CN101706205A - 压流式镁合金熔炼保温炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压流式镁合金熔炼保温炉，包括带有保温层的炉体、置于炉膛内的坩埚、加热元件、测温装置和炉盖，炉体包含炉壳和炉衬，炉体上部与炉盖配合的部位设有水冷法兰，水冷法兰中设置耐高温耐火填充材料和硅橡胶密封圈，水冷法兰内通循环冷却水，炉盖通过压紧机构与炉体锁紧；测温热电偶和保护气输入管道从炉盖的插孔伸入炉内，在炉盖上装有泄压管，泄压管的顶部装有安全阀和排气阀；移液管经炉体引入炉膛中。本发明将熔炼、保温及熔体输送合为一体，精确控制镁合金熔体流量，抽取坩锅中部较纯净镁合金熔体，实现定流量连续性输送，防止镁合金的氧化、燃烧，结合相应的铸造装备，制备出高质量的镁合金制品，装置使用安全，操作简便。

Description

压流式镁合金熔炼保温炉

技术领域

本发明涉及一种镁合金熔炼设备，尤其涉及一种压流式镁合金熔炼保温炉，属于有色金属技术领域。

背景技术

镁合金具有很多优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，近年来镁合金的研究和应用日益受到材料学界和工业界的重视。随着成本降低以及技术瓶颈的突破，镁和镁合金成为汽车、电子、通信等行业对镁合金薄板带材需求日益强烈。镁合金铸轧技术具有短流程、低成本和高效率等优势，是镁合金板带加工技术的主要发展方向。

近年来，针对镁合金铸轧技术进行研发，制备出不同规格的镁合金铸轧板坯，取得了阶段性的成绩。但是，国内现有镁合金铸轧技术研发仍处于应用前夕的实验室研究阶段，铸轧机及辅助装备均借鉴于铝合金铸轧装备。由于镁合金热物理性能与铝合金有较大差异，铝合金铸轧装备难以满足镁合金铸轧工艺要求。因此，镁合金专业铸轧机及辅助装备的研发，成为镁合金铸轧工艺开发的瓶颈之一，迫切需要进行开发。

镁及镁合金化学性质活泼，在熔融状态下很容易氧化，熔铸过程中如不能采用有效的保护、净化和熔体输送措施，则造成熔体夹杂物增多，熔体冶金质量较低，用于铸造或压铸则可能造成废品率增加，最终导致资源浪费和品质降低。镁合金氧化生成的氧化膜很疏松，难以起到隔绝空气的保护作用；同时，在高温环境中，镁液氧化反应放出的热量如果不能及时散发出去，则容易燃烧、***引起事故。所以，镁合金熔炼、铸造过程中，其熔体保护、处理及输送工艺及装置均应针对其易于氧化燃烧特性进行设计与开发。对于镁合金铸轧工艺而言，其熔炼、输送装置更为重要。首先，镁合金铸轧工艺要求镁合金熔体输送流量与铸轧速度精确匹配，进而将前箱液面高度精确控制在一定高度范围。因此，需要将镁合金熔体定流量连续输送，并在一定范围内较精确调整其流量大小。其次，镁合金铸轧工艺要求镁液熔体纯净，将夹杂物含量控制在较低范围。因此熔炼输送装置在满足平稳连续输送的要求下，还要考虑熔体处理操作的要求。此外，镁合金熔体极易氧化燃烧，其保护措施也应引起充分的重视。

镁合金熔体输送传统的方式主要有：倾翻机械配合、利用液位高差流槽过渡以及机械泵抽取等方式。为满足镁合金熔铸工艺要求，熔体输送方式需要满足以下条件：1、抽取坩锅中部纯净镁液；2、连续定流量输送；3、需要精确控制熔体流量与铸造速度相匹配，从而精确控制液面高度；4、充分考虑镁合金熔体易于凝结、堵塞管道等要求。由于镁合金熔体密度较低，与夹杂物密度差较小，因此镁合金熔体中夹杂物会缓慢上浮或下沉至坩锅顶部或底部，采用倾翻机械或液位高差流槽过渡等方式实现熔体输送时，不能有效的去除上部浮渣与底部沉渣。机械泵也是目前铸造企业应用较多的一种装置，但是该装置前期预热、后期清理需要在配置的熔剂炉中完成，增加设备投资；此外，金属泵输送流相对较大，并且极易堵塞。为满足镁合金熔铸工艺要求，迫切需要研制开发镁合金熔炼、保温及熔体输送成套装置，满足铸轧工艺中镁合金熔体保护、熔炼、静置、熔体净化及熔体输送的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种压流式镁合金熔炼保温炉，有效地防止镁合金熔液在冶炼过程中的氧化、燃烧，并结合镁合金铸轧或其它熔铸装备，制备出高质量的镁合金板坯、铸件等产品。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

