CN219674800U - 一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统包括操作平台，设置于所述操作平台上的坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置，以及可置于所述坩埚电阻炉或所述冷却炉内的坩埚；工作状态时，所述搅拌装置置于所述坩埚内；当需要升温时，所述坩埚置于所述坩埚电阻炉内；当需要降温时，所述坩埚置于所述冷却炉内。本实用新型结合搅拌制备颗粒增强金属基复合材料的工序步骤和工艺特点，优化配置坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置等主要生产设备和工装，并将其集成为一套生产系统。本实用新型能够实现节能、高效、稳定地批量制备颗粒增强金属基复合材料的目的。

Description

一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统

技术领域

本实用新型涉及颗粒增强金属基复合材料制备技术领域，特别涉及一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统。

背景技术

金属基复合材料(Metal Matrix Composites，简称MMC),因其具有良好的比强度、比刚度、耐磨性等综合力学性能和灵活的可设计性，而迅速得到了发展和应用。颗粒增强金属基复合材料，尤其是碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料具有良好的技术经济性，成为研究最多、最具有规模化应用前途的金属基复合材料。比较成熟的颗粒增强金属基复合材料的制备方法有：搅拌铸造法、粉末冶金法、喷射沉积法等。搅拌法制备颗粒增强金属基复合材料具有工艺简单、设备投入少、易于实现产业化等优点，较其它方法更具有竞争优势。目前，国内已有的搅拌法制备技术大都是针对实验室原理性或小规模制备颗粒增强金属基复合材料的工艺和系统，其制备效率低，采用设备能耗大，成本偏高，制备质量稳定性欠佳。

目前，现有技术多采用单台熔化炉实施机械搅拌制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)，即熔化、升温、降温、卷入和分散碳化硅、机械搅拌、再升温、浇注等工艺过程全部在同一台熔化设备中完成。其将铝合金熔体在同一熔化炉中加热至较高的温度后再降温，以便于低速搅拌卷入和高速搅拌分散碳化硅，随后又再次升温。升温和降温时间长，操作人员花费大量时间等待升温和降温，制备铝基复合材料的工作效率低；升温过程炉膛耐火材料也同时被加热至高的温度，在随炉或吹风的降温冷却过程中高温炉膛耐火材料也随之散热降温，导致电能损耗大，成本高；复合材料制备过程的温度调控不易实施，需结合熔化炉的加热和冷却热惯性等特点，依据经验调控加热炉的温度，由此导致熔体温度波动大，复合材料的制备质量也随之波动。受坩埚容量大小限制，每炉次只能制备50公斤左右复合材料，如果采用容量较大的坩埚，升温和降温过程更长、效率更低、能耗更大、制备成本更高。

随着市场对复合材料的需求增加，高效、低能耗、批量化制备颗粒增强铝基复合材料的技术和系统已成为急需解决的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统包括操作平台，设置于所述操作平台上的坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置，和可置于所述坩埚电阻炉或所述冷却炉内的坩埚；工作状态时，所述搅拌装置置于所述坩埚内；当需要升温时，所述坩埚置于所述坩埚电阻炉内；当需要降温时，所述坩埚置于所述冷却炉内。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统包括多个所述坩埚电阻炉、所述搅拌装置和所述冷却炉，用于供多个所述坩埚交错循环工作使用。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统还包括搅拌装置支架；非工作状态时，所述搅拌装置置于所述冷却炉或所述搅拌装置支架上。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统还包括炉盖，所述炉盖具有冷却水道和抽真空接口，用于覆盖在所述坩埚上，实现密封和真空下熔化炉料功能。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，所述坩埚为具有密封胶圈槽和冷却水道的法兰结构金属坩埚。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，所述搅拌装置为带有冷却水道和抽真空接口的机械搅拌装置；其上设置摄像头、热电偶、观察口和加料口。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统还包括：

电控柜，用于控制所述坩埚电阻炉的通电、断电、温度和功率；和

系统控制台，用于与该系统的检测元器件和执行机构连接，通过控制器和计算机实现自动化生产控制。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统还包括：真空管道、真空罐、真空泵机组、冷却水管道和冷却塔；所述真空泵机组连接所述真空罐，所述真空罐连接所述真空管道；工作状态时，所述真空管道连通至所述坩埚内；所述冷却塔连接所述冷却水管道，所述冷却水管道连接所述搅拌装置和所述坩埚的冷却水道。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，该系统还包括设置于所述操作平台外的浇注炉、浇注平台和锭模；所述浇注平台位于所述浇注炉前方，用于放置所述锭模，并调整所述锭模的高度和方位。

