CN117867307A - 镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置、方法及生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置、方法及生产线。镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，包括精炼熔剂加入斗、保护气体输入管、盖板、坩埚、旋转吹气搅拌器以及一个筒体结构；盖板盖合在坩埚上，精炼熔剂加入斗的出料口延伸至坩埚内部；旋转吹气搅拌器延伸至坩埚内部；保护气体输入管出气端穿过盖板，延伸至坩埚内部；筒体结构位于坩埚内，筒体结构将旋转吹气搅拌器的下部周向围绕；筒体结构内部中空，且上下两端均为开口结构，筒体结构中部还开设有缺口。本发明将对镁合金熔体的气体保护，熔剂净化、成分均匀化和气体净化的复合处理集合于一体，简化了工艺流程，缩短了镁合金熔体的处理时间，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料及冶金类技术领域，具体地，涉及一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置、方法及生产线，尤其地，涉及一种大熔量镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置。
背景技术
镁合金作为最轻的工程金属结构材料，具有比重轻、高比强度和比刚度、阻尼性好、电磁屏蔽能力强、导热性好和减振性好等优点，广泛应用于汽车工业和航空航天等领域。
镁合金的主要合金元素有Al、Zn和稀土等元素，然而由于大多数合金元素的密度大于镁元素的密度，在熔炼的过程中较容易发生元素的沉降和比重偏析，显著影响镁合金熔体的成分均匀性，进而影响镁合金的力学性能和铸造性能。并且，由于镁合金熔体的氧化膜封闭能力较差，在熔炼的过程中通常要采用气体保护的方式来防止镁合金熔体的氧化和燃烧，且镁合金熔体中含有大量的氧化物、硫化物和碳化物等杂质，熔体中的杂质会显著降低镁合金的性能。除此以外，由于镁合金熔体吸附氢元素的能力较强，尤其当镁合金熔体中含有稀土元素时，由于稀土元素与氢的结合力较大，在镁合金熔体中易形成高熔点的稀土氢化物，该相会显著降低镁合金的塑性。因此，镁合金熔体处理，即成分均匀化、气体保护、熔剂净化、气体净化已经成为制约镁合金，特别是稀土镁合金进一步推广应用的主要技术瓶颈。
镁合金在熔炼过程中通常要进行以下几种熔体处理：(1)首先，采用SF6和CO2气体作为保护气体来防止镁合金熔体的氧化和燃烧，对镁合金熔体进行气体保护。(2)其次，在镁合金熔体中加入精炼熔剂，然后通过搅拌的方式使精炼熔剂和镁合金熔体均匀接触，从而去除镁合金熔体中的杂质，达到熔剂净化镁合金熔体的目的，并通过搅拌避免元素的沉降和偏析，提高镁合金熔体的成分均匀性。(3)再次，向镁合金熔体中通入惰性气体，由于氢元素在气泡和镁合金熔体中分压差的不同，熔体中的氢元素可以通过扩散的方式进入到惰性气体气泡中，并随着气泡上浮至液面逸出，实现镁合金熔体除氢的目的，对镁合金熔体进行气体净化。
但是，就目前而言，以上几种熔体处理过程往往采用不同的设备进行处理，处理过程之间往往独立进行，不同过程之间需要进行转运或频繁开关盖操作，这增加了熔体的处理时间。因此，基于上述镁合金熔炼所需的熔体处理，有必要开发一种用于镁合金熔炼的熔体复合处理净化装置，将镁合金的气体保护、熔剂净化、成分均匀化和气体净化进行复合处理，减少熔体的处理时间，提升熔体处理的效率。。
除此以外，现有的“使精炼熔剂和镁合金熔体均匀接触”的手段仅仅是通过搅拌轴进行搅拌而实现，但单一的搅拌轴方式对提高流体的流动，使流体之间充分均匀接触的作用效果仍有待提升。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置、方法及生产线。
根据本发明提供的一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，包括精炼熔剂加入斗、保护气体输入管、盖板、坩埚、旋转吹气搅拌器以及一个筒体结构；
所述盖板盖合在所述坩埚上，所述精炼熔剂加入斗的进料口位于所述盖板上方，出料口穿过所述盖板，延伸至所述坩埚内部；
所述旋转吹气搅拌器的一端位于所述盖板上方，另一端穿过所述盖板，延伸至所述坩埚内部；
所述保护气体输入管的进气端位于所述坩埚外侧，出气端穿过所述盖板，延伸至所述坩埚内部；
