專利名稱：鎂熔體凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬熔體凈化裝置，尤其涉及一種專用于鎂熔體的凈化裝 置，屬于金屬材料及冶金類技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是鎂資源和鎂合金生產(chǎn)大國(guó)，鎂和鎂合金錠產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的一半 以上。當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，鎂及其合金由于具有密度小、比強(qiáng)度和 比剛度高以及原材料價(jià)格較低等顯著優(yōu)點(diǎn)，而受到越來越廣泛的重視。鎂合金 在汽車、航空航天、軍工、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但當(dāng)前鎂合金 大多用作非結(jié)構(gòu)件，其中一個(gè)關(guān)鍵原因是鎂合金內(nèi)的夾雜物含量偏高，嚴(yán)重影 響了其力學(xué)性能的發(fā)揮。
近來，隨著對(duì)鎂合金研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)鎂合金低的純凈度已成為 制約鎂合金應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸之一。鎂合金內(nèi)高的夾雜物含量不僅限制了鎂合金 材料潛力的發(fā)揮，而且大大降低了鎂合金材料的成型性能及耐蝕性。眾所周知， 鎂合金化學(xué)性質(zhì)極其活潑，鎂與氧的親和力大大高于鋁與氧的親和力，在原鎂 生產(chǎn)過程中以及合金熔煉、合金化處理、金屬傳輸及鑄造等過程中極易與氧、 氮、水汽發(fā)生化學(xué)作用，并且熔體在接近80(TC時(shí)極易氧化燃燒，產(chǎn)生大量的非 金屬夾雜物和金屬夾雜物，鎂中氧化物含量甚至高達(dá)鋁合金的約20倍以上。非 金屬夾雜物如MgO、 Mg具等惡化了合金的鑄造性能，嚴(yán)重降低了合金的強(qiáng)度、韌 性、疲勞性能與耐蝕性等。尤其對(duì)于鎂合金電子產(chǎn)品外殼，其壁厚通常在0. 6-2mm 之間，且通常有較大的表面積，在這一類鎂合金產(chǎn)品的壓鑄過程中，非常細(xì)小 的夾雜都可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生缺陷，降低工藝成品率，因此必須采取凈化措施來 提高鎂熔體的純凈度，提升鎂合金的品質(zhì)。
眾所周知，鎂合金密度小，且夾雜物的密度與鎂熔體的密度差小，夾雜物 往往懸浮于鎂熔體中，與鎂熔體的分離性差。因此，鎂熔體的凈化難度比鋼鐵、鋁、銅等其它金屬材料大得多。目前，鎂熔體主要采用熔劑或過濾的方法進(jìn)行 凈化處理，但基本上都是手工或利用簡(jiǎn)單的工具進(jìn)行操作，尚未見到專用于鎂 熔體的凈化的裝置與設(shè)備?；谏鲜鰻顩r，有必要開發(fā)一種專用于鎂熔體凈化 的裝置，通過采用復(fù)合凈化的方法大幅度提高鎂熔體的純凈度，進(jìn)一步推廣鎂 合金的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)由"資源大國(guó)"向"研發(fā)強(qiáng)國(guó)"和"應(yīng)用強(qiáng)國(guó)的" 的跨越。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)提供一種鎂熔體專用凈化裝 置，集熔劑凈化、氣體凈化、氣體保護(hù)、熔體均勻化于一體，大幅度提高鎂熔 體的純凈度。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的鎂熔體凈化裝置，由坩堝、測(cè)溫裝置、保護(hù) 氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置與旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置等幾部分組成。保護(hù)氣 體輸入裝置可以向鎂液表面吹入SFe或S02等保護(hù)性氣體，以防止鎂液凈化過程
