一种冲熔法配镁装置及其方法

技术领域

本发明属于稀土镁基储氢合金生产的技术领域，具体地说，涉及一种冲熔法配镁装置及其方法。

背景技术

由于金属镁具有低熔点、低沸点(熔点651℃，沸点1108℃)的特点，在稀土镁基储氢合金生产工艺中，需要在熔炼过程中进行金属镁的追加。然而，由于熔炼炉内的温度较高，极易造成金属镁的挥发现象。现有的金属镁的加入方式为，将熔炼炉打开，将金属镁直接投入到熔炼炉内，此种方式造成金属镁的大量挥发，对后续所得的稀土镁基储氢合金的产品成分造成较大影响，而且其生产操作难度增大。由此可知，金属镁的加入方式一直是稀土镁基储氢合金生产的关键因素之一。

发明内容

本发明提供一种冲熔法配镁装置及其方法，用以在对金属镁进行追加时，避免出现金属镁挥发的情况，并提高稀土镁基储氢合金的产品质量，降低金属镁追加的操作难度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种冲熔法配镁装置，包括设置于熔炼炉上方并通过下料总管与熔炼炉连通的下料分配器，于所述熔炼炉外沿竖向间隔设置有至少两组冲熔配镁机构，组成各冲熔配镁机构组的多个冲熔配镁机构沿熔炼炉的周向均匀设置，且下料分配器通过多根下料分管分别与各冲熔配镁机构连通，于下料总管上安装有出料阀，于熔炼炉的上端构造有调压管，于所述调压管上安装有调压阀。

进一步的，相邻的两组冲熔配镁机构组中的冲熔配镁机构的竖向投影相互错开，且各冲熔配镁机构组中冲熔配镁机构的数量至少为4个。

进一步的，各所述冲熔配镁机构包括相互连接的冲熔式输料部和气动式驱动部，所述冲熔式输料部的出料端与熔炼炉连通，冲熔式输料部的进料端与相对应的下料分管连通，所述气动式驱动部装配于冲熔式输料部远离熔炼炉的一端。

进一步的，所述冲熔式输料部包括倾斜向下设置并且下端安装于熔炼炉上的输料筒，于所述输料筒内同轴设置有安装轴，于所述安装轴上构造有螺旋输送叶片，所述螺旋输送叶片沿安装轴的轴线螺旋延伸，于安装轴靠近熔炼炉的一端安装有用于启闭进料口的启闭阀，所述进料口的数量为多个并分别开设于熔炼炉的周壁上，各进料口与相对应的启闭阀对应设置。

进一步的，所述启闭阀包括构造于安装轴端部的装配套，一横截面为正多边形的装配杆的一端插装于装配套内，于装配杆靠近熔炼炉的一端构造有球形阀体，所述球形阀体封闭于相对应的进料口，于装配套内且位于装配杆插入装配套的一端至安装轴的相应端部之间形成有气动腔，于所述气动腔内设置有两端分别与装配杆和装配套端部连接的硬质弹簧，且于安装轴上开设有沿其轴线延伸并用于连通气动腔与外界的导通通道。

进一步的，于所述输料筒内且位于螺旋输送叶片靠近熔炼炉和远离熔炼炉的两端处分别形成有冲熔腔和进料增压腔，于所述安装轴上且位于进料增压腔内的部位上安装有进气阀，所述进气阀用于通断导通通道和进料增压腔；安装有进料控制阀的进料接头设置于进料增压腔的上方，且进料接头的下端与进料增压腔连通。

进一步的，所述气动式驱动部包括安装于输料筒上端并与输料筒隔断的叶轮壳A，于所述叶轮壳A内装配有叶轮本体A，所述叶轮本体A同轴装配于安装轴上。

进一步的，于各所述下料分管的出口端安装有轮式下料机构，所述轮式下料机构的出口端与相对应的冲熔配镁机构连通。

进一步的，所述轮式下料机构包括竖向设置并且两端分别与下料分管和冲熔配镁机构连通的下料筒，于所述下料筒内装配有叶轮本体C，所述叶轮本体C与横向转动连接于下料筒上的转轴同轴连接；所述转轴的一端经叶轮壳B伸至外界并与叶轮本体B同轴连接，叶轮壳B安装于下料筒的侧壁上，且叶轮本体B装配于叶轮壳B内。