所述筒体结构与所述盖板直接或间接连接，且位于所述坩埚内，所述筒体结构将所述旋转吹气搅拌器的下部周向围绕；所述筒体结构内部中空，且上下两端均为开口结构，筒体结构中部还开设有缺口。
优选的，还包括支架，所述筒体结构通过支架安装在所述盖板上。
优选的，所述旋转吹气搅拌器的中轴线与所述坩埚的中轴线重合，所述精炼熔剂加入斗安装在旋转吹气搅拌器侧边。
优选的，所述旋转吹气搅拌器包括净化气体输入管、搅拌轴、电机、搅拌叶片组以及气体喷嘴；
所述净化气体输入管的进气端位于所述盖板上方，另一端穿过所述盖板，延伸至所述坩埚内部且与所述气体喷嘴相连；
电机安装在所述盖板上方，搅拌轴的一端与所述电机相连，另一端穿过所述盖板，延伸至所述坩埚内部；
所述搅拌叶片组、气体喷嘴均位于所述坩埚内部，且均安装在所述搅拌轴上。
优选的，搅拌叶片组包括上搅拌叶片，下搅拌叶片；
上搅拌叶片、下搅拌叶片以及气体喷嘴由上至下依次布置。
优选的，所述保护气体输入管内通入的保护气体为SF6和N2的混合气体。
优选的，精炼熔剂加入斗中加入的精炼熔剂为JDMJ精炼熔剂。
优选的，净化气体输入管内输入的净化气体为Ar2。
根据本发明提供的一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化方法，采用所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，还包括如下步骤：
当进行镁合金熔体的制备时，首先，将镁锭和中间合金锭加入至坩埚内进行熔炼，并向保护气体输入管内通入保护气体；
接着，开动电机驱动搅拌轴进行旋转，然后向精炼熔剂加入斗中加入精炼熔剂，并向净化气体输入管中通入净化气体，通过气体喷嘴喷出气泡。
根据本发明提供的一种镁合金熔体生产线，采用所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将对镁合金熔体的气体保护，熔剂净化、成分均匀化和气体净化的复合处理集合于一体，简化了工艺流程，缩短了镁合金熔体的处理时间，提高了生产效率。
2、本发明由于设置有筒体结构，且筒体结构采用内部中空，中部留有两个缺口的设计，能够在旋转吹气搅拌器对镁合金熔体进行搅拌吹气后，结合镁合金熔体由于搅拌和Ar2气泡的上浮作用，使得流体在筒体结构中部的缺口进行上下的流动，产生了一定的搅拌作用，促进了镁合金熔体的流动，使得精炼熔剂、Ar2气泡和镁合金熔体进行充分均匀的混合，进一步增强了熔剂净化和气体净化的作用，也提高了成分的均匀性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置的结构示意图；
图2为图1的局部示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，如图1-图2所示，包括精炼熔剂加入斗1、保护气体输入管5、盖板6、坩埚7、旋转吹气搅拌器100以及一个筒体结构9；在一个优选例中，所述筒体结构可为套筒结构。
所述盖板6盖合在所述坩埚7上，所述精炼熔剂加入斗1的进料口位于所述盖板6上方，出料口穿过所述盖板6，延伸至所述坩埚7内部；
所述旋转吹气搅拌器100的一端位于所述盖板6上方，另一端穿过所述盖板6，延伸至所述坩埚7内部；在一个优选例中，所述旋转吹气搅拌器100的中轴线与所述坩埚7的中轴线重合，所述精炼熔剂加入斗1安装在旋转吹气搅拌器100侧边，方便在熔炼的过程中加入精炼熔剂。
所述保护气体输入管5的进气端位于所述坩埚7外侧，出气端穿过所述盖板6，延伸至所述坩埚7内部；
所述筒体结构9与所述盖板6直接或间接连接，且位于所述坩埚7内，所述筒体结构9将所述旋转吹气搅拌器100的下部周向围绕；所述筒体结构9内部中空，且上下两端均为开口结构，筒体结构9中部还开设有缺口101。也就是说，筒体结构9为圆筒的周向侧壁，且侧壁上开设有缺口101。在一个优选例中，所述筒体结构9通过支架8安装在所述盖板6上。
所述旋转吹气搅拌器包括净化气体输入管2、搅拌轴3、电机4、搅拌叶片组以及气体喷嘴12；
所述净化气体输入管2的进气端位于所述盖板6上方，另一端穿过所述盖板6，延伸至所述坩埚7内部且与所述气体喷嘴12相连；电机4安装在所述盖板6上方，搅拌轴3的一端与所述电机4相连，另一端穿过所述盖板6，延伸至所述坩埚7内部；所述搅拌叶片组、气体喷嘴12均位于所述坩埚7内部，且均安装在所述搅拌轴3上。搅拌叶片组包括上搅拌叶片10、下搅拌叶片11；上搅拌叶片10、下搅拌叶片11和气体喷嘴12安装在搅拌轴3上；上搅拌叶片10、下搅拌叶片11以及气体喷嘴12由上至下依次布置。
