一种轻合金倒吸转液装置及其工艺

技术领域

本发明涉及轻合金铸造的技术领域，尤其涉及一种在轻合金铸造过程中使用的轻合金熔体倒吸转液装置及其倒吸转液工艺。

背景技术

轻合金（主要是指钛合金、镁合金和铝合金）铸造过程中，需要将液态金属浇注入模具型腔中，做成各种铸件或铸坯。而轻合金中大量运用的铝合金，其浇注过程可以通过熔化铝锭的方式供液，也可以通过转液包转液的方式供液。其中，通过转液包转液，目前大部分采用倾倒的方式，将转液包中的铝液转移到浇注炉。同时，在轻合金中大量运用的另外一种金属——镁合金，目前由于市场还没有开发出成熟的转液工艺，绝大部分铸造供液还是通过直接熔化合金锭的形式供液。

随着新技术和工艺提出新的要求，上述两种主要轻合金传统供液方式存在如下问题，具体如下：

铝合金铸造领域：特别是单件大型铝合金液体需求领域——一体化车架等大型汽车结构件生产领域，单件铸件重量200~300kg，每小时生产约20件，每小时需求铝液重量约4~6吨，需要配置大型铝合金熔化炉，如何稳定和高质量的给浇注炉供液，将成为一个极具挑战的任务。同时，转液包倾倒转液过程中会导致铝合金熔体严重吸氢及氧化造渣，进而导致铸件生产过程中氢气析出而产生氢脆，以及铸件内部存在氧化夹渣，严重影响铸件强度和韧性等机械性能。另外，采用转液包倾倒转液，将导致定量浇注炉液位波动太大，定量准确性存在较大问题，如何解决这些问题，是大型一体化铝合金铸造急需解决的问题。

镁合金铸造领域：由于还没有成熟的镁合金转液技术，该领域目前绝大部分仍采用熔化镁合金锭来进行浇注，其存在如下问题：

（1）合金车间需要将合金液铸造成合金锭，该过程要投入大量的设备、生产场地、人力和能源；

（2）将合金锭在机边熔化炉内熔化成合金液，需要进一步耗费大量能源，铸造过程除材料成本外，能源费用大部分是整个铸件成本中的第二大成本，其一年的能耗费用，基本占据一台机边熔化浇注炉的采购成本，如何大量节省能源，是行业发展的关键因素，并且合金锭熔化过程中，大约会产生1.5%以上的材料烧损，烧损成本和能源费用相当，控制不好时，甚至超过能耗成本；

（3）合金锭熔化成合金液过程中，因熔化需要，设备需要占据较大的空间，并且需要耗费人工进行加料，给企业带来较大的场地及人工成本；

（4）大型镁合金铸件生产领域，传统通过熔化合金锭方式提供合金液的方式，需要配置多台大型镁合金熔化炉，除占据大量空间，还需投入大量设备采购成本，大量耗费人工和能源，并且还无法满足更大铸件的生产能力需求，严重影响一体化大型镁合金铸件开发应用进程。

针对上述问题，开发一种节能、环保、自动化水平高、人工费用少、占地小、产线流程短，并满足大型铸件生产，对轻合金熔体大型供液量及高质量要求的新型轻合金熔体供液技术及装备，是解决目前行业所面临普遍问题的紧迫要求。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种轻合金倒吸转液装置及其工艺，其大大缩短了产线的长度，大范围节能、环保，减少人工，降低生产场地及成本，提升自动化水平。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种轻合金倒吸转液装置，包括转液包和保温浇注炉，所述转液包与所述保温浇注炉之间连通有倒吸管，所述倒吸管下端安装有升降旋转机构。所述转液包用于轻合金熔液的缓存，其在工作时处于静置且相对密闭的状态，形成二次沉淀净化，不卷气、无造渣；所述保温浇注炉定量的给铸机提供轻合金熔液，确保铸件的高质量生产；所述升降旋转机构用于调节控制所述倒吸管的位置，便于满液转液包与空液转液包的替换。

