CN117884613A - 一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置 - Google Patents

Abstract

一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，包括主架，主架上设有一脚架，脚架上设有伸缩平台，该伸缩平台上固定有一旋转电机，旋转电机的输出连接有支座，所述支座上安装有一双输出的气缸，气缸的双输出连接有卡爪；支座底部枢接有一根隔热杆，该隔热杆两端分别连接有第一触杆和第二触杆，支座上开设有至少两处通孔，第一触杆与坩埚接触，第二触杆作为气缸的触发件。本发明采用自动化的翻转装置对坩埚进行夹持并翻转，将坩埚内的稀土金属液倾倒至铸箱内。通过在支架上设置隔热杆以将电控部件远离坩埚热源，通过机械结构触发气缸等电控部件动作，保障翻转到位控制精准。

Description

一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置

技术领域

本发明涉及稀土出炉领域，具体涉及一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置。

背景技术

稀土出炉装置是一种用于提取、分离和精炼稀土元素的关键设备，稀土元素在许多高科技应用中具有重要的地位，如电子设备、磁性材料、储能技术、光学材料等。现代稀土出炉装置通常配备了自动化和控制系统，以确保稳定的操作和高效的生产。稀土出炉装置是一种高度专业化和复杂的设备，需要精密的工程设计和操作，以确保高质量的稀土产品的生产，同时最大程度地减少环境影响。

目前稀土电解后金属出炉的方式包括夹锅出炉和虹吸出炉两种方式，其中夹锅出炉为最传统的出炉方式，即通过夹持工具将坩埚夹取出电解炉。但传统的夹锅出炉方式在取出坩埚后将坩埚内稀土液转移至铸箱的过程中，难以实现精准的自动化操作，其原因在于：

当前夹取坩埚的夹持机械手结构复杂，所完成的操作包括从电解炉中将坩埚向上取出、将取出的坩埚移动至铸箱上方，以及翻转坩埚以将其内的稀土金属液倾倒至铸箱内，即当前机械手实现对坩埚的垂直、水平移动以及转动自由度控制，对机械手的控制要求极高。然根据常识，电解炉内的温度高达上千摄氏度，通过辐射等方式使得感知坩埚位置的传感器所在的环境温度远远超出其正常的工作温度，导致坩埚到位感知不准确，极其容易导致安全事故。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，包括主架，主架上设有一脚架，脚架上设有伸缩平台，该伸缩平台上固定有一旋转电机，旋转电机的输出连接有支座，所述支座上安装有一双输出的气缸，气缸的双输出连接有卡爪；支座底部枢接有一根隔热杆，该隔热杆两端分别连接有第一触杆和第二触杆，支座上开设有至少两处通孔，第一触杆与坩埚接触，第二触杆作为气缸的触发件。

作为优选地，将坩埚的沿口设置于旋转电机输出端的轴线上，当旋转电机驱动支座转动时，金属液脱离坩埚的流出点处于旋转中心上。使落在铸箱内的浇注点在小范围内移动。

作为优选地，脚架受动在主架上第二轨道上升降动作，主架上设置有滑轨，所述脚架滑动设置在滑轨上，脚架在驱动装置的作用下在滑轨上升降动作。

作为优选地，电解炉旁设有轨道，轨道上滑动设置有轨道车，所述主架固定在轨道车上。

作为优选地，脚架上固定有一驱动电机，伸缩平台一侧固定连接有齿条，驱动电机的输出键连接有齿轮，该齿轮与齿条啮合。

作为优选地，隔热杆与支座的枢接轴靠近第二触杆，第二触杆重力与其至枢轴的乘积大于第一触杆重力与其至枢轴的乘积。

作为优选地，隔热杆在第二触杆所在侧的端部通过弹性件连接至支座上，第一触杆在未受坩埚压迫，弹性件的弹力将其翘起至相对于第二触杆更高的位置。

作为优选地，所述弹性件一端连接在支座背向坩埚的一侧。设置于距离坩埚的最远端，热辐射影响最低；且支座横亘在坩埚与弹性件之间起到一定阻断热辐射的作用，降低高温对弹性件的蠕变的作用。

