CN116251935B - 一种小料锭制作装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种小料锭制作装置，包括具有化料区和出料收集区的框体，所述化料区容纳有小料锭模具，所述出料收集区内具有低于所述小料锭模具顶部的引流面，所述框体的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件位于所述框体底部的靠近中部位置，第二组支撑件位于所述框体底部的靠近所述化料区的边缘位置，所述框体用于在化料产生的预设数量的液体进入所述出料收集区之后以所述第一组支撑件为支点转动，使所述框体的整体倾斜以将所述小料锭模具表面的多余液体全部引流至所述出料收集区内。利用上述小料锭制作装置，能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。本申请还公开了一种小料锭制作方法。

Description

一种小料锭制作装置和方法

技术领域

本发明属于高纯材料制作设备技术领域，特别是涉及一种小料锭制作装置和方法。

背景技术

区熔法作为一种高纯材料的提纯方法，常用于碲、镉和锌等元素的提纯，为降低环境引入的污染和原料氧化的影响，需要在提纯完成后去除头尾部的杂质含量较高的区域，只保留中间的高纯料锭区域，然后在区熔炉的氢气气氛中，将高纯料锭放入高纯模具中，通过化料或者其他加热方式将大料锭融化成所需的小料锭。以红外材料为例，在红外材料的配料过程中，由于对化学计量比的要求较高，需要更小尺寸的料锭进行化学计量比的配平，因此在材料提纯后，需要熔化成不同尺寸的小料锭，才能进行后续的配料工艺。

如图1所示，图1为现有的小料锭制作装置的示意图，可见其包括具有凹槽的容器101、可放入凹槽内的模具102以及置于模具102上方的大料锭103，将该装置放入区熔设备内之后就能够将大料锭熔化，得到的液体流入模具102中凝固，这就形成了一个个的小料锭。然而，利用上述模具融化料锭的过程中，相邻的小料锭之间的多余料会使相邻的小料锭与小料锭之间发生粘连，如果后续采用物理方式进行分割，就会引入污染，如果将粘连的料锭重新融化成大料锭再熔化和凝固成小料锭，就会降低生产效率。可见，如何让小料锭发生粘连是一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种小料锭制作装置和方法，能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。

本发明提供的一种小料锭制作装置包括具有化料区和出料收集区的框体，所述化料区容纳有小料锭模具，所述出料收集区内具有低于所述小料锭模具顶部的引流面，所述框体的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件位于所述框体底部的靠近中部位置，第二组支撑件位于所述框体底部的靠近所述化料区的边缘位置，所述框体用于在化料产生的预设数量的液体进入所述出料收集区之后以所述第一组支撑件为支点转动，使所述框体的整体倾斜以将所述小料锭模具表面的多余液体全部引流至所述出料收集区内。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述小料锭模具的顶面中间轴线位置最高，且从所述中间轴线向两侧方向高度逐渐降低。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述化料区和所述出料收集区之间设置有隔板，且所述隔板的边缘具有用于流过液体的开孔。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述第一组支撑件包括至少两个支撑杆，所述第二组支撑件也包括至少两个支撑杆。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述第一组支撑件中的两个支撑杆的远离所述框体的一端为半球形或者锥形。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述第一组支撑件及所述第二组支撑件中的两个支撑杆与所述框体之间为可拆卸式的连接。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述框体底部靠近中部位置开设有多个可容纳所述支撑杆的预留孔。

优选的，在上述小料锭制作装置中，所述小料锭模具上的孔形状为圆柱形或圆台形。

本发明提供的一种小料锭制作方法包括：

将待化料放置于如上面任一项所述的小料锭制作装置的小料锭模具上方，将所述小料锭制作装置放入通有惰性气体或者氢气的区熔炉管体内，且使所述小料锭模具位于加热线圈外部；

为所述加热线圈通电，直到所述加热线圈的温度高于所述待化料的熔点；

以第一预设速度将所述加热线圈向所述小料锭模具的方向移动；

当所述加热线圈距离化料孔预设距离时，将移动速度降至第二预设速度；

当所述加热线圈的中心位于所述化料区和所述出料收集区的交界位置时，将所述加热线圈保持不动预设时间之后，断开所述加热线圈的电流。

优选的，在上述小料锭制作方法中，所述气体为高纯惰性气体或高纯氢气，所述第一预设速度为5mm/min至10mm/min，所述预设距离为1cm至5cm，所述第二预设速度为1mm/min至5mm/min，所述预设时间为10min至20min。

