均与控制机构连接。

优选的，所述的合金熔炼炉包括支撑架体和固定在支撑架体上方的双层壳体，所述的双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的外侧壁上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝，内壳体的内部竖直设置有主加热组件，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料，所述的主加热组件和电阻丝均与控制机构连接，所述双层壳体的顶部中心处开设有一个检修口，该检修口处设置有用于对双层壳体内的合金物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，且检修口的顶端封堵有挡热阀，在双层壳体的顶部还设置有进料口、真空组件连接口、惰性气体入口、合金添加口和出料口，其中，进料口与晶体熔化炉的出料管对接，进料口处还设置有用于控制其通断的真空阀，出料口处设置有出料管，该出料管的一端置于合金熔炼炉双层壳体内部液态合金液面的下方，出料管的另一端与合金成型装置对接。

优选的，所述的内部多环搅拌组件由驱动电机和多环搅拌器组成，驱动电机设置在双层壳体的顶部，并与控制机构连接，多环搅拌器设置在内壳体的内部，该多环搅拌器包括至少两个上下平行设置的水平环组和一根搅拌轴，所述双层壳体中位于最上方的水平环组所处的水平面高于主加热组件顶端所处的水平面，每个水平环组均包括多个同心圆环，且所述的同心圆环均避开内壳体内的主加热组件设置，在上下相对应的同心圆环之间还连接有竖直固定杆，所述搅拌轴的上端延伸出双层壳体与驱动电机的输出轴连接，搅拌轴的下端连接在位于最上方的一个水平环组上，该位于最上方的水平环组上呈辐射状设置有多个水平固定杆，且多个水平固定杆均焊接在搅拌轴上。

一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产工艺，包括以下步骤：

a.通过控制机构调控关闭冷却结晶器和真空接收器对接处的真空阀，之后，利用抽真空组件对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置和冷却结晶器的内部进行真空处理；

b.通过控制机构调控抽真空组件，在真空条件下，通过加热挥发炉上的连续进料口向加热挥发炉内进行定时的间歇式进料；

c.通过控制机构调控对加热挥发炉内的物料进行加热，实现金属镁蒸汽经由镁蒸气出口通过镁蒸气过滤装置进入冷却结晶器内；

d. 通过控制机构调控冷却结晶器工作，使其内部的金属镁蒸汽在冷却结晶器内实现冷却和结晶；

e.通过控制机构调控抽真空组件对真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；

f.通过控制机构调控关闭真空接收器卸料口处的真空阀，打开真空接收器与冷却结晶器对接处的真空阀，使冷却结晶器内的结晶物进入真空接收器中；

g.通过控制机构调控打开晶体熔化炉与真空接收器之间的真空阀，使真空接收器内的结晶物落入晶体熔化炉内；

h.通过控制机构调控外设的惰性气体气源经由惰性气体入口对晶体熔化炉和合金熔炼炉的内部进行惰性气体填充，至晶体熔化炉和合金熔炼炉内的压强为0.1MPa；

I.通过控制机构调控对晶体熔化炉内的物料进行加热，使其变为液体，之后，打开晶体熔化炉出料管上的电控阀和计量泵，使其内部液体被输送至合金熔炼炉内；

j.通过控制机构调控，在真空条件下，经由合金添加口向合金熔炼炉进行预设合金元素添加；

k.通过控制机构调控对合金熔炼炉内的物料进行加热熔炼，之后，打开合金熔炼炉出料管上的电控阀和计量泵，使其内部合金液体被输送至合金成型装置内的镁合金成型模具中进行成型;

l.将镁合金成型模具中的镁合金于真空气氛条件下自然冷却，之后脱模，即得到成品高纯镁合金制品毛坯。

本发明的有益效果：

1、本发明的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺，通过多部件之间的协同配合和有序的操作，可实现在全程真空和气氛保护的条件下，以普通金属镁和金属添加元素为原料，依次经过金属镁加热挥发纯化、冷却结晶、真空条件下收集、真空熔化、合金熔炼和真空氛围成型等操作，制备出了全程无污染，纯度较高，品质较好，物化性能优异的高纯度镁合金，工艺整体自动化程度高、生产周期短、生产成本较低，且产品质量稳定。

2、本发明生产线设备中的冷却结晶器通过在立式双层壳体内设置具有多层表面结构的内部多层结晶组件，使整个冷却结晶装置的可作用冷却结晶面积得到成倍增加，从而最大限度的提高了镁蒸气的冷却结晶效率，减小了冷却结晶器的体积，降低了成本。