进一步的，所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，所述操作平台上还设置有加料装置，所述加料装置为漏斗状，用于盛放和加入所需的颗粒增强体。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型提供一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其结合搅拌制备颗粒增强金属基复合材料的工序步骤和工艺特点，优化配置坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置、炉盖、浇注炉等主要生产设备和工装，并将其集成为一套制备系统。其能够实现节能、高效、稳定地批量制备颗粒增强金属基复合材料的目的。

2.采用本实用新型提供的搅拌制备系统，把升温和降温工序在不同设备和工装中分工完成，降低了能量消耗，同时缩短了生产周期，提高了生产效率。

3.采用本实用新型提供的搅拌制备系统，除了初次升温过程外，不需要对炉体耐火材料再次升温和降温，由此节约了30％以上的电能，降低了能源消耗和浪费。

4.本实用新型提供的搅拌制备系统通过坩埚电阻炉、冷却炉和浇注炉的功能分工以及预设工作温度，规避了加热炉的热惯性问题，提高了温度控制的准确性，避免了等待时间以及温度过热等问题，进而提高了复合材料制备质量的稳定性。

5.本实用新型提供的搅拌制备系统针对不同工序耗时不同的特点，合理配置不同工序所需的设备和工装数量，通过设备工装的共享使用，实现设备利用最大化，显著降低了生产设备和工装的投资，同时也减少了操作人员的配置需求，节约了人力资源。

6.本实用新型提供的搅拌制备系统巧妙合理地利用搅拌制备颗粒增强金属基复合材料制备工艺各阶段的特点，设置了不同的生产工步和工艺流转路径，实现了多工步、短流程的颗粒增强金属基复合材料制备方法，提高了生产效率、减少了电能损耗、降低了生产成本、稳定了产品质量。

7.采用该搅拌制备系统制备的颗粒增强金属基复合材料的范围广泛，其包括但不限于碳化硅颗粒增强铝基复合材料、氧化铝增强铝基复合材料、碳化硅增强镁基复合材料等其它颗粒增强金属基复合材料。

附图说明

图1示出本实用新型提供的搅拌制备系统的示意图。

附图标记说明：1-操作平台、2-左侧坩埚电阻炉、3-中间坩埚电阻炉、4-右侧坩埚电阻炉、5-左侧电控柜、6-中间电控柜、7-右侧电控柜、8-左侧冷却炉、9-右侧冷却炉、10-搅拌装置支架、11-一号坩埚、12-三号坩埚、13-二号坩埚、14-左侧炉盖、15-右侧炉盖、16-左侧搅拌装置、17-中间搅拌装置、18-右侧搅拌装置、19-系统控制台、20-加料装置、21-浇注炉、22-浇注平台、23-锭模、24-真空管道、25-真空罐、26-真空泵机组、27-冷却水管道、28-冷却塔。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出本实用新型提供的多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统的示意图。该搅拌制备系统包括操作平台1、坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置和坩埚。坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置设置于操作平台1上，工作状态时，搅拌装置置于坩埚内，坩埚可置于坩埚电阻炉或冷却炉内。工作状态时，当需要升温，坩埚置于坩埚电阻炉内；当需要降温，坩埚置于冷却炉内。

该系统包括多个坩埚电阻炉、搅拌装置和冷却炉，用于供多个坩埚交错循环工作使用。结合复合材料制备工艺特点，根据需求按比例或不按比例进行配置，实现颗粒增强金属基复合材料的多工步短流程搅拌制备。具体的是，如图1所示，坩埚电阻炉的数量为3，其包括左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3和右侧坩埚电阻炉4。左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3和右侧坩埚电阻炉4位于操作平台1的前排位置，中间坩埚电阻炉3居中，左侧坩埚电阻炉2和右侧坩埚电阻炉4分别位于中间坩埚电阻炉3的两侧。左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3和右侧坩埚电阻炉4具备加热和保温功能，可实现对炉料的熔化、升温和保温控制。

进一步的，该搅拌制备系统还包括电控柜和系统控制台19。系统控制台19为操作控制中心，与该搅拌制备系统的检测元器件和执行机构相连接，通过控制器和计算机实现对该搅拌制备系统的自动化生产控制。具体的是，如图1所示，电控柜包括左侧电控柜5、中间电控柜6和右侧电控柜7。左侧电控柜5、中间电控柜6和右侧电控柜7分别用于控制左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3和右侧坩埚电阻炉4，实现对对应坩埚电阻炉的通电、断电、升温、控温、功率等控制。