通过上述描述可知，本发明提供的上述小料锭制作装置，由于包括具有化料区和出料收集区的框体，所述化料区容纳有小料锭模具，所述出料收集区内具有低于所述小料锭模具顶部的引流面，所述框体的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件位于所述框体底部的靠近中部位置，第二组支撑件位于所述框体底部的靠近所述化料区的边缘位置，所述框体用于在化料产生的预设数量的液体进入所述出料收集区之后以所述第一组支撑件为支点转动，使所述框体的整体倾斜以将所述小料锭模具表面的多余液体全部引流至所述出料收集区内，因此能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。本发明提供的上述小料锭制作方法，具有与上述小料锭制作装置相同的优点。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的小料锭制作装置的示意图；

图2为本发明提供的一种小料锭制作装置的实施例的示意图；

图3为本申请采用的一种小料锭模具的透视图；

图4为本发明提供的一种小料锭制作方法的实施例的示意图；

图5为化料过程的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种小料锭制作装置和方法，能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。

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。

本发明提供的一种小料锭制作装置的实施例如图2所示，图2为本发明提供的一种小料锭制作装置的实施例的示意图，该小料锭制作装置可以包括具有化料区1和出料收集区2的框体3，化料区1容纳有小料锭模具4，出料收集区2内具有低于小料锭模具4顶部的引流面5，框体3的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件6位于框体3底部的靠近中部位置，第二组支撑件7位于框体3底部的靠近化料区1的边缘位置，框体3用于在化料产生的预设数量的液体进入出料收集区2之后以第一组支撑件6为支点转动，使框体3的整体倾斜以将小料锭模具4表面的多余液体全部引流至出料收集区2内。

需要说明的是，可以将该小料锭制作装置放入通氢气的封闭石英管内，无需增加过多的机械部件，就能够实现装置自动抬起以将多余液体排出的目的，利用该装置可以将易氧化和沾污的高纯金属Cd及Zn融化成为小料锭，同时通过设计的这种框体能够消除小料锭之间的粘连问题，具体而言，将放置于化料区1中的大尺寸料锭熔化后，料液进入小料锭模具中，当小料锭模具被填满以后，多余的料液就会沿着引流面5进入出料收集区2中，随着流入的重量增加，出料收集区2的一侧逐渐因变得更重而下沉，使得框体3的右侧以第一组支撑件6为支点转动，最终框体的整体倒向右侧，从而将模具表面的多余液体都引流至出料收集区2内，而引出的多余液体可二次放入化料模具中进行二次化料，从而各个小料锭模具表面就不存在残留的多余料液，这样就不会发生小料锭之间的粘连了，而且这个倾斜的过程无需人工参与，也没有用到其他机械部件进行翻转，这种设计就不会引入其他杂质，也降低了人工操作的成本。

通过上述描述可知，本发明提供的上述小料锭制作装置的实施例中，由于包括具有化料区和出料收集区的框体，化料区容纳有小料锭模具，出料收集区内具有低于小料锭模具顶部的引流面，框体的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件位于框体底部的靠近中部位置，第二组支撑件位于框体底部的靠近化料区的边缘位置，框体用于在化料产生的预设数量的液体进入出料收集区之后以第一组支撑件为支点转动，使框体的整体倾斜以将小料锭模具表面的多余液体全部引流至出料收集区内，因此能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。

在上述小料锭制作装置的一个具体实施例中，参考图3，图3为本申请采用的一种小料锭模具的透视图，小料锭模具4的顶面中间轴线41位置最高，且从中间轴线向两侧方向高度逐渐降低。该小料锭模具用于放进化料区中，在这种情况下，就能够在原料融化过程中，使得多余的料液向模具的两侧流动，从而更好的消除料锭孔表面过多的料液，避免发生小料锭的粘连。

在上述小料锭制作装置的另一个具体实施例中，继续参考图2，化料区1和出料收集区2之间可以设置有隔板8，且隔板8的边缘具有用于流过液体的开孔9。还需要说明的是，框体3上的相应位置设置有与该结构相配合隔板插槽以***该隔板，而且隔板8的两侧边缘可以分别设置一个开孔9，当化料区域的原料全部融化至该开孔9的位置时，多余的原料就从该开孔9处流出，进入出料收集区2内。当然开孔9的位置还可根据实际需要进行调整，而且其尺寸也可以根据实际需要来选取，此处并不限制。