3、本发明生产线设备中的冷却结晶器，通过在立式双层壳体的内表面和内部多层结晶组件的内外表面设置与之相匹配的扫晶架，可实现在无需停机和全真空的前提下，对冷却结晶装置内部进行晶体镁的自动化扫落和收集，不仅提高了装置整体的可操作性和安全可靠性，也实现了设备的自动化操作，并保证了金属产品的高纯度，实用效果好。

4、本发明生产线设备中的真空接收器，能够通过其侧壁上设置的真空组件连接口，对立式单层壳体、工艺上游的冷却结晶器和工艺下游的真空熔炼炉进行内部抽真空处理，使其相邻设备的生产过程均可以依靠其自身的抽真空全程处于真空环境中，从而避免了生产环境对金属镁的氧化影响，保证了金属镁的纯度。真空接收器中的惰性气体组件还能够在真空接收器需要向下游真空熔化炉进行进料或自身需要拆卸检修的条件下，进行真空接收器内惰性气体的填充，进而进一步避免其内部镁晶体的氧化。装置整体结构简单、使用方便，可操作性强，实用效果好。

5、本发明生产线设备中的晶体熔化炉和合金熔炼炉，通过其各自在内壳体的内、外部分别设置的主加热组件和辅加热电阻丝，实现了炉体内物料的高效、快速加热。整个加热过程不仅热传递效率和加热效率高，热量损失小，具有显著的节能功效，降低了熔化或熔炼工艺的生产成本，更重要的是，由于整个炉体的热传递效率高，炉体的内外部无需为了达到内部物料的熔化温度而承受大大高于该熔化或熔炼温度的高温，从而避免了其自身在高温条件下的腐蚀以及对金属镁晶体的污染，进而保证了镁晶体熔化或镁合金熔炼过程中的高纯度。

6、本发明生产线设备中的晶体熔化炉和合金熔炼炉，其各自内壳体中独特结构的内部多环搅拌组件的设置，可充分适配于内壳体内部呈环状均匀分布的炉内加热管，即避免了相互之间的工作干涉，又能在镁晶体熔化或镁合金熔炼的过程中，对炉内的金属物料进行较好的搅拌、均质和混合，以保证成品金属镁液体或镁合金品质的均一性。在晶体熔化炉中必要时，还可通过向炉内添加一定量的反应添加剂，通过搅拌作用使反应添加剂与镁合金中的的杂质进行充分接触和反应，并实现反应产物的沉淀，进而使熔炼炉出液管输送出的镁合金液体纯度更高，性能更好。

7、本发明生产线设备中的晶体熔化炉和合金熔炼炉，通过装置中合金添加口或添加剂入口、出料管、计量泵和电控阀等结构的设置，可在晶体镁熔化或镁合金的熔炼过程中，对炉体内部金属镁液体或镁合金液体的品质和杂质含量进行检测和调控，使其满足要求后，在进行出料后续加工。装置整体可操作性强，质量把控效果好，安全可靠性高。

8、本发明生产线设备中的晶体熔化炉和合金熔炼炉，均采用先抽真空、再惰性气体气氛保护的操作步骤，不仅保证了整个熔化或熔炼工艺过程能够避免金属原料被氧化或被杂质污染，还实现了熔化炉或熔炼炉与整个工艺上下游设备的无污染化适配、对接，从而从根本上保证了成品镁合金的纯度和品质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中冷却结晶器的结构示意图；

图3为本发明中圆筒形结晶器的结构示意图；

图4为本发明中扫晶架的结构示意图；

图5为本发明中晶体熔化炉或合金熔炼炉中双层壳体内部的横截面示意图；

图6为本发明中晶体熔化炉或合金熔炼炉内多环搅拌器的结构示意图；

图标记：1、抽真空组件，2、加热挥发炉，3、镁蒸气过滤装置，4、合金成型装置，5、真空进料组件，6、真空阀，7、进料口，8、出料口，9、真空组件连接口，10、惰性气体入口，11、惰性气体气源，12、出料管，13、电控阀，14、计量泵，15、合金添加口，16、立式双层壳体，17、夹层空腔，18、镁蒸气进口，19、镁晶体出口，20、圆筒形结晶器，21、冷却塔，22、供水管，23、分水管，24、回水管，25、驱动电机，26、扫晶架，2601、固定环，2602、扫晶杆，27、镁晶体进口，28、透明视窗，29、支撑架体，30、电阻丝，31、保温材料，32、挡热阀，33、添加剂入口，34、检修口，35、搅拌轴，36、同心圆环，37、竖直固定杆，38、水平固定杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