压流式镁合金熔炼保温炉，包括带有保温层的炉体、置于炉膛内的坩埚、加热元件、测温装置和炉盖，所述炉体包含炉壳和炉衬，特点是：所述炉体上部与炉盖配合的部位设有水冷法兰，水冷法兰中设置耐高温耐火填充材料和硅橡胶密封圈，水冷法兰内通循环冷却水，炉盖通过压紧机构与炉体锁紧；测温热电偶和保护气输入管道从炉盖的插孔伸入炉内，在炉盖上装有泄压管，泄压管的顶部装有安全阀和排气阀；移液管经炉体引入炉膛中，移液管进液口与坩锅底部的距离在50～500mm。

进一步地，上述的压流式镁合金熔炼保温炉，所述泄压管的管路上装有测压仪表。

更进一步地，上述的压流式镁合金熔炼保温炉，所述坩埚的材质为铸铁或耐热钢。

再进一步地，上述的压流式镁合金熔炼保温炉，所述移液管置于炉外的近似水平部分向下倾斜5～30°；移液管置于炉外的部分设有保温罩。

再进一步地，上述的压流式镁合金熔炼保温炉，所述炉衬为复合型结构，设有耐火隔热层和保温层。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)本发明压流式镁合金熔炼保温炉，将镁合金冶炼过程中的熔炼、保温及熔体输送合为一体，精确控制镁合金熔体流量，抽取坩锅中部较纯净镁合金熔体，实现定流量连续性输送，有效地防止镁合金熔液在冶炼过程中的氧化、燃烧，结合镁合金熔铸装备，制备出高质量的镁合金制品；

(2)炉壳由型钢及钢板制作而成，用槽钢制成底架，内壁焊有厚度为10mm的钢板，炉壳焊接均采用气密焊，在保证密封性能的同时，具有外形美观，使用寿命长等优点；炉衬、炉底采用复合型结构，分为耐火隔热层和保温层，此种形式炉衬使用寿命长，维护方便，保温性好，炉壁温升低；

(3)加热元件电阻合金丝绕制成螺旋状搁置在炉膛内的搁丝砖上，并用插口砖固定，通过引出棒引出炉体外与电源连接且密封处理，这种电热元件固定可靠，绝缘性好，安全可靠；加热分为I和II两区，根据坩埚里面投料的多少来分别调节，以免浪费能量；

(4)坩埚采用耐热钢铸造件，并且炉膛内装有采用耐热钢制成的坩埚定位圈，使得坩埚在吊装过程中不会碰损搁丝砖、插口砖及电阻丝；炉盖的外壳由钢板制作而成，内胆采用不锈钢制作，中间填实优质硅酸铝棉，有效地防止炉盖因受热变形而影响到密封性；

(5)采用炉盖和炉体密封的方式，而不是炉盖和坩埚之间密封的方式，采用耐高温材料和硅橡胶密封圈实现炉盖与炉体的密封，使熔炼炉具有良好的密封性；耐高温材料和硅橡胶密封圈固定于炉体上部的水冷法兰上，水冷法兰内通有循环冷却水，以保证硅橡胶密封圈的使用寿命；

(6)炉盖上装有通低压保护气的管道，以通入保护气来防止炉内镁合金液的氧化燃烧；炉盖上装有测温通道，测温通道用于安装测温热电偶，检测炉内的气温，也可检测炉内镁合金液的温度，以确定合金化、打渣、精炼的时间；炉盖上装有通高压保护气的管道，以通入高压保护气压出坩埚内的镁合金液；炉盖上装有一根泄压管，泄压管上装有测压仪表，以准确测量炉内压力，保证镁合金液顺利从炉内压出；泄压管上还装有安全阀和排气阀，保证炉子的使用安全性；

(7)移液管进口位于坩埚内沉渣之上，保证压出的镁合金液的纯净度；移液管置于炉外的横向部分向下倾斜一定角度，以保证从炉内压出的镁合金液完全流出，而其余镁合金液回流；移液管置于炉外的部分需要预热保温，以防止镁合金液在传输过程中温度降低导致凝固而堵塞管道。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的结构示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	炉壳	2	炉衬	3	加热元件
4	坩埚	5	测温装置	6	保护气供气装置
						7	水冷法兰	8	炉盖	9	移液管
10	坩埚定位圈	11	耐高温耐火填充材料	12	硅橡胶密封圈
						13	压紧机构	14	保护气输入管道	15	测温热电偶
16	泄压管	17	测压仪表	18	安全阀
						19	排气阀	20	保温罩	21	模具

具体实施方式

本发明提供一种新型的压流式镁合金熔炼保温炉，将镁合金冶炼过程中的熔炼、保温及熔体输送合为一体，精确控制镁合金熔体流量，实现定流量连续性输送.