具体的是，如图1所示，冷却炉的数量为2，其包括左侧冷却炉8和右侧冷却炉9。左侧冷却炉8和右侧冷却炉9位于操作平台1的中间排。左侧冷却炉8和右侧冷却炉9为无加热元件的炉体，不具有加热功能，可容纳坩埚并为其冷却降温，为自然冷却或强制通风冷却。左侧冷却炉8和右侧冷却炉9还可作为搅拌装置的支架使用。

具体的是，如图1所示，搅拌装置的数量为3，其包括左侧搅拌装置16、中间搅拌装置17和右侧搅拌装置18。左侧搅拌装置16、中间搅拌装置17和右侧搅拌装置18为带有冷却水道和抽真空接口的机械搅拌装置。搅拌装置上有搅拌杆，通过变频电机调整转速，实现不同的搅拌速度。搅拌装置上安装摄像头，用于实时观测坩埚内状况。搅拌装置上配备可真空密封的热电偶，用于监测坩埚内部温度。搅拌装置上同时配备可真空密封的观察口和加料口。

进一步的，该系统还包括搅拌装置支架10。非工作状态时，所述搅拌装置置于所述冷却炉或所述搅拌装置支架10上。具体的是，如图1所示，该搅拌制备系统设置1个搅拌装置支架。非工作状态时，3个搅拌装置分别置于2个冷却炉和1个搅拌装置支架上。左侧冷却炉8、右侧冷却炉9和搅拌装置支架10位于操作平台1的中间排，搅拌装置支架10位于左侧冷却炉8和右侧冷却炉9之间。搅拌装置支架10为金属焊接结构，用于放置中间搅拌装置17或左侧搅拌装置16或右侧搅拌装置18，同一时段只能放置其中一个搅拌装置。初始状态时，中间搅拌装置17放置于搅拌装置支架10上，左侧搅拌装置16放置于左侧冷却炉8上，右侧搅拌装置18放置于右侧冷却炉9上。

具体的是，如图1所示，坩埚电阻炉和搅拌装置的数量均为3，冷却炉的数量为2，用于供若干坩埚交错循环工作使用。坩埚的数量优选但不限于为2个或3个。一实施例中，坩埚的数量为3个，其包括一号坩埚11、三号坩埚12和二号坩埚13。一号坩埚11、三号坩埚12和二号坩埚13为带有密封胶圈槽、冷却水道的法兰结构金属坩埚，用于容纳炉料以及熔体。

进一步的，该搅拌制备系统还包括炉盖，炉盖为具有冷却水道和抽真空接口的含有保温材料的金属炉盖，用于覆盖在坩埚上，实现密封和真空下熔化固体炉料功能，并起到真空脱气和净化效果。具体的是，如图1所示，炉盖的数量为2个，其包括左侧炉盖14和右侧炉盖15。左侧炉盖14设置于左侧坩埚电阻炉2处，用于覆盖放置于左侧坩埚电阻炉2内的坩埚上。右侧炉盖15设置于右侧坩埚电阻炉4处，用于覆盖放置于右侧坩埚电阻炉4内的坩埚上。中间坩埚电阻炉3处不设置炉盖。

进一步的，该搅拌制备系统还包括真空管道、真空罐、真空泵机组、冷却水管道和冷却塔。真空泵机组连接真空罐，真空罐连接真空管道，工作状态时，真空管道连通至坩埚内，用于为该系统提供所需的真空环境。真空管道24设有电磁阀和传感器，实现对真空的控制。冷却塔连接冷却水管道，冷却水管道连接搅拌装置、坩埚和炉盖的冷却水道，用于实现该系统的冷却。冷却水管道27设有电磁阀和传感器，实现对冷却水的开关控制。真空管道24和冷却水管道27布置在操作平台1易于连接使用又不妨碍作业的位置。

进一步的，该搅拌制备系统还包括设置于操作平台1外的浇注炉、浇注平台和锭模。浇注炉21为倾转式电阻炉，可通过倾转使熔体流出，实现浇注。浇注炉21同时具备加热和保温功能，可实现对熔体的升温和保温控制。浇注平台22位于浇注炉21前方，用于放置锭模23，并调整锭模23的高度和方位。锭模23为钢或铁材质，用于浇注所需形状和尺寸的复合材料铸锭。

具体的是，如图1所示，操作平台1为集成式钢构作业平台。左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3、右侧坩埚电阻炉4、左侧电控柜5、中间电控柜6、右侧电控柜7、左侧冷却炉8、右侧冷却炉9、搅拌装置支架10、左侧炉盖14、右侧炉盖15、左侧搅拌装置16、中间搅拌装置17、右侧搅拌装置18、系统控制台19以及加料装置20全部集成在操作平台1上。加料装置20为漏斗状，用于盛放和加入所需的颗粒增强体。