如图所述，一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，包括抽真空组件1以及分别与抽真空组件1连接的控制机构、加热挥发炉2、镁蒸气过滤装置3、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置4，本申请中的抽真空组件1可以是一个，也可以是多个，根据实际设备需要布局设置，所述的抽真空组件1能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉2、镁蒸气过滤装置3、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置4的内部进行抽真空处理；本发明生产线设备的核心在于通过真空进料组件5、加热挥发炉2、镁蒸气过滤装置3、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉、合金成型装置4以及冷却结晶器中扫晶组件的配合，实现金属镁的纯化和高纯镁合金的一体化制备；

所述的加热挥发炉2上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件5，该真空进料组件5与控制机构和抽真空组件1连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉2的内部，在加热挥发炉2的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置3、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置3、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀6；

所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口7、出料口8、真空组件连接口9和惰性气体入口10，其中，真空组件连接口9与抽真空组件1连接，惰性气体入口10与外设的惰性气体气源11连接，晶体熔化炉的进料口7与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀6，晶体熔化炉的出料口8通过一段出料管12与合金熔炼炉的进料口7连接，合金熔炼炉的出料口8也通过一段出料管12与合金成型装置4的进料口7对接，在每个出料管12上均设置有电控阀13和计量泵14，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口15，所述的真空阀6、电控阀13、计量泵14和惰性气体气源11均与控制机构连接。

优选的，所述的冷却结晶器包括立式双层壳体16、内部多层结晶组件和循环水冷却组件，立式双层壳体16由上下对接设置的上部结晶段和下部收集段构成，其中，上部结晶段呈下端开口的立式双层圆筒状结构，且在双层圆筒状结构之间设置有用于冷却水通过的夹层空腔17，在上部结晶段的侧壁上还开设有与镁蒸气过滤装置3对接的镁蒸气进口18，下部收集段呈漏斗状结构，且在漏斗状下部收集段的底端开设有与真空接收器对接的镁晶体出口19；

所述的内部多层结晶组件设置在立式双层壳体16的内部，其包括至少一个与立式双层壳体16同轴设置的圆筒形结晶器20，该圆筒形结晶器20包括水平设置的一个圆环形封堵板和设置在圆环形封堵板下表面上的两个竖直圆筒，两个竖直圆筒分别沿圆环形封堵板的内外径设置，使两个竖直圆筒之间构成一个用于冷却水通过的夹层空腔17，且该夹层空腔17的底端设置有密封板；

所述的循环水冷却组件包括冷却塔21、供水管22以及多个分水管23、输水管和回水管24，所述供水管22的一端与冷却塔21的出水口连接，供水管22的另一端延伸至立式双层壳体16的内部，且该端部连接有多个分水管23，所述分水管23的个数与整个冷却结晶装置中夹层空腔17的个数一致，且相互之间一一对应，每个分水管23用于为其所对应的夹层空腔17进行循环水供给，在每个分水管23上均设置有电控阀13，该电控阀13与控制机构电连接，在每个夹层空腔17内均设置有多个输水管，该输水管连接在分数管的末端，且每个输水管的出水末端均位于其所在夹层空腔17的顶端，所述每个夹层空腔17的底端均开设有回水口，且每个回水口均通过一个回水管24与冷却塔21的进水口连接。

优选的，所述的冷却结晶器还包括设置在立式双层壳体16内部的扫晶组件，该扫晶组件包括驱动电机25和扫晶架26，所述的扫晶架26包括在一个水平圆圈内呈辐射状设置的多个固定杆，以及设置在固定杆下表面上的多个扫晶件，所述扫晶件的个数为整个冷却结晶装置中圆筒形结晶器20个数的二倍多一个，且多个扫晶件分别与圆筒形结晶器20的内壁、外壁以及立式双层壳体16的内壁一一对应，以实现对圆筒形结晶器20的内壁或外壁或立式双层壳体16的内壁进行已冷却晶体镁的扫落，每个扫晶件包括上下相对应设置的两个固定环2601，在上下相对应的两个固定环2601之间竖直设置有至少一个扫晶杆2602，该扫晶杆2602与其所对应的圆筒形结晶器20的内壁或外壁或立式双层壳体16的内壁之间的距离为5-15mm，所述的驱动电机25设置在立式双层壳体16的顶部，并与控制机构电连接，其能在控制机构的控制下带动整个扫晶架26进行旋转扫晶作业。

