一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺制造技术

一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；本发明专利技术通过对镁合金生产线设备中冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉和合金熔炼炉结构的改进，使其能够在全程真空和惰性气体保护的条件下，快速、高效、安全、自动化的完成超高纯度镁合金的生产，以制备出高品质和质量的高纯镁合金。

【技术实现步骤摘要】
一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺
本专利技术涉及工业镁合金制备装置
，具体的说是一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备和工艺。
技术介绍
镁合金是以镁为原料的高性能轻型结构材料，比重与塑料相近，刚度、强度不亚于铝，具有较强的抗震、防电磁、导热、导电等优异性能，并且可以全回收无污染。镁合金质量轻，其密度只有1.7kg/m3，是铝的2/3，钢的1/4，强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能够承受一定的负荷，具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低，具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，非常适合用于汽车的生产中，同时在航空航天、便携电脑、手机、电器、运动器材等领域有着广泛的应用空间。普通镁合金的主要缺点是耐腐蚀性差，某些环境中易在较短时间内因腐蚀使镁合金的功能失效，其中的杂质有害元素主要有Fe、Ni、Cu、Be、Si、Sr、Sb、Sn等，这些微量元素的存在直接影响镁合金的性能和使用寿命。金属镁是镁合金的基体，国标金属镁中的镁含量为99.92-99.98%，但国标测量方法是仅测量部分杂质的含量，主要这些用于测量的部分杂质的元素含量在0.0001-0.02%之间，再用合金的总量减去几种测量杂质含量，默认为剩余的就是镁含量。实际上，由于金属镁中具有较多有害杂质，标准工业镁的实际镁含量是小于99.9%的。而含有有害杂质的镁合金在各项性能上均明显差于高纯镁金属制备的镁合金，即：在镁合金的制备过程中，如何先制备出纯度较高的高纯金属镁，再定量进行其他合金元素的添加，将直接影响成品镁合金的质量和性能。因此，如何制备出高纯度的镁晶体，再将其熔化后进行镁合金的熔炼对于成品镁合金的性能来说尤为重要。现有技术在生产镁合金的过程中，主要存在以下几点显著缺陷：1、用于熔炼金属镁或镁合金的容器主要有低碳钢坩埚和不锈钢容器，无论低碳钢坩埚，还是不锈钢容器在高温下自身抗腐蚀性差，容器内易产生杂质污染镁和镁合金；2、大多数情况下，金属镁的加热挥发和镁合金熔炼等过程均是在在空气中进行的，在高温下金属镁、金属铁、金属铝等常用金属均存在化学性质活泼的问题，很容易被空气氧化，在熔炼时，为了防止金属原料的氧化，通常需要在炉体上部加入覆盖剂，但隔氧性覆盖剂的加入会对炉体内的镁合金带来二次污染，影响其成品纯度和品质；3、现有的熔炼设备熔炼效率较低，且不能自动化连续生产，造成镁合金的成品制备工艺周期较长，且设备通常体积较大，安全性也无法保证。4、部分在真空条件下制造的镁合金，制造的工艺是间歇式操作，无法连续自动化生产，且工艺复杂，过程中混入杂质较多，且设备耗能较高，产量低。5、传统的镁合金制造工艺不能有效的解决二次污染问题，造成我国的高纯镁金产业远远落后于发达国家，据有关报道，国内75%的高档镁合金仍然依赖进口。因此，如何对现有技术中的镁合金的生产线设备和工艺进行合理改进，使其能过高效、快速、稳定、安全的制备出高纯度的镁合金实为必要。
技术实现思路
本专利技术的技术目的为：通过对镁合金生产线设备中冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉和合金熔炼炉结构的改进，使其能够在全程真空和惰性气体保护的条件下，快速、高效、安全、自动化的完成超高纯度镁合金的生产，以制备出高品质和质量的高纯镁合金。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，所述的抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；所述的加热挥发炉上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件，该真空进料组件与控制机构和抽真空组件连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉的内部，在加热挥发炉的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀；所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口、出料口、真空组件连接口和惰性气体入口，其中，真空组件连接口与抽真空组件连接，惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，晶体熔化炉的进料口与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀，晶体熔化炉的出料口通过一段出料管与合金熔炼炉的进料口连接，合金熔炼炉的出料口也通过一段出料管与合金成型装置的进料口对接，在每个出料管上均设置有电控阀和计量泵，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口，所述的真空阀、电控阀、计量泵和惰性气体气源均与控制机构连接。