该搅拌制备系统的设计采用了分工和共享的理念。分工是指将升温和降温分别在坩埚电阻炉和冷却炉中实现，避免在同一熔炉实施反复温度升降，从而解决了能源浪费和生产效率的问题。共享是指在不冲突的前提下通过优化配置，实现设备利用率的最大化，最大程度的降低设备空闲时间，避免了单纯通过增加设备数量实现增产的弊端，从而提高了生产效能，降低了设备投资。

生产颗粒增强金属基复合材料时，每一个炉次都要经过熔化、升温扒渣、冷却、卷入颗粒增强体、分散颗粒增强体、再升温、细化变质和浇注的工艺和工序过程。其中，熔化和升温扒渣处于升温工序，冷却和卷入颗粒增强体属于降温工序，分散颗粒增强体、再升温和细化变质属于升温工序。采用本实用新型提出的搅拌制备系统生产颗粒增强金属基复合材料时，左侧坩埚电阻炉2、中间坩埚电阻炉3和右侧坩埚电阻炉4用于升温工序使用，左侧冷却炉8和右侧冷却炉9用于降温工序使用，浇注炉21专门用于浇注工序使用，从而实现了升温工序、降温工序和浇注工序的分离和分工，以及同一设备在不同炉次之间的共享利用。

采用本实用新型的搅拌制备系统，可以实现多炉次、紧节拍的连续生产，除了炉次1、炉次2需对坩埚电阻炉首次加热以外，其余炉次均为热炉加热熔化，无需对坩埚电阻炉的炉衬耐火材料冷却和再加热，节省了熔化、升温过程的能耗和时间。在单独的冷却炉中加入和卷入颗粒增强体，熔体降温速度快，节省了操作等待时间，提高了工作效率。将中间位置的坩埚电阻炉预设高速搅拌工艺需要的温度，在其中实现对颗粒增强体的分散复合，温度控制准确，制备质量稳定。由此实现了节能、高效、稳定地批量制备颗粒增强金属基复合材料的工艺过程。

以下结合具体实施例对该系统具体如何供多个坩埚交错循环工作使用做进一步的阐述。

实施例一：

结合图1，以制备200公斤的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)为例。

将160公斤、按比例称量好的牌号为A356的铝合金铸锭和铝镁中间合金锭装入一号坩埚11，吊放到左侧坩埚电阻炉2中，盖上左侧炉盖14，接通真空管道24和冷却水管道27，将左侧电控柜5的加热温度设定至700℃，对左侧坩埚电阻炉2通电加热，对一号坩埚11中的炉料进行熔化，记为炉次1。

间隔1～1.5小时(该时长针对本实施例)后，将160公斤、按比例称量好的A356铝合金锭和铝镁中间合金锭装入二号坩埚13，吊放到右侧坩埚电阻炉4中，盖上右侧炉盖15，接通真空管道24和冷却水管道27，将右侧电控柜7的加热温度设定至700℃，对右侧坩埚电阻炉4通电加热，对二号坩埚13中的炉料进行熔化，记为炉次2。

当炉次1的一号坩埚11中的炉料熔化且温度达到640～660℃后，释放真空，移走左侧炉盖14，将放置在搅拌装置支架10中的中间搅拌装置17吊起并放入到炉次1的一号坩埚11内，抽真空并实施低速搅拌。同时将左侧冷却炉8中的左侧搅拌装置16吊起并转移到已经腾空的搅拌装置支架10中，腾空左侧冷却炉8。在低速搅拌的过程中，对炉次1的一号坩埚11内的熔体进行扒渣、测温操作，达到工艺要求的除渣效果后，将炉次1的一号坩埚11与中间搅拌装置17从左侧坩埚电阻炉2中一起吊入到临近的左侧冷却炉8中。释放真空，打开中间搅拌装置17上的加料口，采用加料装置20把装有预先按比例称量好的40公斤碳化硅颗粒通过加料口加入到熔体表面，关闭加料口并对炉次1抽真空，对熔体实施低速搅拌。在低速搅拌过程中，炉次1在左侧冷却炉8中冷却，使熔体降温，同时，碳化硅颗粒吸热也会使熔体降温，两种降温作用会使熔体很快降至580～620℃的半固态温度区间，该温度区间为碳化硅颗粒的最佳卷入工艺温度。通过中间搅拌装置17的持续搅拌，完成卷入碳化硅的工艺过程。

在炉次1的一号坩埚11与中间搅拌装置17转移到左侧冷却炉8中后，将装有与炉次1同样炉料的三号坩埚12吊入到此前炉次1占用的左侧坩埚电阻炉2中，记为炉次3，盖上左侧炉盖14，开始实施与炉次1同样的熔化操作。