中氧化、燃燒；熔劑定量加料裝置可以實(shí)現(xiàn)熔劑均勻定量加料；旋轉(zhuǎn)噴吹氣體 裝置可利用氬氣或氮?dú)獾榷栊詺怏w對(duì)鎂熔體進(jìn)行吹氣凈化，不僅可以有效地去 除鎂熔體內(nèi)的有害氫氣，而且能使熔劑均勻分散，提高熔劑的凈化效率。
本發(fā)明的鎂熔體凈化裝置的具體結(jié)構(gòu)為坩堝上部裝有坩堝蓋，坩堝蓋上 開有合金錠加料口，測(cè)溫?zé)犭娕纪ㄟ^坩堝蓋上的小孔插入坩堝內(nèi)。坩堝蓋內(nèi)部 填充有保溫材料，在坩堝蓋上裝有保護(hù)氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置及旋 轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置。
本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體輸入裝置由節(jié)流閥與保護(hù)氣體輸入管組成，裝有 節(jié)流閥的保護(hù)氣體輸入管從坩堝蓋的上部通過小孔延伸到坩堝蓋的下部，并以 帶有小孔的環(huán)形管道的形式均布于坩堝蓋的下部。
所述熔劑定量加料裝置由熔劑加料管、帶搖動(dòng)手柄的星形給料器、熔劑料 斗及料斗蓋組成。熔劑加料管安裝在星形給料器的下部，并穿過下支承板連通 到坩堝內(nèi)；星形給料器安裝在熔劑料斗的下部，并利用中支承板上的小孔固定 在中支承板上。熔劑料斗上裝有料斗蓋。所述旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置由電機(jī)、中支承板、凈化氣體輸入管、上支承板、 提升機(jī)、支架、下支承板、空心攪拌軸、葉片、噴頭組成。三根支架呈三角形 固定在下支承板上，下支承板放置在坩堝蓋上。上支承板固定在支架的上端， 提升機(jī)安裝在上支承板上。攪拌軸通過軸承固定在中支承板的中央，中支承板 通過軸套與三根支架聯(lián)結(jié)，提升機(jī)通過絲桿機(jī)構(gòu)牽引中支承板沿支架上下移動(dòng)。 電機(jī)固定在中支承板上，由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的空心攪拌軸下部安裝帶有攪拌葉片 的氣體噴頭，凈化氣體輸入管通過空心攪拌軸連通氣體噴頭。
本發(fā)明中，測(cè)溫?zé)犭娕纪ㄟ^坩堝蓋上的小孔插入鎂液中，以測(cè)定熔體的溫 度。輸入保護(hù)氣體的環(huán)形管道均布于坩堝蓋的下部，使保護(hù)氣體均勻分布于鎂 熔體表面，實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。熔劑定量加料裝置主要由星形給料器組成，可實(shí)現(xiàn) 熔劑的均勻定量加料。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置的攪拌軸由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，軸的下部 安裝帶有葉片的氣體噴頭，噴頭在熔池底部吹入氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w， 產(chǎn)生的細(xì)小惰性氣體氣泡在上浮過程中對(duì)鎂熔體進(jìn)行凈化處理。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體 裝置既可以實(shí)現(xiàn)氣體凈化，又可以對(duì)熔體進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁规V熔體成分均勻化， 還可以由噴頭上的葉片攪拌形成的渦流將熔劑巻入鎂熔體中，使熔劑均勻分散， 提高凈化效率。凈化處理完畢后，旋轉(zhuǎn)噴吹裝置可由提升機(jī)升至鎂熔體液面上 部，從而減少噴吹裝置對(duì)鎂烙體的污染。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊合理，思路新穎，將氣體保護(hù)、熔劑凈化與氣體凈化等裝 置結(jié)合成一體，具有復(fù)合凈化功能。整個(gè)系統(tǒng)使用安全，操作方便。處理后的 鎂熔體純潔度高，而且成本低，生產(chǎn)效率高。