在上述小料锭制作装置的又一个具体实施例中，第一组支撑件6可以包括至少两个支撑杆，第二组支撑件7也可以包括至少两个支撑杆。当每一组支撑件都包括两个支撑杆时，在化料之前，该装置就能够稳定的立住，而当流入出料收集区2的料液足够多之后，就能够使框体3发生转动，从而边缘的两个支撑杆悬空，而当取出小料锭和多余的料液之后，又能恢复至原来的直立状态，可见这样无需人工操作，即可实现两种状态之间的切换，当然还可以设置更多的支撑杆实现更加稳固的支撑，此处并不限制。

在上述小料锭制作装置的一个优选实施例中，第一组支撑件6中的两个支撑杆的远离框体3的一端为半球形或者锥形，这一端用于与下面的石英管或石英板接触，这种形状更加便于连续式的渐进式转动，不会出现突然大角度转动的情况，而支撑杆的另一端用于***框体3下部开设的预留孔中，可以为平头，此处并不限制。

在上述小料锭制作装置的另一个优选实施例中，第一组支撑件6及第二组支撑件7中的两个支撑杆与框体3之间为可拆卸式的连接。而且，框体3底部靠近中部位置可以开设有多个可容纳支撑杆的预留孔，这样第一组支撑件6中的支撑杆就都可以根据实际情况选择放入的预留孔的位置，从而通过这种支撑杆位置的调整，实现整个框体的重心的位置的调整，进而控制待化料的量以及流出料的量。

在上述小料锭制作装置的又一个优选实施例中，小料锭模具4上的孔形状可优选为圆柱形或圆台形，这样就可以做出圆柱形小料锭或圆台形小料锭，当然也可以根据实际需要对这种形状进行调整，此处并不限制。

本发明提供的一种小料锭制作方法的实施例如图4所示，图4为本发明提供的一种小料锭制作方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：

S1：将待化料放置于小料锭制作装置的小料锭模具上方，将小料锭制作装置放入通有惰性气体或者氢气的区熔炉管体内，且使小料锭模具位于加热线圈外部；

S2：为加热线圈通电，直到加热线圈的温度高于待化料的熔点；

S3：以第一预设速度将加热线圈向小料锭模具的方向移动；

S4：当加热线圈距离化料孔预设距离时，将移动速度降至第二预设速度；

S5：当加热线圈的中心位于化料区和出料收集区的交界位置时，将加热线圈保持不动预设时间之后，断开加热线圈的电流。

利用上述方法，能够在增加填充率的同时，减少小料锭表面的粘连，提高化料的成品率。

在上述小料锭制作方法的一个具体实施例中，气体可以优选为高纯惰性气体或高纯氢气，第一预设速度可优选为5mm/min至10mm/min，预设距离可优选为1cm至5cm，第二预设速度可优选为1mm/min至5mm/min，预设时间可优选为10min至20min。

下面以一个具体的例子对上述方法进行说明，参考图5，图5为化料过程的示意图，该方法可以包括如下步骤：

步骤1：将化料模具组装完毕，将待化料放置于模具化料区内，随后将模具放置于炉体石英管中加热线圈外部，模具左侧距离线圈最右侧5cm，再将区熔炉真空件紧固，如图5中的A所示；

步骤2：将石英管内部抽真空，通入高纯氩气，重复2～4次，随后充入高纯H₂同时并保持一定流量(1～3L/min)；

步骤3：加热线圈通入电流，使加热线圈温度高于材料熔点5～10℃；

步骤4：线圈缓慢向模具方向移动，移动速度5～10mm/min，如图5中的B所示；

步骤5：加热线圈距离化料孔1cm位置时，如图5中的C所示，将移动速度减小到1～5mm/min；

步骤6：当线圈中心位于隔板化料孔时，保持10～20min，如图5中的D所示，随后断开加热线圈电流；

步骤7：料锭常温后，关闭氢气进气阀，用高纯氩气排出内部氢气，取料。

需要说明的是，上述步骤中，在化料进行过程中，液体料流入小料锭模具孔内，随着化料过程的进行，整体重心向右偏移，当液体料流过隔板孔流入出料收集区时，重心快速向右发生偏移，此时按照第一组支撑组件将整个结构分左右两个部分，左侧重心L在第一组支撑组件产生的力矩水平向左分量在料锭融化转移的过程中逐渐减小，而右侧重心R在第一组支撑组件产生的力矩水平向右分量在料锭融化转移过程中逐渐增加，当大于L在第一组支撑组件力矩水平向左分量时，整体会以第一组支撑组件为中心向右偏移，因此会加速化料区内部液态原料通过隔板孔向出料收集区流动的速度，最终将化料区小料锭模具上面多余的料全部排出，因此消除了小锭之间的粘连。另外，可以根据化料量的多少对下部第一组支撑组件的位置进行调节，达到让化料最大限度流入小锭模具孔内的目的。

