一种纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的制作方法

1.本实用新型涉及精熔设备技术领域，具体涉及一种纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备。


背景技术：

2.纳米晶合金是指在非晶合金的基础上通过热处理获得的纳米晶结构的软磁合金，纳米晶合金具有更加优异的软磁性能，并且纳米晶合金材料的制造过程和使用过程都将是节能的，是新世纪重点发展的绿色节能产品。因此，纳米晶合金材料由于其独特的组织结构、高效的制备工艺、优异的材料性能和广阔的应用前景，一直受到材料科学工作者和产业界的特别关注。
3.纳米晶合金的生产过程包括：母合金的冶炼一中间包一喷嘴(喷射)一高速旋转的冷却辊一带辊分离一导引机构一自动同步卷绕。其中，精熔设备是纳米晶合金生产线上母合金的冶炼的核心设备，目前，现有技术中使用的石英熔融电炉普遍存在单位能耗高，电耗约占总成本60％，一级品率低(一般在30％左右)的问题。并且，目前国内使用的纳米晶合金精熔设备存在以下问题，精熔设备没有保温措施，精熔设备的壁面温度很高，生产过程比较危险，通过炉体金属外壁向外界释放的热量较大，能源浪费现象比较严重，自动化程度低。因此，设计一种纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，降低电耗的同时，降低运行维护成本，自动化控制，解决上述问题。
4.中国专利申请号为cn201620347007.5公开了一种铝合金熔炼精炼器，是克服现有的铝合金溶液精炼操作复杂、且精炼剂在铝合金溶液中分布不均的缺点，没有对精熔设备的自动化程度低、能源浪费严重的问题进行改进。


技术实现要素：

5.实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，结构设计合理，操作方便，自动化程度高，方便向料筒内充入氮气同时加入精炼剂，有利于提高精熔质量，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能，应用前景广泛。
6.技术方案：一种纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，包括精熔炉本体、保温层、加热层、料筒、机架；所述料筒为圆柱形并且安装在精熔炉本体内部中心处，所述料筒上盖的中心开有加料口，所述加料口与密封加料机配合使用；所述加热层套在所述料筒外围，所述保温层套在所述加热层外围，所述精熔炉本体固定安装在机架上，所述加热层依次通过连接件、短路继电器、控制开关与外部电源电性连接，所述短路继电器的外表面一端固定安装有接地棒；所述料筒顶部左侧、右侧对称设置有精炼器；所述保温层为方形并且所述保温层由外至内依次包括低温保温层、中温保温层、高温保温层；所述加热层为方形并且所述加热层是由若干个石墨加热组件围成，所述加热层与料筒之间的缝隙设置有导热绝缘层。
7.本实用新型所述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，结构设计合理，操作
方便，所述加料口配以悬挂式的密封加料机，既减少了物料飞扬，又减少了热损失，同时还加速了精熔，自动化程度高；加热层布置为四周环绕式，并且采用石墨加热组件作为加热层，方便对温度进行调节，自动化程度高，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能；其中，石墨加热组件使用温度可到2500℃，导热系数大，热膨胀系数低，重量轻，损耗小，石墨电极在通电后会在表面生成保护膜，防止石墨电极过度损耗易加工；通过设置短路继电器，电路中一旦发生短路，短路继电器中控制回路熔断器熔丝会熔断，从而切断整个电路，而且接地棒会将部分电流引入地下，不会造成人员触电，提高了生产过程中的安全性；所述料筒为圆柱形，但保温层、加热层为方形，这是因为圆柱形的加热层加工难度更大，加热层与外界电源相连时方位确定要求的精度更大；由于目前市场上的保温材料，能够在1500℃以上正常工作的材料非常昂贵，而800℃以下的保温材料比较常见，价格也比较便宜，所以本实用新型的保温层的设计采用多层布置的结构，所述保温层结构分为低温保温层、中温保温层、高温保温层三个区域，提高了保温效果，更加节能；料筒顶部左侧、右侧对称设置有精炼器，方便向料筒内充入氮气同时加入精炼剂，操作简单、分布均匀，有利于提高精熔质量。