本發(fā)明的鎂熔體凈化裝置具有復(fù) 合凈化功能，可以有效地去除鎂熔體中的夾雜物與有害氫氣，大幅度提高了鎂 合金的品質(zhì)，是鎂合金凈化處理的理想裝置，適合我國(guó)鎂加工企業(yè)的需要，有 較大推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖l鎂熔體凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1-坩堝，2-坩堝蓋，3-保溫材料，4-熱電偶，5-電機(jī)，6-中支承 板，7-凈化氣體輸入管，8-上支承板，9-提升機(jī)，10-支架，11-下支承板，12-節(jié)流閥，13-保護(hù)氣體輸入管，14-空心攪拌軸，15-葉片，16-噴頭。 圖2為圖1所示凈化裝置的K向視圖。
圖2中2-坩堝蓋，4-熱電偶，8-上支承板，9-提升機(jī)，17-合金錠加料 口， 18-熔劑料斗，19-搖動(dòng)手柄。
圖3為圖2所示K向視圖的B-B向視圖。
圖3中6-中支承板，10-支架，11-下支承板，14-空心攪拌軸，18-熔劑 料斗，19-搖動(dòng)手柄，20-熔劑加料管，21-星形給料器，22-熔劑料斗蓋。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1所示凈化裝置的K向視 圖，圖3為圖2所示K向視圖的B-B向視圖。
如圖1所示，本發(fā)明的凈化裝置由坩堝1、坩堝蓋2、保溫材料3、測(cè)溫?zé)?電偶4、保護(hù)氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置、旋轉(zhuǎn)噴吹氣體凈化裝置等組成。
本發(fā)明的坩堝1呈圓形結(jié)構(gòu)，由復(fù)合耐熱鋼板焊接而成，其法蘭上部開有 二個(gè)環(huán)形槽，便于熔體凈化過程中與坩堝蓋2實(shí)現(xiàn)密封，以保證鎂熔體在完全 密封和氣體保護(hù)條件下進(jìn)行凈化處理，防止鎂合金在凈化過程中氧化和燃燒。 坩堝蓋2內(nèi)部填充有保溫材料3，以減少凈化過程中鎂熔體的熱量損失。坩堝蓋 2上開有合金錠加料口 17(見圖2)，以便凈化過程中加入合金元素以調(diào)整鎂合 金成分，此外，該加料口 17還可用作窺視孔，以觀察凈化過程中坩堝內(nèi)部鎂熔 體的情況。測(cè)溫?zé)犭娕?通過坩堝蓋2上的小孔插入坩堝內(nèi)的鎂液中，以測(cè)定 熔體的溫度。在坩堝蓋2上裝有保護(hù)氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置及旋轉(zhuǎn) 噴吹氣體裝置。
所述保護(hù)氣體輸入裝置由節(jié)流閥12與保護(hù)氣體輸入管13組成，保護(hù)氣體 輸入管13上裝有節(jié)流閥12，保護(hù)氣體輸入管13從坩堝蓋2的上部通過小孔延 伸到坩堝蓋2的下部，并以帶有小孔的環(huán)形管道的形式均布于坩堝蓋2的下部， 有利于保護(hù)氣體均勻分散在鎂熔體的表面，實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。
所述熔劑定量加料裝置(見圖3)由熔劑加料管20、帶搖動(dòng)手柄19的星形給料器21、熔劑料斗18及料斗蓋22等組成；熔劑加料管20安裝在星形給料器 21的下部，并穿過下支承板11連通到坩堝1內(nèi)，將熔劑加入到鎂熔體表面。星 形給料器21安裝在熔劑料斗18的下部，并利用中支承板6上的小孔固定在中 支承板6上，距離攪拌軸14的軸心線約150mm;搖動(dòng)手柄19使星形給料器21 旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)熔劑均勻定量加料。熔劑料斗18上裝有料斗蓋22，防止熔劑吸潮。