优选的，所述的冷却结晶器包括立式双层壳体、内部多层结晶组件和循环水冷却组件，立式双层壳体由上下对接设置的上部结晶段和下部收集段构成，其中，上部结晶段呈下端开口的立式双层圆筒状结构，且在双层圆筒状结构之间设置有用于冷却水通过的夹层空腔，在上部结晶段的侧壁上还开设有与镁蒸气过滤装置对接的镁蒸气进口，下部收集段呈漏斗状结构，且在漏斗状下部收集段的底端开设有与真空接收器对接的镁晶体出口；所述的内部多层结晶组件设置在立式双层壳体的内部，其包括至少一个与立式双层壳体同轴设置的圆筒形结晶器，该圆筒形结晶器包括水平设置的一个圆环形封堵板和设置在圆环形封堵板下表面上的两个竖直圆筒，两个竖直圆筒分别沿圆环形封堵板的内外径设置，使两个竖直圆筒之间构成一个用于冷却水通过的夹层空腔，且该夹层空腔的底端设置有密封板；所述的循环水冷却组件包括冷却塔、供水管以及多个分水管、输水管和回水管，所述供水管的一端与冷却塔的出水口连接，供水管的另一端延伸至立式双层壳体的内部，且该端部连接有多个分水管，所述分水管的个数与整个冷却结晶装置中夹层空腔的个数一致，且相互之间一一对应，每个分水管用于为其所对应的夹层空腔进行循环水供给，在每个分水管上均设置有电控阀门，该电控阀门与控制机构电连接，在每个夹层空腔内均设置有多个输水管，该输水管连接在分数管的末端，且每个输水管的出水末端均位于其所在夹层空腔的顶端，所述每个夹层空腔的底端均开设有回水口，且每个回水口均通过一个回水管与冷却塔的进水口连接。优选的，所述的冷却结晶器还包括设置在立式双层壳体内部的扫晶组件，该扫晶组件包括驱动电机和扫晶架，所述的扫晶架包括在一个水平圆圈内呈辐射状设置的多个固定杆，以及设置在固定杆下表面上的多个扫晶件，所述扫晶件的个数为整个冷却结晶装置中圆筒形结晶器个数的二倍多一个，且多个扫晶件分别与圆筒形结晶器的内壁、外壁以及立式双层壳体的内壁一一对应，以实现对圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁进行已冷却晶体镁的扫落，每个扫晶件包括上下相对应设置的两个固定环，在上下相对应的两个固定环之间竖直设置有至少一个扫晶杆，该扫晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，所述的抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；/n所述的加热挥发炉上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件，该真空进料组件与控制机构和抽真空组件连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉的内部，在加热挥发炉的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀；/n所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口、出料口、真空组件连接口和惰性气体入口，其中，真空组件连接口与抽真空组件连接，惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，晶体熔化炉的进料口与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀，晶体熔化炉的出料口通过一段出料管与合金熔炼炉的进料口连接，合金熔炼炉的出料口也通过一段出料管与合金成型装置的进料口对接，在每个出料管上均设置有电控阀和计量泵，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口，所述的真空阀、电控阀、计量泵和惰性气体气源均与控制机构连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：包括抽真空组件以及分别与抽真空组件连接的控制机构、加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置，所述的抽真空组件能够在控制机构的控制下，对加热挥发炉、镁蒸气过滤装置、冷却结晶器、真空接收器、晶体熔化炉、合金熔炼炉和合金成型装置的内部进行抽真空处理；
所述的加热挥发炉上设置有连续进料口和镁蒸气出口，连续进料口处设置有真空进料组件，该真空进料组件与控制机构和抽真空组件连接，其能够在控制机构的控制下，于真空条件下将金属镁原料连续进料至加热挥发炉的内部，在加热挥发炉的镁蒸汽出口处依次、且顺序设置有分别与控制机构连接的镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器，以在控制机构的控制下，分别对镁蒸汽出口处流出的金属镁蒸汽进行过滤、冷却和收集，所述镁蒸气过滤装置、冷却结晶器和真空接收器的内部相互贯通，且相互对接处均设置有用于控制其相互之间通断的真空阀；
所述的晶体熔化炉和合金熔炼炉上均设置有进料口、出料口、真空组件连接口和惰性气体入口，其中，真空组件连接口与抽真空组件连接，惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，晶体熔化炉的进料口与真空接收器的卸料口对接，且该对接处设置有真空阀，晶体熔化炉的出料口通过一段出料管与合金熔炼炉的进料口连接，合金熔炼炉的出料口也通过一段出料管与合金成型装置的进料口对接，在每个出料管上均设置有电控阀和计量泵，合金熔炼炉的顶部还设置有一个合金添加口，所述的真空阀、电控阀、计量泵和惰性气体气源均与控制机构连接。