所述转液包由转液包炉体、设置于所述转液包炉体内部的转液包坩埚以及设置于所述转液包坩埚上端的转液包炉盖组成，所述转液包炉盖上安装有激光测距仪。所述转液包炉体内设保温层，用于给所述转液包坩埚保温；所述激光测距仪通过所述转液包炉盖上的测量窗口对所述转液包坩埚内的熔液进行液位高度的测量。

所述保温浇注炉包括浇注炉炉体、设置于所述浇注炉炉体内部的浇注炉坩埚以及设置于所述浇注炉坩埚上端的浇注炉炉盖，在所述浇注炉炉盖上分别设置有倒吸泵、浇注炉激光液位测距仪、上液位探针、工作液位探针、下液位探针、浇注泵以及浇注管，所述倒吸泵与所述倒吸管密封连通，所述浇注泵的出口与所述浇注管密封连通，所述浇注管上连通有浇嘴，所述浇嘴与铸造机的模具相通，在转液包内充分沉淀的轻合金熔体转液至保温浇注炉内，并进一步经过浇嘴运输至铸造机模腔内完成铸造成型。

较佳的，所述升降旋转机构包括机架组件、导向组件、上安装板、连接法兰、倒吸管升降油缸以及倒吸管旋转油缸，所述倒吸管升降油缸设置于所述机架组件的中部，所述导向组件设置于所述倒吸管升降油缸的两侧，所述上安装板设置于所述倒吸管升降油缸的活塞杆端，所述连接法兰旋转连接于所述上安装板的一端，所述倒吸管旋转油缸设置于所述上安装板的另一端，且所述倒吸管旋转油缸的输出端铰接于所述连接法兰的一侧，所述倒吸管通过所述连接法兰连接于所述升降旋转机构。所述升降旋转机构平稳的带动所述倒吸管上升下降，并以所述倒吸管升降油缸为旋转中心旋转，便于满液转液包与空液转液包的替换。

进一步的，所述连接法兰为两个半圆筒法兰，所述倒吸管与所述升降旋转机构通过两个半圆筒法兰螺栓连接，安装拆卸更加的方便。

进一步的，所述倒吸泵为离心泵，由所述倒吸泵底部中心位置引出U型进液管，在所述倒吸泵外壳圆周处设置出液口，所述倒吸泵的U型进液管的进液口为球头结构，所述倒吸管的出液口为喇叭口结构，所述倒吸泵与所述倒吸管的连接方式为喇叭口锥面球形密封连接。

进一步的，所述倒吸管由内管、外管、加热装置及保温层组成，结构为倒U型结构，所述倒吸管在所述转液包中的垂直段插入所述转液包坩埚中，且距离所述转液包坩埚底部200～400mm, 所述倒吸管的中部管道与水平面成0～45°角。

进一步的，所述上液位探针的下端面与所述浇注炉炉盖下端面的距离为10～50mm，所述工作液位探针的下端面与所述浇注炉炉盖下端面的距离为55～100mm，所述下液位探针的下端面与所述浇注炉炉盖下端面的距离为100～150mm，也可以根据所述保温浇注炉的直径大小及铸造件的体积大小来设置上述距离值的大小，其目的在于精准的控制所述浇注炉坩埚内轻合金熔液的液面高度，实现连铸作业。

进一步的，所述倒吸管和所述浇注管上设置有加热装置，能够保证轻合金熔液在输送途中不会凝固，更好的保证流动性。

本发明专利还提供一种轻合金倒吸转液工艺，其采用所述的轻合金倒吸转液装置完成所述工艺，其包括如下的步骤：

S1、所述升降旋转机构的倒吸管升降油缸上行带动倒吸管至最高位，倒吸管旋转油缸动作，带动倒吸管以倒吸管升降油缸为旋转中心旋转预设角度，此时将满液的转液包移动到上料工位（工位设置有定位装置，确保转液包的位置唯一），然后倒吸管升降油缸下行，直至倒吸管出液口喇叭口与倒吸泵进液口球头紧密配合连接，球头和喇叭口在倒吸管升降油缸的压紧力作用下，自动找正并完成密封；