所述旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置安裝在下支承板11上，下支承板11放置在坩堝蓋2 上。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置由電機(jī)5、中支承板6、凈化氣體輸入管7、上支承板8、 提升機(jī)9、支架IO、下支承板ll、空心攪拌軸14、葉片15、噴頭16等組成。 三根支架10呈三角形固定在下支承板11上。上支承板8固定在支架10的上端， 提升機(jī)9安裝在上支承板8上。攪拌軸14通過軸承固定在中支承板6的中央， 中支承板6通過軸套與三根支架10聯(lián)結(jié)，提升機(jī)9通過絲桿機(jī)構(gòu)牽引中支承板 6沿支架10上下移動(dòng)。電機(jī)5固定在中支承板6上，由電機(jī)5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的空心 攪拌軸14下部安裝帶有攪拌葉片15的氣體噴頭16，凈化氣體輸入管7通過空 心攪拌軸14連通氣體噴頭16。氬氣或其它惰性氣體經(jīng)由凈化氣體輸入管7，通 過空心攪拌軸14、從空心攪拌軸下端的帶有小孔的氣體噴頭16中噴出，實(shí)現(xiàn)在 熔池底部吹入氬氣或其它惰性氣體，產(chǎn)生的細(xì)小惰性氣體氣泡在上浮過程中對(duì) 鎂熔體進(jìn)行凈化處理。該旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置既可以實(shí)現(xiàn)氣體凈化，又可以對(duì)熔 體進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁规V熔體成分均勻化，還可以由帶葉片15的噴頭16攪拌形 成的渦流將熔劑巻入鎂熔體中，使熔劑均勻分散，提高凈化效率。凈化處理完 畢后，旋轉(zhuǎn)噴頭16可由提升機(jī)9通過絲桿機(jī)構(gòu)提升至鎂熔體液面上部，從而減 少噴吹裝置對(duì)鎂熔體的污染。
以AZ91鎂合金熔體凈化過程為例，工作時(shí)先將坩堝蓋2及凈化裝置放置于 坩堝1上，打開保護(hù)氣體輸入管13上的節(jié)流閥12，向坩堝1內(nèi)吹入SFe、 C02與 空氣的混合保護(hù)氣體，對(duì)鎂熔體進(jìn)行保護(hù)，防止其燃燒。之后，再向凈化氣體 輸入管7中通入凈化氣體氬氣。開動(dòng)電機(jī)5帶動(dòng)空心攪拌軸14旋轉(zhuǎn)，再開動(dòng)提 升機(jī)9，使旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置下降，將噴頭16置于鎂熔體中，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄19， 依靠星形給料器21，將熔劑料斗18中的占鎂熔體重量2%的精煉熔劑均勻加入到鎂熔體表面，帶有葉片15的噴頭16旋轉(zhuǎn)形成的渦流將熔劑巻入鎂熔體中， 使熔劑均勻分散。一方面噴頭16的旋轉(zhuǎn)作用以及噴出的氬氣有攪拌鎂液的作用， 促進(jìn)了鎂液與熔劑的良好接觸，提高其精煉效果；另一方面，氬氣對(duì)鎂熔體也 有凈化作用。凈化處理一定時(shí)間(約15分鐘)后，開動(dòng)提升機(jī)9，將噴頭16升 至鎂熔體液面上部，從而減少噴吹裝置對(duì)鎂熔體的污染。最后，關(guān)閉電機(jī)5，并 切斷凈化氣體輸入管7中的氬氣。
坩堝蓋2具有非常重要的功能， 一方面，其上安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?、保護(hù)氣 體輸入裝置、熔劑定量加料裝置及旋轉(zhuǎn)噴吹氣體凈化裝置等。另一方面，坩堝 蓋2起密封作用，通過坩堝蓋2上的保護(hù)氣體輸入裝置可以向鎂液表面吹入SF6 或S02等保護(hù)性氣體，把保護(hù)氣體封閉在坩堝l內(nèi)，它阻隔了鎂熔體與周圍的空 氣接觸，有助于防止鎂熔體凈化過程中氧化、燃燒，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎂熔體的有效保 護(hù)。
本發(fā)明的一個(gè)重要部分是熔劑定量加料裝置，該裝置通過采用星形給料器 21而實(shí)現(xiàn)了熔劑的定量加料。
本發(fā)明的另一個(gè)重要部分是旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置，其作用是利用旋轉(zhuǎn)噴頭在 坩堝底部吹入惰性氣體，產(chǎn)生的細(xì)小惰性氣體氣泡在上浮過程中對(duì)熔體起攪拌 作用，帶動(dòng)一些質(zhì)量輕的雜質(zhì)上浮，促進(jìn)雜質(zhì)分離，同時(shí)有顯著的去氫作用。 此外，旋轉(zhuǎn)噴頭上裝有攪拌葉片，不僅可以利用其旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流將熔劑巻入 鎂熔體中，而且可以在與噴出的氣體的復(fù)合作用下，促進(jìn)熔劑的有效分散，提 高凈化效率。此外，該裝置還促進(jìn)了鎂合金成分的均勻化。本發(fā)明通過熔劑與 氣體的復(fù)合凈化，大幅度提高了鎂合金的品質(zhì)。