8.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述低温保温层为酸铝保温棉；所述中温保温层由氧化铝空心球砖堆砌；所述高温保温层由氧化镁填充。
9.因为高温保温层直接与加热层接触，因此高温保温层要能够在2000℃下连续正常工作，氧化镁熔点为2820℃，导热率都小于10w/m
·
k，能起到较好的隔热效果，并且价格较为低廉；通过高温保温层的降温，使得中温保温层的内壁面温度正降到1500℃，中温保温材料能够在1500℃连续正常工作，氧化铝空心球砖可以在1800℃以下能够保持较好的完整性，使用时间较长，并且密度在耐火砖中属于比较低的，可以减轻重量，保温效果好，稳定性好，堆砌好后与精熔炉本体之间的空间正好能够容纳氧化镁粉末；中温保温层的降温使得低温保温层需要在800℃下正常工作即可，酸铝保温棉质量稳定可靠，抗裂性能好，重量轻，保温性能好，很适合填充炉体缝隙，温度在40-1000℃范围内快速变化，保温层都不会开裂，脱落，不燃烧，是优良的保温材料，并且价格低廉。通过三层保温层的降温，最终使得外壁面温度不超过70℃，达到了操作的安全温度。
10.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述石墨加热组件为可拆卸的结构，所述石墨加热组件由三片外形完全一样的石墨组件、连接电源正极的石墨件、连接电源负极的石墨件组成；所述石墨组件、连接电源正极的石墨件、连接电源负极的石墨件石墨组件之间通过石墨螺丝连接。
11.这种结构设计，是为了减小加工难度，降低了石墨加热组件的加工成本，并且方便拆卸和安装，运输过程中可拆分，分开包装，运输的可靠性更高，并且各组件之间接触紧密，接触电阻很小，整个石墨加热组件电阻分布比较均匀，使得发热功率分布也是非常均匀的，料筒内部不会因为加热不均匀导致局部温度过高。
12.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述精炼器包括用于盛放精炼剂的上大下小的锥形的内胆和位于所述内胆外部包围所述内胆的精炼器外壳，所述内胆与所述精炼器外壳之间形成腔体，所述精炼器外壳上设置有顶盖，所述顶盖盖住所述内胆顶部的开口和腔体的开口并且与所述精炼器外壳可拆卸地固定在一起；所述顶盖上设有顶盖入料口及盖住所述顶盖入料口的入料盖，所述内胆壁面设置有透孔，所述内胆的
下部尖端设置开口，所述精炼器外壳的下部尖端也设置开口，内胆与精炼器外壳的开口在上下方向上相对形成精炼剂出料口。
13.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述精炼器还包括与内胆内部空间的顶部相通的第一氮气管、与所述腔体相通的第二氮气管、与所述精炼剂出料口相通的精炼剂出料管和与所述精炼剂出料管相通的第三氮气管；所述第三氮气管伸入料筒内。
14.本实用新型所述精炼器，可以实现将氮气和精炼剂同时充入料筒内，方便调节，自动化程度高，并且第二氮气管向腔体内充氮气，可将内胆内的精炼剂吹散成雾状，最终使得精炼剂以均匀的雾状进入精熔设备内，从而使得精炼剂可以均匀地与精熔设备内母合金溶液混合。
15.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述精炼剂出料管上设有精炼剂出料阀，所述第三氮气管与所述精炼剂出料管连接的位置处于所述精炼剂出料阀的下游；所述第一氮气管上设有第一气阀，所述第二氮气管上设有第二气阀，第三氮气管上设有第三气阀，所述第三气阀位于所述第三氮气管与所述精炼剂出料管连接的位置的上游。
16.通过第一气阀、第二气阀和第三气阀来分别调节第一氮气管、第二氮气管和第三氮气管的气压，使得第三氮气管的气压大于第一氮气管的气压，第一氮气管的气压大于第二氮气管的气压。第二氮气管的氮气仅用于将精炼剂吹散成雾状，因此其需要的压力最小。第一氮气管的氮气需要克服第二氮气管在内胆产生的压力，将精炼剂向精炼剂出料口输送，因此需要比第二氮气管更大的气压。第三氮气管的氮气需要使精炼剂出料管内的精炼剂和氮气转向，并且需要克服精熔设备内压力，因此需要比第一氮气管更大的气压。
17.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述连接件包括石墨棒、铜电极套筒、铜电极套、石墨粉；所述石墨棒一端与石墨加热组件螺纹连接和另一端穿设保温层、精熔炉本体；所述石墨棒伸出精熔炉本体炉壁插入铜电极套中，所述铜电极套与外接电源通过导线相连；所述铜电极套套在铜电极套筒内，所述石墨棒和铜电极套之间填充有石墨粉。