炉次1的碳化硅卷入操作完成后，将炉次1的一号坩埚11与中间搅拌装置17一起从左侧冷却炉8吊入位于中间位置的中间坩埚电阻炉3中，中间坩埚电阻炉3提前经由中间电控柜6升温到575℃控温。在该温度下通过中间搅拌装置17进行持续高速搅拌，直至碳化硅颗粒均匀分散在熔体中。

待炉次2的二号坩埚13中的炉料熔化并升温到640～660℃时，将右侧冷却炉9中的右侧搅拌装置18吊起并放入到炉次2的二号坩埚13中。按与炉次1相同的操作实施扒渣、测温作业，达到工艺要求的除渣效果后，将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从右侧坩埚电阻炉4中吊入到临近的右侧冷却炉9中，按与炉次1相同的操作加入和卷入碳化硅颗粒。

炉次1中的碳化硅颗粒分散完成后，将炉次1的一号坩埚11与中间搅拌装置17从中间坩埚电阻炉3中吊起并转移至此前由炉次2占用的右侧坩埚电阻炉4中，腾空中间坩埚电阻炉3。在真空环境下对炉次1的熔体进行升温并持续搅拌。熔体温度达到700℃后，释放真空，从中间搅拌装置17的加料口加入细化剂和变质剂，关闭加料口，抽真空，继续低速搅拌5～15分钟，释放真空并扒渣、测温。

待炉次2的碳化硅卷入操作完成后，将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从右侧冷却炉9吊入位于中间位置的中间坩埚电阻炉3中，中间坩埚电阻炉3提前经由中间电控柜6升温到575℃控温。在该温度下通过右侧搅拌装置18进行持续高速搅拌，直至碳化硅颗粒均匀分散在熔体中。

待炉次3的三号坩埚12中的炉料熔化并升温640～660℃时，将搅拌装置支架10中的左侧搅拌装置16吊入到炉次3的三号坩埚12中，同时也腾空了搅拌装置支架10。按与炉次1相同的操作实施扒渣、测温作业。

炉次1熔炼完成后，将中间搅拌装置17吊起并转移到已腾空的搅拌装置支架10中，将炉次1的一号坩埚11从右侧坩埚电阻炉4中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中。将一号坩埚11固定在浇注炉21中，旋转浇注炉21，使浇嘴对准浇注平台22上的锭模23，将炉次1的一号坩埚11中的复合材料熔体浇注至锭模23中，直至炉次1的一号坩埚11中所有熔体浇完为止。旋转浇注炉21使其复位，完成炉次1的生产作业。

待炉次2完成高速搅拌分散碳化硅颗粒作业后，将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从中间坩埚电阻炉3中吊入到此前由炉次1占用的右侧坩埚电阻炉4中，腾空中间坩埚电阻炉3。按与炉次1相同的操作流程完成升温、变质、细化和浇注作业。炉次2转移浇注前，先将右侧搅拌装置18吊起并转移到右侧冷却炉9中，然后再将炉次2的二号坩埚13从右侧坩埚电阻炉4中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中，按与炉次1相同的操作实施浇注。

待炉次3达到工艺要求的除渣效果后，将炉次3的三号坩埚12与左侧搅拌装置16一起从左侧坩埚电阻炉2中吊入到临近的左侧冷却炉8中，实施碳化硅颗粒的添加和卷入，操作工艺与炉次1相同。卷入完成后，将炉次3的三号坩埚12与左侧搅拌装置16一起吊入位于中间位置的中间坩埚电阻炉3中，按与炉次1相同的操作完成碳化硅颗粒的高速搅拌分散。分散完成后，将炉次3的三号坩埚12与左侧搅拌装置16保留在中间坩埚电阻炉3中，按与炉次1相同的操作完成升温、变质、细化和浇注作业。炉次3转移浇注前，先将左侧搅拌装置16吊起并转移到左侧冷却炉8中，然后再将炉次3的三号坩埚12从中间坩埚电阻炉3中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中，按与炉次1相同的操作实施浇注。

在实施例一中，炉次1使用的是中间搅拌装置17，坩埚的工艺流转路径为从左侧坩埚电阻炉2到左侧冷却炉8，再到中间坩埚电阻炉3，再到右侧坩埚电阻炉4，最后到浇注炉21，中间搅拌装置17用毕后返回到初始位置搅拌装置支架10。

在实施例一中，炉次2使用的是右侧搅拌装置18，坩埚的工艺流转路径为从右侧坩埚电阻炉4到右侧冷却炉9，再到中间坩埚电阻炉3，再到右侧坩埚电阻炉4，最后到浇注炉21，右侧搅拌装置18用毕后返回到初始位置右侧冷却炉9。