作为优选地，第一触杆顶部枢接一压板，所述压板包括一平面形的平板部，平板部上连接有相对的凸耳部，在两凸耳部之间穿接有枢轴，所述枢轴与第一触杆固定连接；所述凸耳部在贯穿枢轴处设有止位凸，对应的，枢轴端部设有定位凸。

作为优选地，坩埚底部中设有一沉槽，沉槽边缘设有一燕尾；当坩埚落在支架上时，平板部边缘滑动位于燕尾内，并且此时止位凸与定位凸接触，消除压板继续转动的自由度。通过燕尾与无法转动的压板之间的作用拉住坩埚，防止从支架上脱落。(坩埚底部为平面，建议修改为气缸夹紧防止脱落)

有益效果：与现有技术相比，本发明采用自动化的翻转装置对坩埚进行夹持并翻转，将坩埚内的稀土金属液倾倒至铸箱内。通过在支架上设置隔热杆以将电控部件原理坩埚热源，通过机械结构触发气缸等电控部件动作，保障到位控制精准控制；在稀土液转移过程中，坩埚被升降控制维持浇筑点在坩埚底部中心位置小范围波动，以避免稀土落在坩埚外；在坩埚到位的同时，通过压板与坩埚的卡合起到防止坩埚倾覆的作用；通过弹性件的设置，既保证压板端在接触坩埚前翘起，与坩埚顺利贴合，通过弹力避免气缸的误触发，又通过将其设置在支架后，背对坩埚热源达到减缓弹性件的蠕变效应。

附图说明

图1：本发明翻转装置的结构示意图；

图2：图1中对支座所在位置的局部放大示意图；

图3：隔热杆与坩埚作用的效果图；

图4：图3中A处结构的局部放大示意图；

图中：坩埚1、铸箱2、电解炉3、轨道车4、主架5、脚架6、伸缩平台7、旋转电机8、支座9、气缸10、卡爪11、隔热杆12、第一触杆13、第二触杆14、滑轨15、轨道16、驱动电机17、齿条18、齿轮19、弹性件20、压板21、平板部211、凸耳部212、枢轴22、止位凸23、定位凸24、通孔901、沉槽101、燕尾102。

具体实施方式

接下来结合附图1-4对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

参考附图1，一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，用于转动坩埚1以将坩埚内的稀土金属液倾倒至下方的铸箱2内，需要说明的是，本发明的翻转装置不再从电解炉3中将坩埚取出，实际上，将坩埚从电解炉中取出的机械手是另一独立的机械手，该机械手将夹取的坩埚放置在本发明的翻转装置上，即，本发明的翻转装置相对于传统机械手的部分。

一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，包括在电解炉旁设有的轨道车4，轨道车4上固定设置有主架5，该主架5上设有一脚架6，所述脚架上设有伸缩平台7，该伸缩平台作为安装座使用，其上固定有一旋转电机8，该旋转电机的输出连接有支座9，所述支座上安装有一双输出的气缸10，气缸的双输出连接有卡爪11，通过气缸两卡爪的开合夹持坩埚1，并通过旋转电机翻转坩埚，将其内金属液倾倒至下方的铸箱内。

所述支座9还用于承载坩埚，配套的将坩埚从电解炉中夹取出的机械手将坩埚移放在此支座上，本发明中在支座9上还设置有用于感知坩埚在支座上的到位情况的感应机构。如背景技术所阐述的，电解炉的温度高达上千摄氏度，坩埚在电解炉内取出时炉体通红，在机械手夹取并移放至支座的过程中，冷却时长足够使坩埚冷却。但传统传感器依旧无法适用于当前工况，其原因在于：一方面坩埚虽由通体光亮冷却至暗沉，但温度依旧高于传感器正常工作温度，坩埚通过与支座的接触在热传导的作用影响传感器；另一方面，为缩短坩埚的出炉距离以提高效率，会优先选择将铸箱放置在靠近电解炉炉腔的位置，此时电解炉的高温通过热辐射也将影响传感器。