本发明还公开了一种利用上述的冲熔法配镁装置的配镁方法，包括如下步骤：

S1、在对金属镁进行追加前，将熔炼炉的送电功率降至零，直至熔炼炉内合金液面形成一层金属薄渣层；

S2、开启各冲熔配镁机构，镁粉或者镁颗粒由下料分配器通过下料分管均分供应给各冲熔配镁机构；

S3、对各冲熔配镁机构进行增压，使得冲熔配镁机构内的压力高于熔炼炉内部与冲熔配镁机构出口端相对应处的压力；

S4、控制各组冲熔配镁机构自上而下依次动作，使得镁粉或者镁颗粒先进入熔融合金的上层，之后再间隔地自上而下依次注入到熔炼炉内，且间隔时间在2-4min；位于最上层的冲熔配镁机构的出口端低于金属薄渣层；；

S5、金属镁追加结束后，通过调整调压管上的调压阀，使得熔炼炉内的压力恢复到预定压力范围内；

S6、加大熔炼炉的功率，使之达到之前送电功率的最大值，保持一段时间后，进行浇铸作业。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明在对金属镁进行追加时，先将熔炼炉的送电功率降低至零，一段时间后，熔炼炉内合金液面形成一层金属薄渣层，这层金属薄渣层起到阻挡金属镁挥发的作用；这样，本发明通过各个冲熔配镁机构将追加的金属镁注入到熔炼炉内的金属薄渣层以下的部位；而且，在金属镁的追加过程中，按照自上而下的顺序间隔对熔炼炉进行金属镁的添加，即先进行位于上方的冲熔配镁机构组的加镁作业，金属镁加入后，熔炼炉内该部位处的液体物料会逐渐地降温，并降低分子运动的剧烈性，这样，液体物料的流动性降低，从而在间隔一段时间后，对下方位置处进行金属镁追加时，流动性降低的液体物料对下方新加入的金属镁造成阻挡，进而充分地避免了金属镁的挥发；在对金属镁追加结束后，熔炼炉的压力会有一定的升高，需要通过调节调压阀，使得熔炼炉内的压力恢复到预定压力范围内，进而使得稀土镁基储氢合金的熔炼处于预期的压力，避免由于熔炼的压力改变而影响产品质量的情况发生；然后，再将熔炼炉的达到之前送电功率的最大值，从而实现继续熔炼的目的；综上可知，本发明在对金属镁进行追加时，能够充分地避免出现金属镁挥发的情况，并且提高了稀土镁基储氢合金的产品质量，降低了金属镁追加的操作难度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的轴向结构剖视图；