在实施例一中，炉次3使用的是左侧搅拌装置16，坩埚的工艺流转路径为从左侧坩埚电阻炉2到左侧冷却炉8，再到中间坩埚电阻炉3，最后到浇注炉21，左侧搅拌装置16用毕后返回到初始位置左侧冷却炉8。

炉次1完成浇注后，可简单清理一号坩埚11，并重新装填炉料后吊入腾空后的左侧坩埚电阻炉2中，记为炉次4，按照与炉次1相同的操作实施熔化、扒渣、添加和卷入碳化硅、高速搅拌分散、升温、加细化剂和变质剂、以及浇注，开始新一轮循环作业，完成炉次4的复合材料制备。炉次4使用的搅拌装置与炉次1相同，坩埚的工艺流转路径与炉次1相同。

炉次2完成浇注后，可简单清理二号坩埚13，并重新装填炉料后吊入腾空后的右侧坩埚电阻炉4中，记为炉次5，按照与炉次1相同的操作实施熔化、扒渣、添加和卷入碳化硅、高速搅拌分散、升温、加细化剂和变质剂、以及浇注，开始新一轮循环作业，完成炉次5的复合材料制备。炉次5使用的搅拌装置与炉次2相同，坩埚的工艺流转路径与炉次2相同。

同理，炉次3完成浇注后，可简单清理三号坩埚12并开始新一轮循环作业，记为炉次6。炉次6使用的搅拌装置与炉次3相同，坩埚的工艺流转路径与炉次3相同。

如此往复循环，可实现复合材料的多炉次连续生产。在不间断生产的情况下，每3个炉次完成所有不同坩埚工艺流转路径的循环，即炉次N+3的工艺路径与炉次N相同，N为自然数。

实施例二：

结合图1，以制备200公斤的SiCp/Al复合材料为例。

实施例二采取了与实施例一不同的工艺流转路径。其中，炉次1、炉次2以及炉次3直至碳化硅颗粒分散工序均与实施例一相同，不再赘述。

炉次3在中间坩埚电阻炉3中完成碳化硅颗粒的高速搅拌分散后，将炉次3的三号坩埚12与左侧搅拌装置16一起吊入到左侧坩埚电阻炉2中，腾空中间坩埚电阻炉3。按与炉次1相同的操作完成升温、变质、细化和浇注作业。炉次3转移浇注前，先将左侧搅拌装置16吊起并转移到左侧冷却炉8中，然后再将炉次3的三号坩埚12从左侧坩埚电阻炉2中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中，按与炉次1相同的操作实施浇注。

可见，与实施例一不同的是，炉次3的碳化硅颗粒分散完成后，其升温、变质、细化操作不是在中间坩埚电阻炉3中完成，而是转移到左侧坩埚电阻炉2中完成，从而腾空中间坩埚电阻炉3。

在实施例二中，炉次1使用的是中间搅拌装置17，坩埚的工艺流转路径为从左侧坩埚电阻炉2到左侧冷却炉8，再到中间坩埚电阻炉3，再到右侧坩埚电阻炉4，最后到浇注炉21，中间搅拌装置17用毕后返回到初始位置搅拌装置支架10。以上与实施例一相同。

在实施例二中，炉次2使用的是右侧搅拌装置18，坩埚的工艺流转路径为从右侧坩埚电阻炉4到右侧冷却炉9，再到中间坩埚电阻炉3，再到右侧坩埚电阻炉4，最后到浇注炉21，右侧搅拌装置18用毕后返回到初始位置右侧冷却炉9。以上与实施例一相同。

在实施例二中，炉次3使用的是左侧搅拌装置16，坩埚的工艺流转路径为从左侧坩埚电阻炉2到左侧冷却炉8，再到中间坩埚电阻炉3，再到左侧坩埚电阻炉2，最后到浇注炉21，左侧搅拌装置16用毕后返回到初始位置左侧冷却炉8。以上与实施例一不同。

炉次1完成浇注后，可简单清理一号坩埚11，并重新装填炉料后吊入腾空后的右侧坩埚电阻炉4中，记为炉次4，按照与炉次1相同的操作实施熔化、扒渣、添加和卷入碳化硅、高速搅拌分散、升温、加细化剂和变质剂、以及浇注，开始新一轮循环作业，完成炉次4的复合材料制备。炉次4使用的是中间搅拌装置17，炉次4的坩埚的工艺流转路径为从右侧坩埚电阻炉4到右侧冷却炉9，再到中间坩埚电阻炉3，再到左侧坩埚电阻炉2，最后到浇注炉21，中间搅拌装置17用毕后返回到初始位置搅拌装置支架10。以上与实施例一不同。