参考附图3，本实施例中，采用机械结构替代传感器的方式进行规避，具体方案如下：支座9底部枢接有一根隔热杆12，该隔热杆12两端分别连接有第一触杆13和第二触杆14；支座9上开设有至少两处通孔901，作为第一触杆和第二触杆转动动作所需的空间，所述第一触杆13用作与坩埚接触，而第二触杆14作为气缸10的触发件。

当坩埚逐渐放置在支座上时，坩埚预先接触第一触杆，并逐渐下压第一触杆，此时隔热杆绕着枢接点转动，异侧的第二触杆向上顶直至到触发点。触发点处时，坩埚恰好放置在支座上，而此时触发点触发气缸动作以夹紧气缸，同时触发机械手释放坩埚并退位。所述隔热杆12通过其细长结构特性延长了触发点与电解炉和坩埚的距离，避免了高温对传感器精准度的不利影响。

本实施例中，在将坩埚内的稀土金属液倾倒至铸箱内时，金属液脱离坩埚时具有一定初速度以避免其沿坩埚外壁流动，而随坩埚倾斜角的变化，金属液脱离坩埚沿口的初速度和高度存在变化，将导致在铸箱内的浇注点发生位移。而本实施例下，坩埚一般选取小口径锅，旨在降低装置的负载，避免装置倾覆，此时所匹配的铸箱口径小，虽然整体适合自动化生产，但则此时可能出现浇注点位于铸箱外的情况。

为消除上述情况，本实施例中，将坩埚2的沿口设置于旋转电机8输出端的轴线上，当旋转电机8驱动支座9转动时，金属液脱离坩埚的流出点处于旋转中心上，即流出点基本恒定，可使落在铸箱内的浇注点在小范围内移动。

参考附图2，进一步地，上述脚架6也可受动在主架5上第二轨道上升降动作，旨在消除金属液脱离坩埚时初速度的影响，例如随着坩埚逐渐转动，脚架6逐渐降低，维持浇注点在铸箱中心点附近波动。具体地，主架5上设置有滑轨15，所述脚架6滑动设置在滑轨15上，脚架在驱动装置的作用下在滑轨上进行升降动作。

所述电解炉3一般处于封闭的炉箱中，故在稀土坩埚出炉的过程中需要将炉门开启，再将翻转装置移动至炉箱内完成倾倒稀土操作。故本实施例中，在电解炉旁设有轨道16，所述轨道车4设置在轨道16上，当轨道车靠近炉箱时，炉箱自动开始。

脚架6上固定有一驱动电机17，同时，伸缩平台7一侧固定连接有齿条18，驱动电机17的输出键连接有齿轮19，该齿轮与齿条啮合。当驱动电机17转动后，通过齿轮与齿条的啮合传动控制伸缩平台移动。本实施例赋予伸缩平台水平位移自由度，使其可由电解炉外部延伸至电解炉内，可在机械手将坩埚夹取出电解炉炉腔后，先延伸至电解炉炉腔上方及坩埚下方，而后机械手下方坩埚以将坩埚放置在支座9上，触发气缸动作夹紧坩埚后，再回缩至铸箱上方完成倾倒稀土液的操作。

在坩埚下移与第一触杆13的接触过程中，是在其到位支座9之前就存在相互作用，故第一触杆13在未受坩埚压迫作用时必然相对于第二触杆14处于更高的位置，而受结构紧凑的常规理念要求，隔热杆12与支座9的枢接轴靠近第二触杆，即第一触杆的力臂大于第二触杆。此时为实现第一触杆在未受坩埚压迫作用时翘起，在一个实施例中，第二触杆14的重量大于第一触杆13，满足第二触杆重力与其至枢轴的乘积(即力矩)大于第一触杆重力与其至枢轴的乘积。