设备中的真空冷却结晶器在具体使用时，控制机构控制镁蒸气进口18处的进料阀关闭，并通过外设的抽真空组件1经由镁晶体出口19处的真空阀6对立式双层壳体16内部进行抽真空处理。之后，关闭真空阀6，打开进料阀，控制机构控制循环水冷却组件中的电控阀13开启，冷却塔21将其冷却过的循环水经由其出水口通过供水管22输送至多个分水管23，分水管23再通过与其连接的输水管将冷却循环水输送至每个夹层空腔17的顶部，实现对立式双层壳体16和多个圆筒形结晶器20的冷却，进而使进去立式双层壳体16内的镁蒸气能够遇冷，在立式双层壳体16的内壁面和多个圆筒形结晶器20的内外壁面冷却、结晶。当立式双层壳体16的内壁面和多个圆筒形结晶器20的内外壁面有晶体析出时，控制机构控制驱动电机25动作，驱动电机25带动整个扫晶架26进行旋转作用，使立式双层壳体16的内壁面和多个圆筒形结晶器20的内外壁面上的镁晶体得到扫落，并在重力作用下，于立式双层壳体16的漏斗状下部收集段富集。达到一定量时，控制机构控制镁晶体出口19上的真空阀6打开，对镁晶体进行真空接收。本发明的一冷却结晶器，冷却面积大、冷却效率高、镁晶体在扫晶组件作用下，自动扫落进入后续的真空接收器中，实现自动化生产。

优选的，所述的真空接收器包括立式单层壳体，该立式单层壳体由圆筒形上部和漏斗状下部上下对接组成，圆筒形上部包括圆形顶板和围设在圆形顶板下表面上的侧围板，在圆形顶板的上表面中心处开设有镁晶体进口27，该镁晶体进口27与冷却结晶器对接，且镁晶体进口27处还设置有用于控制其通断的真空阀6，所述侧围板的一侧开设有真空组件连接口9，该真空组件连接口9与抽真空组件1连接，侧围板的另一侧开设有惰性气体入口10，该惰性气体入口10与外设的惰性气体气源11连接，在侧围板上还设置有多个用于观测立式单层壳体内部状况的透明视窗28，所述漏斗状下部的底端开设有镁晶体出口19，该镁晶体出口19与晶体熔化炉的进料口7对接，且镁晶体出口19处也设置有用于控制其通断的真空阀6。设备中的真空接受器上部连接冷却结晶器，下部连接晶体熔化炉为上下游的两个设备进行抽真空处理和生产全程真空保证，并能够接收工艺上游冷却结晶器产生的镁晶体，起到承上启下的作用，以实现自动化生产。

优选的，所述的晶体熔化炉包括支撑架体29和设置在支撑架体29上方的双层壳体，所述双层壳体的内部设置有主加热组件，该双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的侧壁外表面上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝30，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料31，所述的主加热组件和电阻丝30均与控制机构连接，在双层壳体的顶部开设有进料口7，该进料口7与真空接收器对接，且所述双层壳体的进料口7设置有用于控制其通断的真空阀6，在进料口7处位于真空阀6下方的位置还设置有挡热阀32，所述双层壳体的顶部还开设有真空组件连接口9、惰性气体入口10、添加剂入口33和出料口8，出料口8处设置有出料管12，该出料管12的一端置于晶体熔化炉双层壳体内部金属液体液面的下方，出料管12的另一端与真空镁合金熔炼炉的进料口7对接，在双层壳体上还设置有用于对其内部物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，所述的真空阀6、挡热阀32、和内部多环搅拌组件均与控制机构连接。

上述晶体熔化炉在具体使用时的步骤为：

1.通过控制机构调控立式双层壳体16进料口7处的真空阀6和挡热阀32关闭，控制外设的抽真空组件1经由真空组件连接口9对立式双层壳体16内部进行抽真空处理；

2.通过控制机构调控工艺上游真空接收器7卸料口处的真空阀6和立式双层壳体16进料口7处的真空阀6和挡热阀3打开，使真空接收器7中的高纯金属镁晶体自动落入立式双层壳体16中；