S2、当浇注炉坩埚内液位高于下液位探针触发液位高度且低于工作液位探针液位高度时，控制系统开启倒吸泵，倒吸泵将转液包坩埚内轻合金熔体吸入浇注炉坩埚内，促使浇注炉坩埚内的液位上升，直到工作液位探针触发得电；

S3、工作液位探针得电触发后，倒吸泵停止工作，倒吸管内的高温轻合金熔体在转液包与保温浇注炉内液位差造成的压强作用下回流至转液包坩埚内；

S4、随着铸造的进行，浇注泵将浇注炉坩埚内的轻合金熔体通过浇注管及浇嘴定量的压入到压铸机模腔内，浇注炉坩埚内的轻合金熔体不断减少，直至工作液位探针与轻合金熔体脱离接触，并失电；

S5、倒吸泵重新启动，将转液包内高温轻合金熔体，通过倒吸泵吸入浇注炉坩埚内，促使浇注炉坩埚内的液位上升，直到工作液位探针再次与轻合金熔体接触，并得电，倒吸泵停止工作；

S6、不断循环重复S4、S5步骤，直至转液包炉盖上安装的激光测距仪测量到转液包中的液位达到设定低液位，倒吸泵停止工作；此时，倒吸管升降油缸上行带动倒吸管至最高位后，倒吸管旋转油缸动作，带动倒吸管旋转至预设角度，移出空液转液包，移入满液转液包至上料工位，倒吸管旋转油缸复位，倒吸管升降油缸下行，重复上述过程S1～S5，即完成了连铸作业。

进一步的，在S1和S6中，所述预设角度为5～90度，以便于满液转液包与空液转液包的替换。

进一步的，为减小倒吸管内的空气对轻合金熔体的影响，每次倒吸管出液后，还可以向倒吸管内通入保护气体。

本发明的有益效果是：（1）采用倒吸泵和密闭的倒吸管，使得转液过程全程在密封液体中进行，消除了铝合金倾翻转液过程中的大规模吸氢及氧化造渣，防止了氢脆及夹渣等缺陷的产生，提升了铝合金铸件的机械性能指标；（2）在镁合金的应用领域中，由于采用相对密封的转液包进行转液，其使得转液包的应用得以实现，进而减少了合金铸锭和熔化等消耗大量能源的不必要工艺过程，大大缩短了整个铸造工艺流程，降低了设备投入、人工投入、能源投入及场地投入等；同时，还降低了材料烧损和不必要工艺流程产生的工艺缺陷；（3）由于在转液过程中，转液包处于静置且相对密闭的状态，不卷气和无造渣，大型熔炉集中熔炼轻质合金完成一次净化，轻合金熔液在转液包中被再次静置和二次沉淀净化，且始终抽取上半层的轻合金熔液，避免将沉渣搅动而带入到铸件中，其有效提高了铸件的质量；（4）采用激光测距仪和液位探针进行液位的监测，PLC控制系统实时接收到控制液位高度的信息，从而精准控制倒吸泵和浇注泵的启停，从而确保定量浇注的精度；（5）针对现有大型铸件生产，传统工艺供液量无法满足要求的现状，本发明可为大型铸件生产及时提供大批量、产品品质优良的轻合金熔体，为大型一体化铸件生产，提供了一种新的熔体供应工艺及装备解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中，100、转液包，101、转液包炉体，102、转液包坩埚，103、转液包炉盖，200、保温浇注炉，201、浇注炉炉体，202、浇注炉坩埚，203、浇注炉炉盖，300、倒吸管，400、升降旋转机构，401、机架组件，402、导向组件，403、上安装板，404、连接法兰，405、倒吸管升降油缸，406、倒吸管旋转油缸，500、激光测距仪，600、倒吸泵，700、浇注炉激光液位测距仪，800、上液位探针，900、工作液位探针,1000、下液位探针，1100、浇注泵,1200、浇注管，1300、浇嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