参考附图3，本实施例作为优选的实施例，对第一触杆、第二触杆的重量关系不作限定，具体地：隔热杆12在第二触杆14所在侧的端部通过弹性件20连接至支座9上，第一触杆13在未受坩埚压迫，弹性件20的弹力将其翘起至相对于第二触杆14更高的位置。

所述弹性件20的设置，对隔热杆12施加了一个稳定持续的作用力，使隔热杆处于一个确定的状态。所述弹性件20优选常规的弹簧即可。但需要说明的是，所述弹性件20一端连接在支座背向坩埚1的一侧：一方面，弹性件设置于距离坩埚的最远端，热辐射影响最低；另一方面，支座横亘在坩埚与弹性件之间，起到一定阻断热辐射的作用，旨在降低高温对弹性件的蠕变的作用。

基于隔热杆12枢接在支座9底部的特征，隔热杆受迫绕枢轴转动，故而第一触杆也绕枢轴在转动。此时，坩埚1与第一触杆13的接触点的位移表现为远离枢接点的水平方向和向下的方向的复合轨迹，第一触杆与坩埚在之间存在点接触的滑动摩擦。坩埚通常采用钼材质，在出炉通体光亮，在防止在支座9上后其硬度也呈现一定程度的降低，在弹性件的弹力作用下，点接触的滑动摩擦将导致坩埚底部出现划痕，甚至累积成沟道，对坩埚的寿命和安全造成不可逆的损伤。

参考附图3-4，本实施例中，于第一触杆13顶部枢接一压板21。该压板21旨在将第一触杆13与坩埚1的点接触转变为面接触，且在第一触杆的转动过程中，枢接的压板所保留的转动自由度始终维持压板与坩埚的紧密贴合面接触，如此，对坩埚底面进行保护。

所述压板21包括一平面形的平板部211，平板部上连接有相对的凸耳部212，在两凸耳部之间穿接有枢轴22，所述枢轴与第一触杆13固定连接。所述凸耳部在贯穿枢轴22处设有止位凸23，对应的，枢轴22端部设有定位凸24，所述定位凸24对枢轴22的转动起到限制作用，使枢轴22在小范围角度内转动，旨在维持压板21的平板部211存在转动自由度，匹配长杆件隔热杆12小角度转动的特点，同时维持平板部211在接触坩埚底面前，处于小角度倾斜状态，可准确面贴合在坩埚底面。

当旋转电机8驱动支座9转动时，坩埚随之倾斜，金属液脱离坩埚倾倒至铸箱内，卡爪11夹持坩埚1以防止其脱落，但在坩埚转动后，支座9对坩埚的支持力不足以平衡坩埚及其所载稀土液重力，而坩埚的结构特征一般为梯形结构，且越靠近底部的截面越小，此结构下转动坩埚，卡爪11对坩埚的夹持力难以完全确保坩埚被定位稳定。

基于坩埚一般采用硬而坚韧的钼材质，本发明对坩埚的结构进行设计，在其底部进行增厚处理，并于底部中设有一沉槽101，沉槽边缘设有一燕尾102。在坩埚靠近支架9时，预先与平板部211接触，迫使平板部转动至水平并与坩埚底面的沉槽101贴合，而后随着坩埚的继续下放至支架的过程中，平板部211朝向燕尾102滑动，当坩埚落在支架9上时，平板部211边缘位于燕尾102内，并且此时止位凸23与定位凸24接触，通过定位凸对止位凸的限制作用，消除压板21继续转动的自由度，当坩埚出现从卡爪之间脱离的情况时，倾斜的坩埚会突然以卡爪为轴转动，燕尾102卡在无法转动的压板21上以拉住坩埚，防止从支架上脱落。