3.通过控制机构调控工艺上游真空接收器7卸料口处的真空阀6和立式双层壳体16进料口7处的真空阀6和挡热阀32关闭，并调控外设的惰性气体气源11经由惰性气体入口10对立式双层壳体16的内部进行惰性气体填充，至立式双层壳体16内压强为0.1MPa；

4. 通过控制机构调控主加热组件和电阻丝30对立式双层壳体16内的物料进行加热，使立式双层壳体16内的温度升高至700-780℃，使高纯金属镁晶体融化；

5.通过控制机构调控内部多环搅拌组件进行物料搅拌3-5min；

6.通过控制机构调控电控阀13和计量泵14，从立式双层壳体16内抽取液态镁样品进行化验，并检测其是否符合高纯镁的要求，如符合要求，则控制电控阀13和计量泵14开启，经由出料管12抽出镁液体至工艺下游的真空镁合金熔炼炉或成型模具中进行后续处理；

7.如不符合要求，则通过控制机构调控，经由添加剂入口33向立式双层壳体16内加入合适的添加剂，（微量元素添加剂在经由添加剂入口33进行加料前要进行预热，预热温度为200±20℃。)并调控内部多环搅拌组件进行物料搅拌，使添加剂与超标元素反应，并沉淀在炉底，调控内部多环搅拌组件关闭，保持立式双层壳体16内物料静置5-10min，之后，通过控制机构调控控制电控阀13和计量泵14开启，经由出料管12抽出镁液体至工艺下游的真空镁合金熔炼炉或成型模具中进行后续处理。

优选的，所述的合金熔炼炉包括支撑架体29和固定在支撑架体29上方的双层壳体，所述的双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的外侧壁上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝30，内壳体的内部竖直设置有主加热组件，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料31，所述的主加热组件和电阻丝30均与控制机构连接，所述双层壳体的顶部中心处开设有一个检修口34，该检修口34处设置有用于对双层壳体内的合金物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，且检修口34的顶端封堵有挡热阀32，在双层壳体的顶部还设置有进料口7、真空组件连接口9、惰性气体入口10、合金添加口15和出料口8，其中，进料口7与晶体熔化炉的出料管12对接，进料口7处还设置有用于控制其通断的真空阀6，出料口8处设置有出料管12，该出料管12的一端置于合金熔炼炉双层壳体内部液态合金液面的下方，出料管12的另一端与合金成型装置4对接。

本发明中的主加热组件包括竖直设置在内壳体内部的多个炉内加热管，该炉内加热管的下端延伸出内壳体至外壳体的内底面，并呈开口结构，所述的炉内加热管竖直焊接在内壳体的下底面上，且多个炉内加热管在内壳体的内部均匀设置。在每个炉内加热管的内部均配设有一个呈倒U型的加热元件，且每个炉内加热管的下方还设置有一个支撑盖，所述的支撑盖上设置有用于固定加热元件的夹紧装置。

优选的，所述的内部多环搅拌组件由驱动电机25和多环搅拌器组成，驱动电机25设置在双层壳体的顶部，并与控制机构连接，多环搅拌器设置在内壳体的内部，该多环搅拌器包括至少两个上下平行设置的水平环组和一根搅拌轴35，所述双层壳体中位于最上方的水平环组所处的水平面高于主加热组件顶端所处的水平面，每个水平环组均包括多个同心圆环36，且所述的同心圆环36均避开内壳体内的主加热组件设置，在上下相对应的同心圆环36之间还连接有竖直固定杆37，所述搅拌轴35的上端延伸出双层壳体与驱动电机25的输出轴连接，搅拌轴35的下端连接在位于最上方的一个水平环组上，该位于最上方的水平环组上呈辐射状设置有多个水平固定杆38，且多个水平固定杆38均焊接在搅拌轴35上。

上述合金熔炼炉在具体使用时的步骤为：

1.通过控制机构调控立式双层壳体16进液口8处的真空阀6、出液管15上的电控阀13、检修口34处的挡热阀32和合金添加口15关闭，控制外设的抽真空组件1经由真空组件连接口9对立式双层壳体16内部进行抽真空处理；