18.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述精熔炉本体炉壁外侧设置有硅胶垫片，所述石墨棒伸出精熔炉本体炉壁后穿过所述硅胶垫片。
19.进一步的，上述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述铜电极套上布置水冷盘管。
20.本实用新型的有益效果为：
21.（1）本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，结构设计合理，操作方便，所述加料口配以悬挂式的密封加料机，既减少了物料飞扬，又减少了热损失，同时还加速了精熔，自动化程度高；通过三层保温层的降温，最终使得外壁面温度不超过70℃，达到了操作的安全温度，提高了保温效果，更加节能；
22.（2）本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，加热层布置为四周环绕式，并且采用石墨加热组件作为加热层，方便对温度进行调节，自动化程度高，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能；
23.（3）本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，所述精炼器可以实
现将氮气和精炼剂同时充入料筒内，方便调节，自动化程度高，并且第二氮气管向腔体内充氮气，可将内胆内的精炼剂吹散成雾状，最终使得精炼剂以均匀的雾状进入精熔设备内，从而使得精炼剂可以均匀地与精熔设备内母合金溶液混合，有利于提高精熔质量。
附图说明
24.图1为本实用新型本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的正视剖面示意图；
25.图2为本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的正视剖面局部示意图；
26.图3为本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的石墨加热组件结构示意图；
27.图4为本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的精炼器结构示意图；
28.图5为本实用新型所述纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备的连接件结构示意图；
29.图中：精熔炉本体1、保温层2、低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23、加热层3、石墨加热组件31、石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313、导热绝缘层32、料筒4、加料口41、机架5、短路继电器51、控制开关52、接地棒53、密封加料机6、连接件7、石墨棒71、铜电极套筒72、铜电极套73、石墨粉74、硅胶垫片75、水冷盘管76、外部电源8、精炼器9、内胆91、精炼器外壳92、顶盖93、顶盖入料口931、入料盖932、精炼剂出料口94、第一氮气管941、第一气阀942、第二氮气管95、第二气阀951、精炼剂出料管96、精炼剂出料阀961、第三氮气管97、第三气阀971。
具体实施方式
30.下面结合附图1~5和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
31.如图1、2所示的上述结构的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，包括精熔炉本体1、保温层2、加热层3、料筒4、机架5；所述料筒4为圆柱形并且安装在精熔炉本体1内部中心处，所述料筒4上盖的中心开有加料口41，所述加料口41与密封加料机6配合使用；所述加热层3套在所述料筒4外围，所述保温层2套在所述加热层3外围，所述精熔炉本体1固定安装在机架5上，所述加热层3依次通过连接件7、短路继电器51、控制开关52与外部电源8电性连接，所述短路继电器51的外表面一端固定安装有接地棒53；所述料筒4顶部左侧、右侧对称设置有精炼器9；所述保温层2为方形并且所述保温层2由外至内依次包括低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23；所述加热层3为方形并且所述加热层3是由若干个石墨加热组件31围成，所述加热层3与料筒4之间的缝隙设置有导热绝缘层32。
