CN114485157A - 一种镁合金材料熔炼装置 - Google Patents

Abstract

一种镁合金材料熔炼装置，包括熔炉、碟式填料装置，碟式填料装置包括搅拌轴、填料篮、碟式搅拌头，所述搅拌轴连接填料篮，填料篮底部连接碟式搅拌头，所述碟式搅拌头包括多个搅拌翼，所述搅拌翼连接填料篮以及搅拌碟，所述搅拌翼连接端互相连接，搅拌端伸出至搅拌碟边缘部，所述填料篮侧壁设有通液孔；本发明在制备加工镁合金的过程中，碟式搅拌头可加速扩散，碟式搅拌头旋转能够把熔液分成上下两层，上层熔液形成溶液漩涡，加速中间合金元素扩散；下层熔液保持相对静止，避免沉淀熔渣上翻，缩短熔渣沉析时间，提高生产率。

Description

一种镁合金材料熔炼装置

技术领域

本发明涉及合金熔炼技术领域，具体为一种镁合金材料熔炼装置。

背景技术

镁合金是以镁为基础加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm³左右），强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。目前，科技的进步对新型材料的要求提高，以及镁合金价格的减低和镁合金优越的性能，使得镁合金在航空、航天、运输、化工、火箭等工业领域得到应用。

但是，我国原镁生产技术较落后，镁合金熔炼铸造技术发展较晚，与国外先进技术存在一定差距，导致我国镁合金产品质量不稳定，因此，很有必要研究镁合金的熔炼技术。镁由于化学活性较强，导致镁及镁合金在熔炼过程中熔融态镁与空气中的氧极易发生氧化甚至燃烧，为了防止镁合金的氧化燃烧，在其熔炼和铸造过程中会采用溶剂保护、阻燃保护和气体保护等保护方法。这些保护方法在镁合金熔炼过程中起到不同程度的保护方法。然而即便如此，在制备合金过程中需要手工夹持纯金属和中间合金放入溶液中冲刷，这导致镁液表面形成的覆盖层不断会被破坏掉，导致镁和空气接触，不断燃烧，形成更多的氧化夹渣，并且搅拌棒搅拌过程中也会带动炉底的夹渣不断向上翻，使得生产材料性能及化学成分的一致性低、成分不均匀、收得率低；熔渣静置沉析过程耗时长，效率低；工人效率低，劳动强度大。

发明内容

针对现有技术，本发明目的在于提供一种镁合金材料熔炼装置，在搅拌加速扩散的同时防止熔渣上翻，缩短静置沉析时间。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种镁合金材料熔炼装置，包括熔炉、碟式填料装置，所述碟式填料装置包括搅拌轴、填料篮、碟式搅拌头，所述搅拌轴连接填料篮，填料篮底部连接碟式搅拌头，所述碟式搅拌头包括多个搅拌翼，所述搅拌翼连接填料篮以及搅拌碟，所述搅拌翼连接端互相连接，搅拌端伸出至搅拌碟边缘部搅动镁合金溶液，所述填料篮侧壁设有通液孔与填料篮外侧溶液形成液体交换。

在一些实施例中，所述搅拌翼为直角梯形结构，其中斜边为内凹的弧形。

在一些实施例中，所述搅拌翼从连接端到搅拌端为弧形面，搅拌端切线方向与连接端切线方向夹角为θ。

在一些实施例中，所述夹角θ角度为30°-45°。

在一些实施例中，所述搅拌碟为圆盘状，直径为填料篮的2-3倍。

在一些实施例中，所述搅拌翼为4个，每个相邻搅拌翼互相垂直连接。

在一些实施例中，所述碟式填料装置还包括隔板，所述隔板将填料篮分隔为若干填料仓。

在一些实施例中，所述隔板为均匀设置的4个，将填料篮分为4个填料仓。

在一些实施例中，所述填料篮底部也均匀开设有通液孔。

在一些实施例中，所述碟式填料装置由钢铁材料制成。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明实现了一次可均匀投放量多的纯金属块和中间合金，添加后与空气隔绝，不破坏表面覆盖层，并添加的合金通过填料篮熔解扩散分布，在制备加工镁合金的过程中，碟式搅拌头可加速扩散，碟式搅拌头旋转能够把熔液分成上下两层，上层熔液形成溶液漩涡，加速中间合金元素扩散；下层熔液保持相对静止，避免沉淀熔渣上翻，缩短熔渣沉析时间，提高生产率，利用本发明制备的镁合金其性能及化学成分分布均匀，一致性高，保证材料的规范化，减少人为随机因素，制备出的合金材料能够更好的满足材料设计要求。