2.通过控制机构调控外设的惰性气体气源11经由惰性气体入口10对立式双层壳体16的内部进行惰性气体填充，至立式双层壳体16内压强为0.1MPa；

c.通过控制机构调控立式双层壳体16进液口8处的真空阀6打开，使工艺上游晶体镁真空熔化炉中的液态金属镁经由其出料管12被输送至立式双层壳体16中；

d. 通过控制机构调控经由合金添加口15，按照不同镁合金的成分要求加入预设的合金元素，例如，分别加入99.999%的高纯金属铝、99.999%的高纯金属硅、及其他金属，就可以制备Mg-AI-Si合金；分别加入不同种其他高纯微量元素或者合金，就可以生产新的合金；

e.通过控制机构调控主加热组件和电阻丝30对立式双层壳体16内的物料进行加热，使立式双层壳体16内的温度升高至700-780℃，使内部物料充分熔化；

f.通过控制机构调控内部多环搅拌组件进行物料搅拌3-5min；

g.通过控制机构调控电控阀13和计量泵14，从立式双层壳体16内抽取液态镁合金样品进行检测，如符合镁合金要求，则控制电控阀13和计量泵14开启，经由出液管15抽出液态镁合金至工艺下游的镁合金成型模具进行后续成型；

h.如不符合要求，则通过控制机构调控，再次经由合金添加口15向立式双层壳体16内加入预设的合金元素，并调控内部多环搅拌组件进行物料搅拌，之后，调控内部多环搅拌组件关闭，保持立式双层壳体16内物料静置5-10min，并通过控制机构调控电控阀13和计量泵14，从立式双层壳体16内抽取液态镁合金样品进行检测，直至其符合镁合金要求，然后，再通过控制机构调控控制电控阀13和计量泵14开启，经由出液管15抽出液态镁合金至工艺下游的镁合金成型模具进行后续成型。

一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产工艺，包括真空加料、真空蒸馏挥发、真空过滤、真空冷却结晶、真空收集高纯镁晶体、真空气氛条件下二次熔化、真空气氛条件下混合、真空气氛条件下浇注成型、真空气氛条件下自然冷却、脱模得到镁合金制品毛坯和加工制成高纯镁合金板材或者棒材或者镁合金制品等步骤。具体工艺为：

a.通过控制机构调控关闭冷却结晶器和真空接收器对接处的真空阀6，之后，利用抽真空组件1对加热挥发炉2、镁蒸气过滤装置3和冷却结晶器的内部进行真空处理；

b.通过控制机构调控抽真空组件1，在真空条件下，通过加热挥发炉2上的连续进料口向加热挥发炉2内进行定时的间歇式进料；

c.通过控制机构调控对加热挥发炉2内的物料进行加热，实现金属镁蒸汽经由镁蒸气出口通过镁蒸气过滤装置3进入冷却结晶器内；

d. 通过控制机构调控冷却结晶器工作，使其内部的金属镁蒸汽在冷却结晶器内实现冷却和结晶；

e.通过控制机构调控抽真空组件1对真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置4的内部进行抽真空处理；

f.通过控制机构调控关闭真空接收器卸料口处的真空阀6，打开真空接收器与冷却结晶器对接处的真空阀6，使冷却结晶器内的结晶物进入真空接收器中；

g.通过控制机构调控打开晶体熔化炉与真空接收器之间的真空阀6，使真空接收器内的结晶物落入晶体熔化炉内；

h.通过控制机构调控外设的惰性气体气源11经由惰性气体入口10对晶体熔化炉和合金熔炼炉的内部进行惰性气体填充，至晶体熔化炉和合金熔炼炉内的压强为0.1MPa；

I.通过控制机构调控对晶体熔化炉内的物料进行加热，使其变为液体，之后，打开晶体熔化炉出料管12上的电控阀13和计量泵14，使其内部液体被输送至合金熔炼炉内；

j.通过控制机构调控，在真空条件下，经由合金添加口15向合金熔炼炉进行预设合金元素添加；

k.通过控制机构调控对合金熔炼炉内的物料进行加热熔炼，之后，打开合金熔炼炉出料管12上的电控阀13和计量泵14，使其内部合金液体被输送至合金成型装置4内的镁合金成型模具中进行成型;

l.将镁合金成型模具中的镁合金于真空气氛条件下自然冷却，之后脱模，即得到成品高纯镁合金制品毛坯。

本发明制备得到的镁合金不限于高纯金属镁板、镁棒、镁管、镁粒、镁锭，还包括各种镁合金制品。

Claims (5)

1.一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，所述的抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；

所述的加热挥发炉上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件，该真空进料组件与控制机构和抽真空组件连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉的内部，在加热挥发炉的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀；