如图1所示，压流式镁合金熔炼保温炉，包括带有保温层的炉体、置于炉膛内的坩埚4、加热元件3、测温装置5和炉盖8，炉体包含炉壳1和炉衬2，炉体上部与炉盖配合的部位设有水冷法兰7，水冷法兰7中设置耐高温耐火填充材料11和硅橡胶密封圈12，耐高温填充材料11和硅橡胶密封圈12实现炉盖8与炉体的密封，水冷法兰7内通循环冷却水，炉盖8通过压紧机构13与炉体压紧，炉内密封耐压范围要求达到0.01～0.2MPa(表压值)；测温热电偶15和保护气输入管道14从炉盖8的插孔伸入炉内，插孔通道与炉盖或炉体交接处采用密封焊处理，热电偶固定采用双螺母，中间加垫密封片旋紧密封，保护气输入管道14接入至保护气供气装置6；在炉盖8上装有泄压管16，泄压管16的管路上装有测压仪表17，泄压管16的顶部装有安全阀18和排气阀19；移液管9经炉体引入炉膛中，移液管进液口与坩锅底部的距离在50～500mm，移液管9置于炉外的近似水平部分向下倾斜一定角度，倾斜部分与水平线夹角范围在5～30°，移液管9置于炉外的部分设有内衬加热线的保温罩20。

加热分为I区和II区，分别设有测温装置5用于测温；炉体采用复合型结构，分为炉壁耐火隔热层、保温层；坩埚4采用铸铁或耐热钢材质，并且炉膛内装有坩埚定位圈10。炉壳***钢板均采用气密焊焊接，焊缝密封要求耐压达到0.01～0.2MPa(表压值)，接电引线端子采用气密焊，引线端部采用耐高温密封胶处理；整体密封要求耐压达到0.01～0.2MPa(表压值)。移液管9置于炉外的部分采用内衬加热线的保温罩20来预热保温，熔炼保温期间预热保温温度控制在400～600℃，熔体输送时控制温度在600～800℃。炉体采用全密闭方式密封，炉盖、炉壳及测温进气与引线端均密封处理，炉体全密闭密封处理，在正压保护气作用下，可以通过控制压力大小，将炉内的镁合金液通过移液管压出到铸造箱或浇包中，进行后续工艺操作。在熔炼时，通入微正压保护性气氛熔炼；待熔化、精炼、打渣并静置至合适温度后，增压进行熔体输送。本发明的熔炼保温炉，将熔炼、保温及熔体输送合为一体，可精确控制镁合金熔体流量，抽取坩锅中部较纯净镁合金熔体，实现定流量连续性输送，防止镁合金的氧化、燃烧，结合相应的铸造装备，可制备出高质量的镁合金制品，装置使用安全，操作简便。

具体应用时，将烘干的炉料放入坩埚4内，盖上炉盖8，然后给熔炼炉供电升温，当炉料温度达到400℃时，由保护气供气装置6通过炉盖8上的保护气输入管道14向炉内通以SF6、CO2和干燥空气的混合保护气，混和比例0.01～0.1％SF₆+25～50％CO₂+50～75％干燥空气，对镁合金熔体进行保护，防止其燃烧。镁合金完全熔化后，通过I区测温装置、II区测温装置检测熔体温度，当温度均达到730℃～740℃时，移开工作炉盖8，对镁合金熔液进行合金化处理。镁合金熔液合金化完成之后，对镁合金熔液进行打渣、精炼；然后静置15～60min，将炉盖8紧固装置锁紧，保证密封，同时通以300～1600L/H流量的高压保护气，待密封炉盖8密封完成之后，再将高压保护气的流量调大至合适的流量，炉内就开始建压，当炉内压力表压值达到0.06MPa时，可将炉内的镁合金熔液通过移液管9压出至模具21中，压出镁合金熔液的量可通过调节高压保护气的流量来控制，以适应不同的铸造或铸轧速度要求。