附图说明

图1是本发明镁合金材料熔炼装置的结构示意图。

图2是本发明镁合金材料熔炼装置第一实施例中碟式填料搅拌装置的结构示意图。

图3是本发明镁合金材料熔炼装置第一实施例搅拌翼主视图。

图4是本发明镁合金材料熔炼装置第二实施例搅拌翼立体图。

图5是本发明镁合金材料熔炼装置第二实施例中碟式填料搅拌装置的俯视图。

图6是本发明镁合金材料熔炼装置溶液流动示意图。

图中：1-熔炉，2-碟式填料装置，3-搅拌轴，4-隔板，5-填料篮，6-通液孔，7-碟式搅拌头，8-搅拌翼，9-搅拌碟，81-连接端，82-搅拌端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图1-6并结合实施例描述本发明实施例的镁合金材料熔炼装置。

如图1-3为本发明的第一实施例，一种镁合金材料的熔炼装置，包括熔炉1、碟式填料装置2，所述碟式填料装置2包括搅拌轴3、填料篮5、碟式搅拌头7、隔板4、通液孔6；所述搅拌轴3连接填料篮5，填料篮5底部连接碟式搅拌头7，所述碟式搅拌头7包括若干个搅拌翼8，所述搅拌翼8上端连接填料篮5底部，下端连接搅拌碟9，所述搅拌碟9为圆盘状，直径为填料篮5的2-3倍；所述搅拌翼8分为连接端81以及固定端，所述连接端81在填料篮5中心轴线处互相连接，搅拌端82伸出填料篮5置于搅拌碟9边缘部用于带动搅拌镁合金溶液，在本实施例中所述搅拌翼8为4个，均匀的分布在填料篮5底部，搅拌翼8形状为直角梯形的碟片，其中斜边为内凹的弧形，能够保证搅拌的稳定性，搅拌轴3将填料篮5以及碟式搅拌头7伸入熔炉1入铝合金熔液中，为了保证在搅拌过程中实现均匀扩散，所述填料篮5优选为圆筒，当然也可以为能够满足填料要求的其他结构；填料篮5内根据所需加入金属块和中间合金数量设置若干隔板4，隔板4将填料篮5分隔成若干填料仓，使中间合金放置均匀，保证合金熔解的一致性，同时不会因为离心导致中间合金偏移到同一侧导致搅拌设备磨损；在本实施例中，作为优选，所述隔板4为4个，隔板4将填料篮5均匀分为4个填料仓，所述填料篮5外壁以及填料篮5底部设有通液孔6，用于保证填料篮5内外溶液的流动交换，为避免长期使用高温对搅拌头以及填料篮5的影响，所述碟式填料装置2均使用钢铁材料制成。

本发明的第二实施例如图4-5所示，与第一实施例的区别在于：所述搅拌翼8平面优选为弧形面，弧形搅拌翼8可以减少动力消耗,搅拌端82切线方向与对应位置搅拌碟9切线方向夹角为θ，θ角优选为30°-45°，

利用本发明实际使用时，首先将所需的中间合金的金属块均匀加入至填料仓中，将填料篮5随搅拌头沉入镁溶液中，镁溶液通过通过填料篮5侧壁以及底部通液孔6注入填料仓，使所添加金属块缓慢熔解，碟式搅拌头7旋转搅拌加速中间合金熔液通过通液孔6扩散，在搅拌过程中会产生部分熔渣，部分直径较小的熔渣会随通液孔6流入至镁合金溶液中，熔渣在进入镁合金溶液后会沉淀至溶液底层，此时搅拌碟9可把熔液分成上下两部分，上部熔液在搅拌翼8搅拌端82的搅拌下形成漩涡加速中间合金熔液扩散，下部熔液相对静止保证底部所沉淀的熔渣不向上翻。

与铝不同的是，镁被氧化后表面形成疏松的氧化膜，这种氧化膜会在金属液面上产生张应力，使其下部进一步氧化燃烧。因此在金属液面上撒上熔剂和气体保护，使得表面膜结构变得致密，并能防止进一步氧化燃烧。

由于碟状设计，液体分轴向向上和径向向运动，径向运动遇到炉壁会沿着炉壁分成分向向上运动和分向向下运动，由于填料篮5的离心力导致填料篮5里液体会处于临界运动状态，导致向上运动的液体会沿着炉壁和搅拌杆之间做循环运动，做层流运动，液体层流运动过程中并不会破坏表面形成的氧化膜。

液体沿着搅拌头分轴向向上运动时遇到填料篮5的底部，形成小回路循环，但同时会遭到径向沿炉壁向上并返回的液体循环，导致了填料篮5和碟片之间形成湍流，填料篮5附近区域则形成过渡混合区，远离填料篮5的区域仍做层流运动。

镁合金精炼过程中的杂质会因密度大等沉降到炉底，搅拌翼8的挡板起到搅拌时阻碍炉底杂质再次卷起混入溶液循环流动之中。同时径向遇炉壁分向下运动的液体运动会相互抵消，无法形成循环。成液体流动死区。