權(quán)利要求
1、一種鎂熔體凈化裝置，坩堝(1)上部裝有坩堝蓋(2)，坩堝蓋(2)上開有合金錠加料口(17)，測(cè)溫?zé)犭娕?4)通過坩堝蓋(2)上的小孔插入坩堝(1)內(nèi)；其特征在于坩堝蓋(2)內(nèi)部填充有保溫材料(3)，在坩堝蓋(2)上裝有保護(hù)氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置及旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置；所述保護(hù)氣體輸入裝置由節(jié)流閥(12)與保護(hù)氣體輸入管(13)組成，裝有節(jié)流閥(12)的保護(hù)氣體輸入管(13)從坩堝蓋(2)的上部通過小孔延伸到坩堝蓋(2)的下部，并以帶有小孔的環(huán)形管道的形式均布于坩堝蓋(2)的下部；所述熔劑定量加料裝置由熔劑加料管(20)、帶搖動(dòng)手柄(19)的星形給料器(21)、熔劑料斗(18)及料斗蓋(22)組成；熔劑加料管(20)安裝在星形給料器(21)的下部，并穿過下支承板(11)連通到坩堝(1)內(nèi)；星形給料器(21)安裝在熔劑料斗(18)的下部，并利用中支承板(6)上的小孔固定在中支承板(6)上；熔劑料斗(18)上裝有料斗蓋(22)；所述旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置由電機(jī)(5)、中支承板(6)、凈化氣體輸入管(7)、上支承板(8)、提升機(jī)(9)、支架(10)、下支承板(11)、空心攪拌軸(14)、葉片(15)、噴頭(16)組成；三根支架(10)呈三角形固定在下支承板(11)上，下支承板(11)放置在坩堝蓋(2)上；上支承板(8)固定在支架(10)的上端，提升機(jī)(9)安裝在上支承板(8)上；攪拌軸(14)通過軸承固定在中支承板(6)的中央，中支承板(6)通過軸套與三根支架(10)聯(lián)結(jié)，提升機(jī)(9)通過絲桿機(jī)構(gòu)牽引中支承板(6)沿支架(10)上下移動(dòng)；電機(jī)(5)固定在中支承板(6)上，由電機(jī)(5)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的空心攪拌軸(14)下部安裝帶有攪拌葉片(15)的氣體噴頭(16)，凈化氣體輸入管(7)通過空心攪拌軸(14)連通氣體噴頭(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂熔體凈化裝置，坩堝上部裝有坩堝蓋，熱電偶通過坩堝蓋上的小孔插入坩堝內(nèi)。保護(hù)氣體輸入裝置、熔劑定量加料裝置以及旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置均裝在坩堝蓋上。保護(hù)氣體輸入管環(huán)布于坩堝蓋的下部，以便保護(hù)氣體均勻分散在鎂熔體表面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎂熔體的有效保護(hù)。熔劑定量加料裝置主要由星形給料器組成，實(shí)現(xiàn)了熔劑的定量均勻加料。旋轉(zhuǎn)噴吹氣體裝置可以上下升降，凈化處理結(jié)束后，噴頭可上升到鎂熔體的上部，減少其對(duì)鎂熔體的污染。本發(fā)明具有復(fù)合凈化功能，可有效地去除鎂熔體中的夾雜物與有害氣體，大幅度提高了鎂合金的品質(zhì)，尤其適用于鎂熔體的凈化處理。
文檔編號(hào)C22B26/00GK101532092SQ20091004899
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者丁文江, 吳國(guó)華, 彭立明 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)