图3为本发明实施例冲熔配镁机构与轮式下料机构连接的结构示意图；

图4为本发明实施例冲熔配镁机构与轮式下料机构连接另一角度的结构示意图；

图5为本发明实施例冲熔配镁机构与轮式下料机构连接的轴向结构剖视图；

图6为图5中A部位的结构放大图；

图7为图5中B部位的结构放大图；

图8为本发明实施例冲熔配镁机构拆分后的局部结构示意图；

图9为图5中C部位的结构放大图；

图10为本发明实施例轮式下料机构拆分后的结构示意图。

标注部件：100-熔炼炉，101-进料口，102-调压管，103-调压阀，200-下料分配器，300-下料总管，301-出料阀，400-下料分管，500-轮式下料机构，501-下料筒，502-叶轮壳B，503-第二进气接头，504-第二出气接头，505-转轴，506-叶轮本体C，507-叶轮本体B，508-第二端盖，600-冲熔配镁机构，601-输料筒，602-进料接头，603-进料控制阀，604-安装轴，605-螺旋输送叶片，606-导通通道，607-进料增压腔，608-冲熔腔，609-装配套，610-装配杆，611-球形阀体，612-硬质弹簧，613-叶轮壳A，614-叶轮本体A，615-第一端盖，616-第一进气接头，617-第一出气接头，618-进气阀，6181-活动阀杆，6182-锥形阀头，6183-回位弹簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种冲熔法配镁装置，如图1-10所示，包括下料分配器200和多个冲熔配镁机构600。其中，下料分配器200设置在熔炼炉100的上方，该下料分配器200的下端构造有下料总管300，该下料总管300与熔炼炉100连通，在下料总管300上安装有出料阀301。本发明所述的多个冲熔配镁机构600被分为至少两组，这些冲熔配镁机构600组沿竖直方向间隔设置在熔炼炉100外，组成各个冲熔配镁机构600组的多个冲熔配镁机构600沿熔炼炉100的周向均匀设置，每个冲熔配镁机构600的出口端与熔炼炉100的相对应部位连通。本发明的下料分配器200通过多根下料分管400分别与各个冲熔配镁机构600连通，在熔炼炉100的上端构造有调压管102，在该调压管102上安装有调压阀103。作为本发明一个优选的实施例：本发明在对金属镁进行追加时，先将熔炼炉100的送电功率降低至零，一段时间后，熔炼炉100内合金液面形成一层金属薄渣层，这层金属薄渣层起到阻挡金属镁挥发的作用；这样，本发明通过各个冲熔配镁机构600将追加的金属镁注入到熔炼炉100内的金属薄渣层以下的部位；而且，在金属镁的追加过程中，按照自上而下的顺序间隔对熔炼炉100进行金属镁的添加，即先进行位于上方的冲熔配镁机构600组的加镁作业，金属镁加入后，熔炼炉100内该部位处的液体物料会逐渐地降温，并降低分子运动的剧烈性，这样，液体物料的流动性降低，从而在间隔一段时间后，对下方位置处进行金属镁追加时，流动性降低的液体物料对下方新加入的金属镁造成阻挡，进而充分地避免了金属镁的挥发；在对金属镁追加结束后，熔炼炉100的压力会有一定的升高，需要通过调节调压阀103，使得熔炼炉100内的压力恢复到预定压力范围内，进而使得稀土镁基储氢合金的熔炼处于预期的压力，避免由于熔炼的压力改变而影响产品质量的情况发生；然后，再将熔炼炉100的达到之前送电功率的最大值，从而实现继续熔炼的目的；综上可知，本发明在对金属镁进行追加时，能够充分地避免出现金属镁挥发的情况，并且提高了稀土镁基储氢合金的产品质量，降低了金属镁追加的操作难度

作为本发明一个优选的实施例，如图1所示，相邻的两组冲熔配镁机构600组中的冲熔配镁机构600的竖向投影相互错开，并且各个冲熔配镁机构600组中冲熔配镁机构600的数量至少为4个。由于上下层的冲熔配镁机构600组中的冲熔配镁机构600竖向投影相互错开，避免了金属镁在熔炼炉100内竖直方向上聚集，防止造成熔炼炉100对金属镁的熔炼效率降低的情况发生。

作为本发明一个优选的实施例，如图6-7所示，冲熔配镁机构600包括冲熔式输料部和气动式驱动部，二者相互连接在一起，而且气动式驱动部的作用是，用于驱动冲熔式输料部动作，使得冲熔式输料部将金属镁(粉末或者颗粒)注入到熔炼炉100内。本实施例冲熔式输料部的出料端与熔炼炉100连通，冲熔式输料部的进料端与相对应的下料分管400连通，气动式驱动部装配在冲熔式输料部远离熔炼炉100的一端。