当搅拌轴3通过电机4进行旋转时，上搅拌叶片10和下搅拌叶片11也发生旋转，但由于筒体结构9是通过支架8与盖板6相连，因此筒体结构9不会旋转。保护气体输入管5位于坩埚7上部，盖板6将坩埚7与空气进行隔绝。所述保护气体输入管5内通入的保护气体为SF6和N2的混合气体。精炼熔剂加入斗1中加入的精炼熔剂为JDMJ精炼熔剂。净化气体输入管2内输入的净化气体为Ar2。
以实施制备镁合金熔体为例，首先，将镁锭和中间合金锭加入至坩埚7内进行熔炼，并向保护气体输入管5内通入SF6和N2的混合保护气体，对坩埚内的镁合金熔体进行气体保护，防止其燃烧，实现了对镁合金熔体的气体保护。接着，开动电机4驱动搅拌轴3进行旋转，然后向精炼熔剂加入斗1中加入JDMJ精炼熔剂，并向净化气体输入管2中通入Ar2，通过气体喷嘴12喷出Ar2气泡。在此过程中，首先，通过在精炼熔剂加入斗1中加入精炼熔剂，实现了对镁合金熔体的熔剂净化，并且避免了将盖板打开然后再加入精炼熔剂的过程，简化了工艺流程；其次，通过旋转的上搅拌叶片10对坩埚内的镁合金熔体进行搅拌，使得精炼熔剂均匀的分散于镁合金熔体中，不仅提升了精炼熔剂对镁合金熔体的熔剂净化作用，还通过搅拌进而促进了镁熔体和中间合金熔体的混合，促进了镁合金熔体的成分均匀化；再次，上浮的Ar2气泡对镁合金熔体也产生了搅拌的作用，同样促进了镁合金熔体与精炼熔剂的充分接触，进一步提升了精炼熔剂的净化效果；再者，由于氢元素在Ar2气泡和镁合金熔体中分压差的不同，熔体中的氢元素通过扩散进入到Ar2气泡中，并随着气泡的上浮至液面逸出，实现了对镁合金熔体除氢的目的，并且，喷出的Ar2气泡还能够将质轻的夹杂物带至液面，便于进行除杂处理，因此实现了对镁合金熔体的气体净化；除此以外，下搅拌叶片11也通过旋转对镁合金熔体起到了搅拌的作用，促进了成分的均匀化，并且可对喷出的Ar2气泡进行破碎，细化了Ar2气泡，从而提高Ar2气泡进行气体净化的作用，而且上浮的Ar2气泡还能够有效阻碍中间合金元素的沉降，降低了中间合金元素的损耗。
更重要的是，在此过程中，由于筒体结构9的内部中空，并且筒体结构9中部留有两个缺口101，因此当开动旋转吹气搅拌器对镁合金熔体进行搅拌吹气后，镁合金熔体由于搅拌和Ar2气泡的上浮作用而通过筒体结构中部的缺口进行上下的流动，产生了一定的搅拌作用，促进了镁合金熔体的流动，使得精炼熔剂、Ar2气泡和镁合金熔体进行充分均匀的混合，进一步增强了熔剂净化和气体净化的作用，也提高了成分的均匀性。
使用本发明时，向保护气体输入管内通入保护气体，实现了对镁合金熔体的气体保护；通过在精炼熔剂加入斗中加入精炼熔剂，实现了熔剂净化的目的，并简化了工艺流程；通过搅拌叶片对镁熔体和中间合金熔体进行搅拌，提升了镁合金熔体的成分均匀性。通过向净化气体输入管输入Ar2，实现了对镁合金熔体气体净化的作用，阻碍了中间合金元素的沉降，并方便了后续进行除杂处理。除此以外，通过镁合金熔体在筒体结构中的流动，增强了熔剂净化和气体净化的作用，实现了较好的镁合金熔体净化效果。因此，采用该大熔量镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置可实现镁合金熔体的气体保护，熔剂净化、成分均匀化和气体净化的复合处理作用，简化了工艺流程，缩短镁合金熔体的处理时间，提高了生产效率；并且能够较好的实现熔剂净化和气体净化的作用，可制备出纯净度高的高品质镁合金熔体，提高了镁合金的力学性能和铸造性能，对于扩大镁合金在航空航天等领域的应用范围具有重要的意义。
综上所述，本发明设计提供了一种大熔量镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，将对镁合金熔体的气体保护，熔剂净化、成分均匀化和气体净化的复合处理集合于一体，简化了工艺流程，缩短了镁合金熔体的处理时间，提高了生产效率；并且能够较好的实现熔剂净化和气体净化的作用，可制备出纯净度高、成分均匀的高品质镁合金熔体，提高镁合金的力学性能和铸造性能，对于推动高性能镁合金应用，扩大镁合金在汽车工业和航空航天等领域的应用范围具有重要的意义。
本发明还提供了一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化方法，采用所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，还包括如下步骤：