综上所述，利用本申请提供的上述小料锭制作装置，能够实现小料锭模具在石英管内部的自主倾斜，将小料锭模具表面多余料全部引出到外部，消除小料锭之间的粘连，增加化小料锭的成功率。而且，可以根据放入原料的质量来调节下部支撑杆的位置，从而增加流入小料锭模具槽中的原料量，减小流出料量，增加利用率。通过上述小料锭制作方法中的化料步骤，将原料填满小料锭孔，并完成模具的自主旋转抬起，完全排出小化料模具上部的余料。

还需要说明的是，一般而言，通氢气石英管结构会尽可能的减少机械传动机构的数量，因为石英管内外实现机械传动的机构增加会加大漏气风险，而常规的化料模具一般为一侧高一侧低的结构或者水平的结构，倾斜角度过大会使得料孔填充不均匀，利用率低，较小的角度会产生料锭粘连。本申请的上述方案采用了先水平后倾斜的方式完成小料锭的料孔的填充，同时在石英管内部利用重心的偏移实现模具的偏转，将多余料排出，从而在增加了填充率的同时，减小了小料锭表面的粘连，提高了化料成品率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种小料锭制作装置，其特征在于，包括具有化料区和出料收集区的框体，所述化料区容纳有多个小料锭模具，所述出料收集区内具有低于所述小料锭模具顶部的引流面，所述框体的底部具有至少两组支撑件，其中，第一组支撑件位于所述框体底部的靠近中部位置，第二组支撑件位于所述框体底部的靠近所述化料区的边缘位置，所述框体用于在化料产生的预设数量的液体进入所述出料收集区之后以所述第一组支撑件为支点转动，使所述框体的整体倾斜以将所述小料锭模具表面的多余液体全部引流至所述出料收集区内。

2.根据权利要求1所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述小料锭模具的顶面中间轴线位置最高，且从所述中间轴线向两侧方向高度逐渐降低。

3.根据权利要求2所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述化料区和所述出料收集区之间设置有隔板，且所述隔板的边缘具有用于流过液体的开孔。

4.根据权利要求3所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述第一组支撑件包括至少两个支撑杆，所述第二组支撑件也包括至少两个支撑杆。

5.根据权利要求4所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述第一组支撑件中的两个支撑杆的远离所述框体的一端为半球形或者锥形。

6.根据权利要求5所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述第一组支撑件及所述第二组支撑件中的两个支撑杆与所述框体之间为可拆卸式的连接。

7.根据权利要求6所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述框体底部靠近中部位置开设有多个可容纳所述支撑杆的预留孔。

8.根据权利要求1所述的小料锭制作装置，其特征在于，所述小料锭模具上的孔形状为圆柱形或圆台形。

9.一种小料锭制作方法，其特征在于，包括：

将待化料放置于如权利要求1-8任一项所述的小料锭制作装置的小料锭模具上方，将所述小料锭制作装置放入通有惰性气体或者氢气的区熔炉管体内，且使所述小料锭模具位于加热线圈外部；

为所述加热线圈通电，直到所述加热线圈的温度高于所述待化料的熔点；

以第一预设速度将所述加热线圈向所述小料锭模具的方向移动；

当所述加热线圈距离化料孔预设距离时，将移动速度降至第二预设速度；

当所述加热线圈的中心位于所述化料区和所述出料收集区的交界位置时，将所述加热线圈保持不动预设时间之后，断开所述加热线圈的电流。

10.根据权利要求9所述的小料锭制作方法，其特征在于，所述气体为高纯惰性气体或高纯氢气，所述第一预设速度为5mm/min至10mm/min，所述预设距离为1cm至5cm，所述第二预设速度为1mm/min至5mm/min，所述预设时间为10min至20min。