作为本发明一个优选的实施例，如图5所示，冲熔式输料部包括输料筒601、安装轴604及启闭阀。其中，输料筒601倾斜向下设置，并且输料筒601的下端安装在熔炼炉100上；安装轴604安装在输料筒601内，安装轴604的轴线与输料筒601的轴线重合。本实施例在安装轴604上构造有螺旋输送叶片605，该螺旋输送叶片605沿安装轴604的轴线螺旋延伸。本实施例的启闭阀安装在安装轴604靠近熔炼炉100的一端，该启闭阀用于启闭进料口101。本实施例的进料口101的数量为多个，并且这些进料口101均开设在熔炼炉100的周壁上，每个进料口101与相对应的冲熔配镁机构600上的启闭阀对应设置。本实施例的工作原理为：通过气动式驱动部来驱动安装轴604转动，使得螺旋输送叶片605将输料筒601内的金属镁向斜下方输送，启闭阀开启，金属镁进入到熔炼炉100内，金属镁追加完毕后，启闭阀关闭。本实施例启闭阀具体的结构为，如图6所示，启闭阀包括装配套609、装配杆610、球形阀体611及硬质弹簧612。其中，装配套609构造在安装轴604的下端端部，装配杆610的一端插装在装配套609内，而且该装配杆610的横截面为正多边形，装配套609的内腔的横截面亦为正多边形，当装配杆610插装入装配套609内后，二者适配，进而避免二者发生相对转动的情况。本实施例的球形阀体611构造在装配杆610靠近熔炼炉100的一端，该球形阀体611用于封闭相对应的进料口101。本实施例在装配套609内且位于装配杆610插入装配套609的一端至安装轴604的相应端部之间形成有气动腔，硬质弹簧612设置在该气动腔内，而且硬质弹簧612的两端分别与装配杆610和装配套609端部连接。为了驱动球形阀体611启闭进料口101，本实施例在安装轴604上开设有导通通道606，该导通通道606沿安装轴604的轴线延伸，并且用于连通气动腔与外界。外界的高压气体通过导通通道606进入到气动腔内，之后驱动装配杆610向外运动，在运动的过程中硬质弹簧612被拉伸蓄能，球形阀体611随着装配杆610运动并逐渐伸入到熔炼炉100内，此时进料口101被打开，驱动安装轴604转动，使得输料筒601内的金属镁通过进料口101进入到熔炼炉100内；当金属镁追加结束后，将驱动腔内的高压气体由导通通道606排出，在硬质弹簧612的作用下装配杆610带动球形阀体611回位，直至球形阀体611封闭进料口101为止。

作为本发明一个优选的实施例，如图5-7所示，在输料筒601内设置有冲熔腔608和进料增压腔607，其中，冲熔腔608和进料增压腔607分别位于螺旋输送叶片605靠近熔炼炉100和远离熔炼炉100的两端处。在安装轴604上安装有进气阀618，该进气阀618位于进料增压腔607内，进气阀618的作用是用于通断导通通道606和进料增压腔607。本实施例在输料筒601上构造有进料接头602，在该进料接头602上安装有进料控制阀603，而且进料接头602设置在进料增压腔607的上方，并且进料接头602的下端与进料增压腔607相连通。本实施例进气阀618具体的结构为，进气阀618包括沿安装轴604的径向活动连接在安装轴604上的活动阀杆6181，该活动阀杆6181穿过导通通道606，在安装轴604上开设有与导通通道606连通的喇叭状气嘴，该喇叭状气嘴被锥形阀头6182所封闭，该锥形阀头6182的小径端与活动阀杆6181的相对应端部连接，在活动阀杆6181与安装轴604之间安装有回位弹簧6183，优选的，回位弹簧6183套装在活动阀杆6181上。本实施例的工作原理为：当金属镁由进料接头602进入到进料增压腔607内的过程中，控制气动式驱动部驱动安装轴604转动，在螺旋输送叶片605的作用下，金属镁填满冲熔腔608，且此时输料筒601内螺旋输送叶片605所处的空间也填充满，进料增压腔607填充至其容量的至少3/4，关闭进料控制阀603，并将氩气逐渐由导通导通注入到气动腔内，启闭阀打开，同时氩气将进气阀618打开，一部分氩气进入到进料增压腔607内，进而对其内的金属镁进行增压，这样金属镁呈正压进入到熔炼炉100内，直至输料筒601内的金属镁完全进入到熔炼炉100内为止。由于在金属镁的加入的过程中，会有少量的氩气进入到熔炼炉100内，当所有的熔配镁机构完成加镁作业后，需对熔炼炉100进行压力调整，使得其熔炼压力达到预定的范围。本实施例采用增压加镁的方式来进行金属镁的追加，避免了出现倒灌的问题。