炉次2完成浇注后，可简单清理二号坩埚13，并重新装填炉料后吊入腾空后的左侧坩埚电阻炉2中，记为炉次5，按照与炉次1相同的操作实施熔化、扒渣、添加和卷入碳化硅、高速搅拌分散、升温、加细化剂和变质剂、以及浇注，开始新一轮循环作业，完成炉次5的复合材料制备。炉次5使用的搅拌装置与炉次3相同，坩埚的工艺流转路径与炉次3相同。以上与实施例一不同。

同理，炉次3完成浇注后，可简单清理三号坩埚12并开始新一轮循环作业，记为炉次6。炉次6使用的搅拌装置与炉次2相同，坩埚的工艺流转路径与炉次2相同。以上与实施例一不同。

如此往复循环，可实现复合材料的多炉次连续生产。在不间断生产的情况下，每6个炉次完成所有不同坩埚工艺流转路径的循环，即炉次N+6的工艺路径与炉次N相同，N为自然数。

实施例三：

结合图1，以制备200公斤的SiCp/Al复合材料为例。

实施例三炉次1和炉次2的熔化工序均与实施例一相同，不再赘述。

当炉次1的一号坩埚11中的炉料熔化且温度达到640～660℃后，将放置在左侧冷却炉8中的左侧搅拌装置16吊起并放入到炉次1的一号坩埚11内，抽真空并实施低速搅拌和扒渣、测温操作，具体操作与实施例一相同。然后将炉次1的一号坩埚11与左侧搅拌装置16从左侧坩埚电阻炉2中一起吊入到临近的左侧冷却炉8中。释放真空，打开左侧搅拌装置16上的加料口，采用加料装置20把装有预先按比例称量好的40公斤碳化硅颗粒通过加料口加入到熔体表面，关闭加料口并对炉次1抽真空，在左侧冷却炉8中通过左侧搅拌装置16的持续搅拌完成卷入碳化硅的工艺过程。

炉次1的碳化硅卷入操作完成后，将炉次1的一号坩埚11与左侧搅拌装置16一起从左侧冷却炉8吊入位于中间位置的中间坩埚电阻炉3中，通过左侧搅拌装置16完成分散碳化硅颗粒的工艺过程。

待炉次2的二号坩埚13中的炉料熔化并升温到640～660℃时，将右侧冷却炉9中的右侧搅拌装置18吊起并放入到炉次2的二号坩埚13中，实施扒渣、测温作业，然后将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从右侧坩埚电阻炉4中吊入到临近的右侧冷却炉9中，实施加入和卷入碳化硅颗粒作业。

炉次1中的碳化硅颗粒分散完成后，将炉次1的一号坩埚11与左侧搅拌装置16从中间坩埚电阻炉3中吊起并转移回到左侧坩埚电阻炉2中，腾空中间坩埚电阻炉3。在左侧坩埚电阻炉2中进行升温和细化变质作业，完成复合材料的熔炼。

待炉次2的碳化硅卷入操作完成后，将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从右侧冷却炉9吊入位于中间位置的中间坩埚电阻炉3中，通过右侧搅拌装置18完成分散碳化硅颗粒的工艺过程。

炉次1熔炼完成后，将左侧搅拌装置16吊起并转移到左侧冷却炉8中，将炉次1的一号坩埚11从左侧坩埚电阻炉2中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中，实施浇注，完成炉次1的生产作业。

待炉次2完成高速搅拌分散碳化硅颗粒作业后，将炉次2的二号坩埚13与右侧搅拌装置18一起从中间坩埚电阻炉3中吊起并返回到右侧坩埚电阻炉4中，腾空中间坩埚电阻炉3。按与炉次1相同的操作流程完成升温、变质、细化和浇注作业。炉次2转移浇注前，先将右侧搅拌装置18吊起并转移到右侧冷却炉9中，然后再将炉次2的二号坩埚13从右侧坩埚电阻炉4中吊起，转移至提前升温至700℃的浇注炉21中，按与炉次1相同的操作实施浇注。

在实施例三中，炉次1使用的是左侧搅拌装置16，坩埚的工艺流转路径为从左侧坩埚电阻炉2到左侧冷却炉8，再到中间坩埚电阻炉3，再回到左侧坩埚电阻炉2，最后到浇注炉21，左侧搅拌装置16用毕后返回到初始位置左侧冷却炉8。

在实施例三中，炉次2使用的是右侧搅拌装置18，坩埚的工艺流转路径为从右侧坩埚电阻炉4到右侧冷却炉9，再到中间坩埚电阻炉3，再回到右侧坩埚电阻炉4，最后到浇注炉21，右侧搅拌装置18用毕后返回到初始位置右侧冷却炉9。