参照图1所示，一种轻合金倒吸转液装置，包括转液包100和保温浇注炉200，转液包100与保温浇注炉200之间连通有倒吸管300，倒吸管300下端安装有升降旋转机构400。所述转液包100用于轻合金熔液的缓存，其在工作时处于静置且相对密闭的状态，形成二次沉淀净化，不卷气、无造渣；保温浇注炉200定量的给压铸机提供轻合金熔液，确保压铸件的高质量生产；升降旋转机构400用于调节控制倒吸管300的位置，便于满液的转液包100与空液的转液包100之间的替换，确保多机连铸。

转液包100由转液包炉体101、设置于转液包炉体101内部的转液包坩埚102以及设置于所述转液包坩埚102上端的转液包炉盖103组成，所述转液包炉盖103上安装有激光测距仪500。所述转液包炉体101内设保温层，用于给所述转液包坩埚102保温；所述激光测距仪500通过转液包炉盖103上的测量窗口对所述转液包坩埚102内的熔液进行液位高度的测量与监控。

保温浇注炉200包括浇注炉炉体201、设置于所述浇注炉炉体201内部的浇注炉坩埚202以及设置于所述浇注炉坩埚202上端的浇注炉炉盖203，在所述浇注炉炉盖203上分别设置有倒吸泵600、浇注炉激光液位测距仪700、上液位探针800、工作液位探针900、下液位探针1000、浇注泵1100以及浇注管1200，所述倒吸泵600与所述倒吸管300密封连通，所述浇注泵1100的出口与所述浇注管1200密封连通，所述浇注管1200上连通有浇嘴1300，所述浇嘴1300与铸造机的模具相通，在转液包100内充分沉淀的轻合金熔体转液至保温浇注炉200内，并进一步经过浇嘴1300运输至铸造机模腔内完成铸造成型。

所述升降旋转机构400包括机架组件401、导向组件402、上安装板403、连接法兰404、倒吸管升降油缸405以及倒吸管旋转油缸406，所述倒吸管升降油缸405设置于所述机架组件401的中部，所述导向组件402设置于所述倒吸管升降油缸405的两侧，所述上安装板403设置于所述倒吸管升降油缸405的活塞杆端，所述连接法兰404旋转连接于所述上安装板403的一端，所述倒吸管旋转油缸406设置于所述上安装板403的另一端，且所述倒吸管旋转油缸406的输出端铰接于所述连接法兰404的一侧，所述倒吸管300通过所述连接法兰404连接于所述升降旋转机构400。所述升降旋转机构400平稳的带动所述倒吸管300上升下降，并以所述倒吸管升降油缸406为旋转中心旋转，便于满液转液包与空液转液包的替换。所述连接法兰404为两个半圆筒法兰，所述倒吸管300与所述升降旋转机构400通过两个半圆筒法兰螺栓连接，安装拆卸更加的方便。

倒吸泵600为离心泵，由所述倒吸泵600底部中心位置引出U型进液管601，在所述倒吸泵600外壳圆周处设置出液口602，所述倒吸泵600的U型进液管的进液口为球头结构，所述倒吸管300的出液口为喇叭口结构，所述倒吸泵600与所述倒吸管300的连接方式为喇叭口锥面球形密封连接。

所述倒吸管300由内管、外管、加热装置及保温层组成，结构为倒U型结构，所述倒吸管300在所述转液包100中的垂直段插入所述转液包坩埚102中，且距离所述转液包坩埚102底部200～400mm, 所述倒吸管300的中部管道与水平面平行。

所述上液位探针800的下端面与所述浇注炉炉盖203下端面的距离为10～50mm，所述工作液位探针900的下端面与所述浇注炉炉盖203下端面的距离为55～100mm，所述下液位探针1000的下端面与所述浇注炉炉盖203下端面的距离为100～150mm，其目的在于精准的控制所述浇注炉坩埚内轻合金熔液的液面高度，实现定量连铸作业。