所述的冷却结晶器包括立式双层壳体、内部多层结晶组件、扫晶组件和循环水冷却组件，立式双层壳体由上下对接设置的上部结晶段和下部收集段构成，其中，上部结晶段呈下端开口的立式双层圆筒状结构，且在双层圆筒状结构之间设置有用于冷却水通过的夹层空腔，在上部结晶段的侧壁上还开设有与镁蒸气过滤装置对接的镁蒸气进口，下部收集段呈漏斗状结构，且在漏斗状下部收集段的底端开设有与真空接收器对接的镁晶体出口；

所述的内部多层结晶组件设置在立式双层壳体的内部，其包括至少一个与立式双层壳体同轴设置的圆筒形结晶器，该圆筒形结晶器包括水平设置的一个圆环形封堵板和设置在圆环形封堵板下表面上的两个竖直圆筒，两个竖直圆筒分别沿圆环形封堵板的内外径设置，使两个竖直圆筒之间构成一个用于冷却水通过的夹层空腔，且该夹层空腔的底端设置有密封板；

所述的扫晶组件设置在立式双层壳体内部，扫晶组件包括驱动电机和扫晶架，所述的扫晶架包括在一个水平圆圈内呈辐射状设置的多个固定杆，以及设置在固定杆下表面上的多个扫晶件，所述扫晶件的个数为整个冷却结晶装置中圆筒形结晶器个数的二倍多一个，且多个扫晶件分别与圆筒形结晶器的内壁、外壁以及立式双层壳体的内壁一一对应，以实现对圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁进行已冷却晶体镁的扫落，每个扫晶件包括上下相对应设置的两个固定环，在上下相对应的两个固定环之间竖直设置有至少一个扫晶杆，该扫晶杆与其所对应的圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁之间的距离为5-15mm，所述的驱动电机设置在立式双层壳体的顶部，并与控制机构电连接，其能在控制机构的控制下带动整个扫晶架进行旋转扫晶作业；

所述的真空接收器包括立式单层壳体，该立式单层壳体由圆筒形上部和漏斗状下部上下对接组成，圆筒形上部包括圆形顶板和围设在圆形顶板下表面上的侧围板，在圆形顶板的上表面中心处开设有镁晶体进口，该镁晶体进口与冷却结晶器对接，且镁晶体进口处还设置有用于控制其通断的真空阀，所述侧围板的一侧开设有真空组件连接口，该真空组件连接口与抽真空组件连接，侧围板的另一侧开设有惰性气体入口，该惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，在侧围板上还设置有多个用于观测立式单层壳体内部状况的透明视窗，所述漏斗状下部的底端开设有镁晶体出口，该镁晶体出口与晶体熔化炉的进料口对接，且镁晶体出口处也设置有用于控制其通断的真空阀；

所述的循环水冷却组件包括冷却塔、供水管以及多个分水管、输水管和回水管，所述供水管的一端与冷却塔的出水口连接，供水管的另一端延伸至立式双层壳体的内部，且该端部连接有多个分水管，所述分水管的个数与整个冷却结晶装置中夹层空腔的个数一致，且相互之间一一对应，每个分水管用于为其所对应的夹层空腔进行循环水供给，在每个分水管上均设置有电控阀，该电控阀与控制机构电连接，在每个夹层空腔内均设置有多个输水管，该输水管连接在分数管的末端，且每个输水管的出水末端均位于其所在夹层空腔的顶端，所述每个夹层空腔的底端均开设有回水口，且每个回水口均通过一个回水管与冷却塔的进水口连接；

所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口、出料口、真空组件连接口和惰性气体入口，其中，真空组件连接口与抽真空组件连接，惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，晶体熔化炉的进料口与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀，晶体熔化炉的出料口通过一段出料管与合金熔炼炉的进料口连接，合金熔炼炉的出料口也通过一段出料管与合金成型装置的进料口对接，在每个出料管上均设置有电控阀和计量泵，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口，所述的真空阀、电控阀、计量泵和惰性气体气源均与控制机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的晶体熔化炉包括支撑架体和设置在支撑架体上方的双层壳体，所述双层壳体的内部设置有主加热组件，该双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的侧壁外表面上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料，所述的主加热组件和电阻丝均与控制机构连接，在双层壳体的顶部开设有进料口，该进料口与真空接收器对接，且所述双层壳体的进料口设置有用于控制其通断的真空阀，在进料口处位于真空阀下方的位置还设置有挡热阀，所述双层壳体的顶部还开设有真空组件连接口、惰性气体入口、添加剂入口和出料口，出料口处设置有出料管，该出料管的一端置于晶体熔化炉双层壳体内部金属液体液面的下方，出料管的另一端与真空镁合金熔炼炉的进料口对接，在双层壳体上还设置有用于对其内部物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，所述的真空阀、挡热阀、和内部多环搅拌组件均与控制机构连接。