当进行镁合金熔体的制备时，首先，将镁锭和中间合金锭加入至坩埚7内进行熔炼，并向保护气体输入管5内通入保护气体；
接着，开动电机4驱动搅拌轴3进行旋转，然后向精炼熔剂加入斗1中加入精炼熔剂，并向净化气体输入管2中通入净化气体，通过气体喷嘴12喷出气泡。
本发明还提供了一种镁合金熔体生产线，采用所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，包括精炼熔剂加入斗(1)、保护气体输入管(5)、盖板(6)、坩埚(7)、旋转吹气搅拌器(100)以及一个筒体结构(9)；
所述盖板(6)盖合在所述坩埚(7)上，所述精炼熔剂加入斗(1)的进料口位于所述盖板(6)上方，出料口穿过所述盖板(6)，延伸至所述坩埚(7)内部；
所述旋转吹气搅拌器(100)的一端位于所述盖板(6)上方，另一端穿过所述盖板(6)，延伸至所述坩埚(7)内部；
所述保护气体输入管(5)的进气端位于所述坩埚(7)外侧，出气端穿过所述盖板(6)，延伸至所述坩埚(7)内部；
所述筒体结构(9)与所述盖板(6)直接或间接连接，且位于所述坩埚(7)内，所述筒体结构(9)将所述旋转吹气搅拌器(100)的下部周向围绕；所述筒体结构(9)内部中空，且上下两端均为开口结构，筒体结构(9)中部还开设有缺口(101)。
2.根据权利要求1所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，还包括支架(8)，所述筒体结构(9)通过支架(8)安装在所述盖板(6)上。
3.根据权利要求1所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，所述旋转吹气搅拌器(100)的中轴线与所述坩埚(7)的中轴线重合，所述精炼熔剂加入斗(1)安装在旋转吹气搅拌器(100)侧边。
4.根据权利要求1所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，所述旋转吹气搅拌器包括净化气体输入管(2)、搅拌轴(3)、电机(4)、搅拌叶片组以及气体喷嘴(12)；
所述净化气体输入管(2)的进气端位于所述盖板(6)上方，另一端穿过所述盖板(6)，延伸至所述坩埚(7)内部且与所述气体喷嘴(12)相连；
电机(4)安装在所述盖板(6)上方，搅拌轴(3)的一端与所述电机(4)相连，另一端穿过所述盖板(6)，延伸至所述坩埚(7)内部；
所述搅拌叶片组、气体喷嘴(12)均位于所述坩埚(7)内部，且均安装在所述搅拌轴(3)上。
5.根据权利要求4所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，搅拌叶片组包括上搅拌叶片(10)，下搅拌叶片(11)；
上搅拌叶片(10)、下搅拌叶片(11)以及气体喷嘴(12)由上至下依次布置。
6.根据权利要求4所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，所述保护气体输入管(5)内通入的保护气体为SF6和N2的混合气体。
7.根据权利要求4所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，精炼熔剂加入斗(1)中加入的精炼熔剂为JDMJ精炼熔剂。
8.根据权利要求4所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，其特征在于，净化气体输入管(2)内输入的净化气体为Ar2。
9.一种镁合金熔体复合处理净化和均匀化方法，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置，还包括如下步骤：
当进行镁合金熔体的制备时，首先，将镁锭和中间合金锭加入至坩埚(7)内进行熔炼，并向保护气体输入管(5)内通入保护气体；
接着，开动电机(4)驱动搅拌轴(3)进行旋转，然后向精炼熔剂加入斗(1)中加入精炼熔剂，并向净化气体输入管(2)中通入净化气体，通过气体喷嘴(12)喷出气泡。
10.一种镁合金熔体生产线，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的镁合金熔体复合处理净化和均匀化装置。
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