通过采用上述的技术方案，凸显以下特点：

(1)炉壳由型钢及钢板制作而成，用槽钢制成底架，内壁焊有厚度为10mm的钢板，炉壳焊接均采用气密焊，在保证密封性能的同时，具有外形美观，使用寿命长等优点；

(2)炉衬、炉底采用复合型结构，分为耐火隔热层和保温层，此种形式炉衬使用寿命长，维护方便，保温性好，炉壁温升低；

(3)加热元件电阻合金丝绕制成螺旋状搁置在炉膛内的搁丝砖上，并用插口砖固定，通过引出棒引出炉体外与电源连接且密封处理，这种电热元件固定可靠，绝缘性好，安全可靠；加热分为I和II两区，可根据坩埚里面投料的多少来分别调节，以免浪费能量；

(4)坩埚采用耐热钢铸造件，并且炉膛内装有采用耐热钢制成的坩埚定位圈10，使得坩埚在吊装过程中不会碰损搁丝砖、插口砖及电阻丝；

(5)炉盖的外壳由钢板制作而成，内胆采用不锈钢制作，中间填实优质硅酸铝棉，有效地防止炉盖因受热变形而影响到密封性；

(6)采用炉盖和炉体密封的方式，而不是炉盖和坩埚之间密封的方式，采用耐高温材料和硅橡胶密封圈实现炉盖与炉体的密封，使熔炼炉具有良好的密封性；

(7)耐高温材料和硅橡胶密封圈固定于炉体上部的水冷法兰上，水冷法兰内通有循环冷却水，以保证硅橡胶密封圈的使用寿命；

(8)炉盖上装有通低压保护气的管道，以通入保护气来防止炉内镁合金液的氧化燃烧；炉盖上装有测温通道，测温通道用于安装测温热电偶，检测炉内的气温，也可检测炉内镁合金液的温度，以确定合金化、打渣、精炼的时间；

(9)炉盖上装有通高压保护气的管道，以通入高压保护气压出坩埚内的镁合金液；炉盖上装有一根泄压管，泄压管上装有测压仪表，以准确测量炉内压力，保证镁合金液顺利从炉内压出；泄压管上还装有安全阀和排气阀，保证炉子的使用安全性；

(10)移液管进口位于坩埚内沉渣之上，保证压出的镁合金液的纯净度；移液管置于炉外的横向部分向下倾斜一定角度，以保证从炉内压出的镁合金液完全流出，而其余镁合金液回流；移液管置于炉外的部分需要预热保温，以防止镁合金液在传输过程中温度降低导致凝固而堵塞管道。

综上所述，本发明新型的压流式镁合金熔炼保温炉，将镁合金冶炼过程中的熔炼、保温及熔体输送合为一体，精确控制镁合金熔体流量，抽取坩锅中部较纯净镁合金熔体，实现定流量连续性输送，十分有效地防止镁合金熔液在冶炼过程中的氧化、燃烧，结合镁合金熔铸装备，制备出高质量的镁合金制品。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.压流式镁合金熔炼保温炉，包括带有保温层的炉体、置于炉膛内的坩埚(4)、加热元件(3)、测温装置(5)和炉盖(8)，所述炉体包含炉壳(1)和炉衬(2)，其特征在于：所述炉体上部与炉盖配合的部位设有水冷法兰(7)，水冷法兰(7)中设置耐高温耐火填充材料(11)和硅橡胶密封圈(12)，水冷法兰(7)内通循环冷却水，炉盖(8)通过压紧机构(13)与炉体锁紧；测温热电偶(15)和保护气输入管道(14)从炉盖(8)的插孔伸入炉内，在炉盖(8)上装有泄压管(16)，泄压管(16)的顶部装有安全阀(18)和排气阀(19)；移液管(9)经炉体引入炉膛中，移液管进液口与坩锅底部的距离在50～500mm。

2.根据权利要求1所述的压流式镁合金熔炼保温炉，其特征在于：所述泄压管(16)的管路上装有测压仪表(17)。

3.根据权利要求1所述的压流式镁合金熔炼保温炉，其特征在于：所述坩埚(4)的材质为铸铁或耐热钢。

4.根据权利要求1所述的压流式镁合金熔炼保温炉，其特征在于：所述移液管(9)置于炉外的近似水平部分向下倾斜5～30°。

5.根据权利要求1所述的压流式镁合金熔炼保温炉，其特征在于：所述移液管(9)置于炉外的部分设有保温罩(20)。

6.根据权利要求1所述的压流式镁合金熔炼保温炉，其特征在于：所述炉衬为复合型结构，设有耐火隔热层和保温层。

Images