3.根据权利要求1所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的合金熔炼炉包括支撑架体和固定在支撑架体上方的双层壳体，所述的双层壳体包括内壳体和外壳体，在内壳体的外侧壁上绕设有用于进行辅助加热的电阻丝，内壳体的内部竖直设置有主加热组件，在内壳体和外壳体之间还填充有保温材料，所述的主加热组件和电阻丝均与控制机构连接，所述双层壳体的顶部中心处开设有一个检修口，该检修口处设置有用于对双层壳体内的合金物料进行搅拌的内部多环搅拌组件，且检修口的顶端封堵有挡热阀，在双层壳体的顶部还设置有进料口、真空组件连接口、惰性气体入口、合金添加口和出料口，其中，进料口与晶体熔化炉的出料管对接，进料口处还设置有用于控制其通断的真空阀，出料口处设置有出料管，该出料管的一端置于合金熔炼炉双层壳体内部液态合金液面的下方，出料管的另一端与合金成型装置对接。

4.根据权利要求2或3所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的内部多环搅拌组件由驱动电机和多环搅拌器组成，驱动电机设置在双层壳体的顶部，并与控制机构连接，多环搅拌器设置在内壳体的内部，该多环搅拌器包括至少两个上下平行设置的水平环组和一根搅拌轴，所述双层壳体中位于最上方的水平环组所处的水平面高于主加热组件顶端所处的水平面，每个水平环组均包括多个同心圆环，且所述的同心圆环均避开内壳体内的主加热组件设置，在上下相对应的同心圆环之间还连接有竖直固定杆，所述搅拌轴的上端延伸出双层壳体与驱动电机的输出轴连接，搅拌轴的下端连接在位于最上方的一个水平环组上，该位于最上方的水平环组上呈辐射状设置有多个水平固定杆，且多个水平固定杆均焊接在搅拌轴上。

5.利用权利要求1所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备进行的高纯镁合金生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过控制机构调控关闭冷却结晶器和真空接收器对接处的真空阀，之后，利用抽真空组件对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置和冷却结晶器的内部进行真空处理；

b.通过控制机构调控抽真空组件，在真空条件下，通过加热挥发炉上的连续进料口向加热挥发炉内进行定时的间歇式进料；

c.通过控制机构调控对加热挥发炉内的物料进行加热，实现金属镁蒸汽经由镁蒸气出口通过镁蒸气过滤装置进入冷却结晶器内；

d. 通过控制机构调控冷却结晶器工作，使其内部的金属镁蒸汽在冷却结晶器内实现冷却和结晶；

e.通过控制机构调控抽真空组件对真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；

f.通过控制机构调控关闭真空接收器卸料口处的真空阀，打开真空接收器与冷却结晶器对接处的真空阀，使冷却结晶器内的结晶物进入真空接收器中；

g.通过控制机构调控打开晶体熔化炉与真空接收器之间的真空阀，使真空接收器内的结晶物落入晶体熔化炉内；

h.通过控制机构调控外设的惰性气体气源经由惰性气体入口对晶体熔化炉和合金熔炼炉的内部进行惰性气体填充，至晶体熔化炉和合金熔炼炉内的压强为0.1MPa；

I.通过控制机构调控对晶体熔化炉内的物料进行加热，使其变为液体，之后，打开晶体熔化炉出料管上的电控阀和计量泵，使其内部液体被输送至合金熔炼炉内；

j.通过控制机构调控，在真空条件下，经由合金添加口向合金熔炼炉进行预设合金元素添加；

k.通过控制机构调控对合金熔炼炉内的物料进行加热熔炼，之后，打开合金熔炼炉出料管上的电控阀和计量泵，使其内部合金液体被输送至合金成型装置内的镁合金成型模具中进行成型；

l.将镁合金成型模具中的镁合金于真空气氛条件下自然冷却，之后脱模，即得到成品高纯镁合金制品毛坯。