炉次1完成浇注后，可简单清理一号坩埚11，并重新装填炉料后吊入腾空后的左侧坩埚电阻炉2中，记为炉次3，按照与炉次1相同的操作实施熔化、扒渣、添加和卷入碳化硅、高速搅拌分散、升温、加细化剂和变质剂、以及浇注，开始新一轮循环作业，完成炉次3的复合材料制备。炉次3使用的搅拌装置与炉次1相同，坩埚的工艺流转路径与炉次1相同。

炉次2完成浇注后，可简单清理二号坩埚13，并重新装填炉料后吊入腾空后的右侧坩埚电阻炉4中，记为炉次4，按照与炉次1相同的操作开始新一轮循环作业，完成炉次4的复合材料制备。炉次4使用的搅拌装置与炉次2相同，坩埚的工艺流转路径与炉次2相同。

如此往复循环，可实现复合材料的多炉次连续生产。在不间断生产的情况下，每2个炉次完成所有不同坩埚工艺流转路径的循环，即炉次N+2的工艺路径与炉次N相同，N为自然数。

上述三个实施例是对本实用新型在制备每炉次200公斤SiCp/Al复合材料上的具体实施案例。三个实施例的区别在于流转路径的差异，从而在设备利用率和生产效率上有所差异。这也体现了本实用新型在使用上的灵活性，即可以根据任务缓急、人员配置、设备状况等实际情况灵活选择适用的工艺流转路径。

实施例针对搅拌制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的工艺特点、工序步骤和各工序耗时，合理设置生产工步和生产节拍，充分利用设备和工装的功能特点，通过3个金属坩埚和3个搅拌装置在3个坩埚电阻炉和2个冷却炉之间的合理流转，加快了复合材料制备过程的升温和降温速度，省去了对炉衬耐火材料的重复加热和冷却过程，在节省时间、提高效率的同时，降低了能耗、稳定了复合材料的制备质量。

以上实施例对搅拌制备系统所配置的坩埚电阻炉、坩埚、搅拌装置、冷却炉、炉盖、浇注炉等设备工装的数量仅为说明本实用新型的工作原理，并非对本实用新型设备工装配置数量的限定，具体配置数量以满足生产需要、多工步短流程的工艺目标为准。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统包括操作平台(1)，设置于所述操作平台(1)上的坩埚电阻炉、冷却炉、搅拌装置，和可置于所述坩埚电阻炉或所述冷却炉内的坩埚；工作状态时，所述搅拌装置置于所述坩埚内；当需要升温时，所述坩埚置于所述坩埚电阻炉内；当需要降温时，所述坩埚置于所述冷却炉内。

2.根据权利要求1所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统包括多个所述坩埚电阻炉、所述搅拌装置和所述冷却炉，用于供多个所述坩埚交错循环工作使用。

3.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统还包括搅拌装置支架(10)；非工作状态时，所述搅拌装置置于所述冷却炉或所述搅拌装置支架(10)上。

4.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统还包括炉盖，所述炉盖具有冷却水道和抽真空接口，用于覆盖在所述坩埚上，实现密封和真空下熔化炉料功能。

5.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，所述坩埚为具有密封胶圈槽和冷却水道的法兰结构金属坩埚。

6.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，所述搅拌装置为带有冷却水道和抽真空接口的机械搅拌装置；其上设置摄像头、热电偶、观察口和加料口。

7.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统还包括：

电控柜，用于控制所述坩埚电阻炉的通电、断电、温度和功率；和

系统控制台，用于与该系统的检测元器件和执行机构连接，通过控制器和计算机实现自动化生产控制。

8.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统还包括：真空管道(24)、真空罐(25)、真空泵机组(26)、冷却水管道(27)和冷却塔(28)；所述真空泵机组(26)连接所述真空罐(25)，所述真空罐(25)连接所述真空管道(24)；工作状态时，所述真空管道(24)连通至所述坩埚内；所述冷却塔(28)连接所述冷却水管道(27)，所述冷却水管道(27)连接所述搅拌装置和所述坩埚的冷却水道。

9.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，该系统还包括设置于所述操作平台(1)外的浇注炉(21)、浇注平台(22)和锭模(23)；所述浇注平台(22)位于所述浇注炉(21)前方，用于放置所述锭模(23)，并调整所述锭模(23)的高度和方位。

10.根据权利要求1或2所述的一种多工步短流程颗粒增强金属基复合材料搅拌制备系统，其特征在于，所述操作平台(1)上还设置有加料装置(20)，所述加料装置(20)为漏斗状，用于盛放和加入所需的颗粒增强体。