作为本发明一个优选的实施例，如图5、8所示，气动式驱动部包括叶轮壳A613、叶轮本体A614及第一端盖615。其中，叶轮本体A614同轴装配在安装轴604的上端处，叶轮壳A613安装在输料筒601上端并与输料筒601相互隔断，而且叶轮本体A614装配在叶轮壳A613内，第一端盖615可拆卸连接在叶轮壳A613的开口端。本实施例在叶轮壳A613上构造有第一进气接头616和第一出气接头617，高压空气通过第一进气接头616进入到叶轮壳A613内，之后驱动叶轮本体A614转动，叶轮本体A614带动安装轴604转动，实现对输料筒601内的金属镁的输送作业。动能损耗后的高压气体通过第一出气接头617排出。

作为本发明一个优选的实施例，为了实现对进入输料筒601内的金属镁量的控制，并使得金属镁顺利地进入到输料筒601内，所采取的措施为，如图3-5、9-10所示，在每个下料分管400的出口端安装有轮式下料机构500，该轮式下料机构500的出口端与相对应的冲熔配镁机构600相连通。具体地，轮式下料机构500包括下料筒501、叶轮壳B502、叶轮本体B507、叶轮本体C506及转轴505。其中，下料筒501竖直设置，该下料筒501的两端分别与下料分管400和冲熔配镁机构600的进料接头602连通，叶轮本体C506装配在下料筒501内，转轴505的两端横向穿过下料筒501，而且该转轴505与下料筒501转动连接，叶轮本体C506装配在转轴505上并与转轴505轴线重合。本实施例转轴505的一端穿过叶轮壳B502相对应的侧壁后伸至外界，转轴505的该端与叶轮本体B507同轴连接，叶轮壳B502安装在下料筒501的侧壁上，并且叶轮本体B507装配在叶轮壳B502内，叶轮本体B507的开口端通过第二端盖508封闭。本实施例在叶轮壳B502上构造有第二进气接头503和第二出气接头504，高压空气进入到叶轮壳B502内并驱动叶轮本体B507转动，叶轮本体B507带动转轴505转动，使得转轴505带动叶轮本体C506转动，叶轮本体C506在转动的过程中，将位于下料分管400内的金属镁逐渐地供应给输料筒601。本实施例可在下料筒501外设置有计数器，该计数器用于记录转轴505的转数，进而来判断进入输料筒601内金属镁的量。

本发明还公开了一种利用上述的冲熔法配镁装置的配镁方法，包括如下步骤：

S1、在对金属镁进行追加前，将熔炼炉100的送电功率降至零，直至熔炼炉100内合金液面形成一层金属薄渣层；

S2、开启各冲熔配镁机构600，镁粉或者镁颗粒由下料分配器200通过下料分管400均分供应给各冲熔配镁机构600；

S3、对各冲熔配镁机构600进行增压，使得冲熔配镁机构600内的压力高于熔炼炉100内部与冲熔配镁机构600出口端相对应处的压力；

S4、控制各组冲熔配镁机构600自上而下依次动作，使得镁粉或者镁颗粒先进入熔融合金的上层，之后再间隔地自上而下依次注入到熔炼炉100内，且间隔时间在2-4min；位于最上层的冲熔配镁机构600的出口端低于金属薄渣层；

S5、金属镁追加结束后，通过调整调压管102上的调压阀103，使得熔炼炉100内的压力恢复到预定压力范围内；

S6、加大熔炼炉100的功率，使之达到之前送电功率的最大值，保持一段时间后，进行浇铸作业。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。