镁合金溶液容易和空气中的氧、水蒸气等起作用，而在熔炼过程中镁液表面生成一层致密的氧化膜，可阻止镁液进一步氧化，由于刀头式设计，搅拌头高速旋转的叶轮作用下作轴向和径向运动，填料篮5底作为挡板阻碍液体轴向向上运动，当轴向分速度使得液体沿轴向向下流动，当流至炉底时再沿着炉壁折回返回旋桨，当径向分速度使得液体沿着周向流动，遇到炉壁分成向上流动和向下流动，径向向下的这部分液体遇到由轴向返炉壁产生的液体形成湍流。而径向向上的部分液体沿着炉壁向上做稳流运动，稳流运动不会产生打旋现象，因此不会破坏表面形成的致密氧化膜，并且还会快速带动镁液的夹渣向上聚集，达到快速除渣作用。

由于旋涡只在搅拌碟9上部形成，既不会对镁合金表面形成的覆盖膜造成破坏，防止了熔炼过程中空气的介入，又不会对搅拌碟9下方熔渣造成影响，有效防止搅拌碟9下方熔渣再次卷入溶液中；镁液流动方向平行于搅拌轴3，镁液由搅拌翼8推动，碟式搅拌头7可以使镁液向下流动，流动至搅拌碟9平面，镁液遇到搅拌碟9后向上翻，形成上下循环流；由于自身的旋转把机械能传递给液体，造成炉内液体强制对流，填料仓内的中间合金受到离心力的作用，将融化的液滴与镁溶液进行充分混合并通过通液孔6向外扩散，同时碟式搅拌头7旋转形成的液体流动会将填料篮5及其附近的混合液快速循环直至分散其他位置，导致填料篮5附近区域形成合金浓度梯度，反向促进填料篮5的中间合金块更快融化以形成混合溶液浓度平衡。同时填料篮5甩出的混合液与搅拌头带动液体的流动速度不同，使得两者交界的液体受到强烈的剪切作用；另外填料篮5上头的镁溶液迅速补充由离心作用通过通液孔6外的混合液留下的空隙，并继续冲刷中间合金，最终直至填料仓内中间合金块全部熔解至镁溶液并扩散均匀。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明实现了一次可均匀投放量多的纯金属块和中间合金，添加后与空气隔绝，不破坏表面覆盖层，并添加的合金通过填料篮熔解扩散分布，在制备加工镁合金的过程中，碟式搅拌头可加速扩散，碟式搅拌头旋转能够把熔液分成上下两层，上层熔液形成溶液漩涡，加速中间合金元素扩散；下层熔液保持相对静止，避免沉淀熔渣上翻，缩短熔渣沉析时间，提高生产率，利用本发明制备的镁合金其性能及化学成分分布均匀，一致性高，保证材料的规范化，减少人为随机因素，制备出的合金材料能够更好的满足材料设计要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种镁合金材料熔炼装置，包括熔炉（1）、碟式填料装置（2），其特征在于：所述碟式填料装置（2）包括搅拌轴（3）、填料篮（5）、碟式搅拌头（7），所述搅拌轴（3）连接填料篮（5），填料篮（5）底部连接碟式搅拌头（7），所述碟式搅拌头（7）包括多个搅拌翼（8），所述搅拌翼（8）连接填料篮（5）以及搅拌碟（9），所述搅拌翼（8）连接端（81）互相连接，搅拌端（82）伸出至搅拌碟（9）边缘部搅动镁合金溶液，所述填料篮（5）侧壁设有通液孔（6）与填料篮（5）外侧溶液形成液体交换。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述搅拌翼（8）为直角梯形结构，其中斜边为内凹的弧形。

3.根据权利要求2所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述搅拌翼（8）从连接端（81）到搅拌端（82）为弧形面，搅拌端（82）切线方向与对应位置搅拌碟（9）切线方向夹角为θ。

4.根据权利要求3所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述夹角θ角度为30°-45°。

5.根据权利要求4任一项所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述搅拌翼（8）为4个，每个相邻搅拌翼（8）互相垂直连接。

6.根据权利要求1所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述搅拌碟（9）为圆盘状，直径为填料篮（5）的2-3倍。

7.根据权利要求1所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述碟式填料装置（2）还包括隔板（4），所述隔板（4）将填料篮（5）分隔为若干填料仓。

8.根据权利要求7所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述隔板（4）为均匀设置的4个，将填料篮（5）分为4个填料仓。

9.根据权利要求1所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述填料篮（5）底部也均匀开设有通液孔（6）。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种镁合金材料熔炼装置，其特征在于：所述碟式填料装置（2）由钢铁材料制成。

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