本发明专利还提供一种轻合金倒吸转液工艺，以镁合金转液工艺为实施例进行详细说明，其包括以下步骤：

S1、将选定成分的镁合金铸锭，在大熔炉中充分熔炉，再将670~750℃熔融镁合金熔液转移到转液包100中；同时，启动升降旋转机构400的驱动按钮，倒吸管升降油缸405上行举升倒吸管300至最高位后，倒吸管旋转油缸406动作，将倒吸管300旋转预设角度90°，再将装有熔液的转液包100转移到保温浇注炉200所在的上料工位，然后倒吸管旋转油缸406复位，倒吸管升降油缸405下行，直至倒吸管300出液口喇叭口与倒吸泵600进液口球头紧密配合连接，等待转液；

S2、开启PLC控制系统，当浇注炉坩埚202内液位高于下液位探针1000触发液位高度，且低于工作液位探针900液位高度时，控制系统发出指令开启倒吸泵600，倒吸泵600内部叶轮在离心力作用下，将转液包坩埚102内镁合金熔液吸入到浇注炉坩埚202内，促使浇注炉坩埚202内的镁合金熔液液位上升，直到工作液位探针900触发得电；

S3、工作液位探针900得电触发后，倒吸泵600停止工作，倒吸管300内的高温镁合金熔体在转液包100与保温浇注炉200内液位差（此时，转液包坩埚102的液面高度低于浇注炉坩埚202的液面高度）造成的压强作用下回流至转液包坩埚102内；

S4、随着铸造的进行，控制系统发出指令启动浇注泵1100，同时启动压铸机，开启通往压铸机模腔的保护气体，预热模具到200～250℃，镁合金熔体经过浇注管1200的内管通道进入到浇嘴1300内，并定量压入到压铸机模腔，其注射压力为0.2～1MPa，经保压2～10min、冷却、开型，循环浇注成型，直至在浇注炉炉盖203上安装的浇注炉激光液位测距仪700测量到浇注炉坩埚202中液位达到最低浇注液位，PLC控制器发出指令停止浇注泵1100，工作液位探针900与镁合金熔体脱离接触，并失电；

S5、倒吸泵600重新启动，将转液包100内高温轻合金熔体，通过倒吸泵600吸入浇注炉坩埚202内，促使浇注炉坩埚202内的液位上升，直到工作液位探针900再次与镁合金熔体接触，并得电，倒吸泵600停止工作；

S6、不断循环重复S4、S5步骤，直至转液包炉盖103上安装的激光测距仪500测量到转液包坩埚102中的液位达到设定低液位，倒吸泵停止工作；此时，倒吸管升降油缸405上行带动倒吸管300至最高位后，倒吸管旋转油缸406动作，带动倒吸管300旋转90°，便于移出空液的转液包100，并移入满液的转液包100至上料工位，倒吸管旋转油缸复位，倒吸管升降油缸下行，重复上述过程S1～S5，即完成了连铸作业。

本发明专利将转液包100和保温浇注炉200的坩埚设置在被密封盖密闭的保温壳体内，并在转液包炉盖103和浇注炉炉盖203上开设有倒吸管插口，插口处还可设置自动开合门，方便倒吸管300出入时的自动密封，并在激光测距仪500、浇注炉激光液位测距仪700及上液位探针800、工作液位探针900、下液位探针1000的双重监测下，PLC控制系统实时接受到液位高度信息，控制倒吸泵600和浇注泵1100的启停，从而确保保温浇注炉200定量浇注的精度。倒吸管300转液过程中转液包100处于静置且相对密闭的状态，不卷气和无造渣，大型熔炉集中熔炼轻质合金完成一次净化，镁合金熔体在转液包100中被再次静置和二次沉淀净化，大型熔炼炉对一个或多个转液包100持续供液，可满足大型轻合金一体化连续铸造对高品质轻合金熔体的大批量需求，并且配合活动的倒吸管300和升降旋转机构400，转液包100很方便的对多个浇注炉供液实现多机连注，避免了直接将浇注管1200插入熔炼炉而将锅底部沉渣搅动，进而将其带入铸件中，提高了压铸的质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。