可以看出，本实施例的压板除了具有通过与坩埚的面接触减轻对坩埚的消耗，同时还通过与坩埚燕尾设计防止坩埚在倾倒稀土液时倾覆的情况发生。

本发明采用自动化的翻转装置对坩埚进行夹持并翻转，将坩埚内的稀土金属液倾倒至铸箱内。通过在支架上设置隔热杆以将电控部件原理坩埚热源，通过机械结构触发气缸等电控部件动作，保障到位控制精准控制；在稀土液转移过程中，坩埚被升降控制维持浇筑点在坩埚底部中心位置小范围波动，以避免稀土落在坩埚外；在坩埚到位的同时，通过压板与坩埚的卡合起到防止坩埚倾覆的作用；通过弹性件的设置，既保证压板端在接触坩埚前翘起，与坩埚顺利贴合，通过弹力避免气缸的误触发，又通过将其设置在支架后，背对坩埚热源达到减缓弹性件的蠕变效应。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，包括主架(5)，主架(5)上设有一脚架(6)，脚架上设有伸缩平台(7)，该伸缩平台上固定有一旋转电机(8)，旋转电机的输出连接有支座(9)，所述支座上安装有一双输出的气缸(10)，气缸的双输出连接有卡爪(11)；支座(9)底部枢接有一根隔热杆(12)，该隔热杆(12)两端分别连接有第一触杆(13)和第二触杆(14)，支座(9)上开设有至少两处通孔(901)，第一触杆(13)与坩埚接触，第二触杆(14)作为气缸(10)的触发件。

2.根据权利要求1所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：坩埚(1)的沿口设置于旋转电机(8)输出端的轴线上，当旋转电机(8)驱动支座(9)转动时，金属液脱离坩埚的流出点处于旋转中心上。

3.根据权利要求2所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述脚架(6)受动在主架(5)上第二轨道上升降动作，维持浇注点在铸箱中心点附近波动。

4.根据权利要求3所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述主架(5)上设置有滑轨(15)，所述脚架(6)滑动设置在滑轨(15)上，脚架在驱动装置的作用下在滑轨上升降动作。

5.根据权利要求4所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述电解炉旁设有轨道(16)，轨道(16)上滑动设置有轨道车(4)，所述主架(5)固定在轨道车(4)上。

6.根据权利要求1所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述脚架(6)上固定有一驱动电机(17)，伸缩平台(7)一侧固定连接有齿条(18)，驱动电机(17)的输出键连接有齿轮(19)，齿轮与齿条啮合。

7.根据权利要求6所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述隔热杆(12)与支座(9)的枢接轴靠近第二触杆，第二触杆重力与其至枢轴的乘积大于第一触杆重力与其至枢轴的乘积。

8.根据权利要求6所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述隔热杆(12)在第二触杆(14)所在侧的端部通过弹性件(20)连接至支座(9)上，第一触杆(13)在未受坩埚压迫，弹性件(20)的弹力将其翘起至相对于第二触杆(14)更高的位置。

9.根据权利要求8所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述弹性件(20)设置在支座背向坩埚(1)的一侧。

10.根据权利要求9所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述第一触杆(13)顶部枢接一压板(21)，所述压板(21)包括一平面形的平板部(211)，平板部上连接有相对的凸耳部(212)，在两凸耳部之间穿接有枢轴(22)，所述枢轴与第一触杆(13)固定连接；所述凸耳部在贯穿枢轴(22)处设有止位凸(23)，对应的，枢轴(22)端部设有定位凸(24)。

11.根据权利要求10所述的稀土夹锅出炉用的翻转浇铸装置，其特征在于：所述坩埚底部中设有一沉槽(101)，沉槽边缘设有一燕尾(102)；当坩埚落在支架(9)上时，平板部(211)边缘滑动位于燕尾(102)内，并且此时止位凸(23)与定位凸(24)接触，消除压板(21)继续转动的自由度。