2.根据权利要求1所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的冷却结晶器包括立式双层壳体、内部多层结晶组件和循环水冷却组件，立式双层壳体由上下对接设置的上部结晶段和下部收集段构成，其中，上部结晶段呈下端开口的立式双层圆筒状结构，且在双层圆筒状结构之间设置有用于冷却水通过的夹层空腔，在上部结晶段的侧壁上还开设有与镁蒸气过滤装置对接的镁蒸气进口，下部收集段呈漏斗状结构，且在漏斗状下部收集段的底端开设有与真空接收器对接的镁晶体出口；
所述的内部多层结晶组件设置在立式双层壳体的内部，其包括至少一个与立式双层壳体同轴设置的圆筒形结晶器，该圆筒形结晶器包括水平设置的一个圆环形封堵板和设置在圆环形封堵板下表面上的两个竖直圆筒，两个竖直圆筒分别沿圆环形封堵板的内外径设置，使两个竖直圆筒之间构成一个用于冷却水通过的夹层空腔，且该夹层空腔的底端设置有密封板；
所述的循环水冷却组件包括冷却塔、供水管以及多个分水管、输水管和回水管，所述供水管的一端与冷却塔的出水口连接，供水管的另一端延伸至立式双层壳体的内部，且该端部连接有多个分水管，所述分水管的个数与整个冷却结晶装置中夹层空腔的个数一致，且相互之间一一对应，每个分水管用于为其所对应的夹层空腔进行循环水供给，在每个分水管上均设置有电控阀，该电控阀与控制机构电连接，在每个夹层空腔内均设置有多个输水管，该输水管连接在分数管的末端，且每个输水管的出水末端均位于其所在夹层空腔的顶端，所述每个夹层空腔的底端均开设有回水口，且每个回水口均通过一个回水管与冷却塔的进水口连接。


3.根据权利要求2所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的冷却结晶器还包括设置在立式双层壳体内部的扫晶组件，该扫晶组件包括驱动电机和扫晶架，所述的扫晶架包括在一个水平圆圈内呈辐射状设置的多个固定杆，以及设置在固定杆下表面上的多个扫晶件，所述扫晶件的个数为整个冷却结晶装置中圆筒形结晶器个数的二倍多一个，且多个扫晶件分别与圆筒形结晶器的内壁、外壁以及立式双层壳体的内壁一一对应，以实现对圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁进行已冷却晶体镁的扫落，每个扫晶件包括上下相对应设置的两个固定环，在上下相对应的两个固定环之间竖直设置有至少一个扫晶杆，该扫晶杆与其所对应的圆筒形结晶器的内壁或外壁或立式双层壳体的内壁之间的距离为5-15mm，所述的驱动电机设置在立式双层壳体的顶部，并与控制机构电连接，其能在控制机构的控制下带动整个扫晶架进行旋转扫晶作业。


4.根据权利要求1所述的一种连续真空熔炼制备高纯镁合金的生产线设备，其特征在于：所述的真空接收器包括立式单层壳体，该立式单层壳体由圆筒形上部和漏斗状下部上下对接组成，圆筒形上部包括圆形顶板和围设在圆形顶板下表面上的侧围板，在圆形顶板的上表面中心处开设有镁晶体进口，该镁晶体进口与冷却结晶器对接，且镁晶体进口处还设置有用于控制其通断的真空阀，所述侧围板的一侧开设有真空组件连接口，该真空组件连接口与抽真空组件连接，侧围板的另一侧开设有惰性气体入口，该惰性气体入口与外设的惰性气体气源连接，在侧围板上还设置有多个用于观测立式单层壳体内部状况的透明视窗，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森安，安俊超，李豪，郑传涛，
申请(专利权)人：西格马河南高温科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41