32.进一步的，所述低温保温层21为酸铝保温棉；所述中温保温层22由氧化铝空心球砖堆砌；所述高温保温层23由氧化镁填充。
33.进一步的，如图3所示，所述石墨加热组件31为可拆卸的结构，所述石墨加热组件31由三片外形完全一样的石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313组成；所述石墨组件311、连接电源正极的石墨件312、连接电源负极的石墨件313石墨
组件之间通过石墨螺丝连接。
34.进一步的，如图4所示，所述精炼器9包括用于盛放精炼剂的上大下小的锥形的内胆91和位于所述内胆91外部包围所述内胆的精炼器外壳92，所述内胆91与所述精炼器外壳92之间形成腔体，所述精炼器外壳92上设置有顶盖93，所述顶盖93盖住所述内胆91顶部的开口和腔体的开口并且与所述精炼器外壳92可拆卸地固定在一起；所述顶盖93上设有顶盖入料口931及盖住所述顶盖入料口931的入料盖932，所述内胆91壁面设置有透孔，所述内胆91的下部尖端设置开口，所述精炼器外壳92的下部尖端也设置开口，内胆91与精炼器外壳92的开口在上下方向上相对形成精炼剂出料口94。
35.进一步的，所述精炼器9还包括与内胆91内部空间的顶部相通的第一氮气管941、与所述腔体相通的第二氮气管95、与所述精炼剂出料口94相通的精炼剂出料管96和与所述精炼剂出料管96相通的第三氮气管97；所述第三氮气管97伸入料筒4内。
36.进一步的，所述精炼剂出料管96上设有精炼剂出料阀961，所述第三氮气管97与所述精炼剂出料管96连接的位置处于所述精炼剂出料阀961的下游；所述第一氮气管941上设有第一气阀942，所述第二氮气管95上设有第二气阀951，第三氮气管97上设有第三气阀971，所述第三气阀971位于所述第三氮气管97与所述精炼剂出料管96连接的位置的上游。
37.进一步的，如图5所示，所述连接件7包括石墨棒71、铜电极套筒72、铜电极套73、石墨粉74；所述石墨棒71一端与石墨加热组件31螺纹连接和另一端穿设保温层2、精熔炉本体1；所述石墨棒71伸出精熔炉本体1炉壁插入铜电极套73中，所述铜电极套73与外接电源通过导线相连；所述铜电极套73套在铜电极套筒72内，所述石墨棒71和铜电极套73之间填充有石墨粉74。
38.进一步的，所述精熔炉本体1炉壁外侧设置有硅胶垫片75，所述石墨棒71伸出精熔炉本体1炉壁后穿过所述硅胶垫片75。
39.进一步的，所述铜电极套73上布置水冷盘管76。
实施例
40.基于以上的结构基础，如图1~5所示。
41.本实用新型所述的纳米晶合金生产线上的全自动精熔设备，结构设计合理，操作方便，所述加料口41配以悬挂式的密封加料机6，既减少了物料飞扬，又减少了热损失，同时还加速了精熔，自动化程度高；加热层3布置为四周环绕式，并且采用石墨加热组件31作为加热层，方便对温度进行调节，自动化程度高，可连接生产，生产效率更高，操作危险性小，经济性更高，更节能；其中，石墨加热组件31使用温度可到2500℃，导热系数大，热膨胀系数低，重量轻，损耗小。
42.进一步的，通过设置短路继电器51，电路中一旦发生短路，短路继电器51中控制回路熔断器熔丝会熔断，从而切断整个电路，而且接地棒53会将部分电流引入地下，不会造成人员触电，提高了生产过程中的安全性。
43.进一步的，所述料筒4为圆柱形，但保温层2、加热层3为方形，这是因为圆柱形的加热层3加工难度更大，加热层3与外界电源8相连时方位确定要求的精度更大。
44.由于目前市场上的保温材料，能够在1500℃以上正常工作的材料非常昂贵，而800℃以下的保温材料比较常见，价格也比较便宜，所以本实用新型的保温层2的设计采用多层
布置的结构，所述保温层结构分为低温保温层21、中温保温层22、高温保温层23三个区域，因为高温保温层23直接与加热层2接触，因此高温保温层23要能够在2000℃下连续正常工作，氧化镁熔点为2820℃，导热率都小于10w/m
·
k，能起到较好的隔热效果，并且价格较为低廉；通过高温保温层23的降温，使得中温保温层22的内壁面温度正降到1500℃，中温保温材料能够在1500℃连续正常工作，氧化铝空心球砖可以在1800℃以下能够保持较好的完整性，使用时间较长，并且密度在耐火砖中属于比较低的，可以减轻重量，保温效果好，稳定性好，堆砌好后与精熔炉本体1之间的空间正好能够容纳氧化镁粉末；中温保温层22的降温使得低温保温层21需要在800℃下正常工作即可，酸铝保温棉质量稳定可靠，抗裂性能好，重量轻，保温性能好，很适合填充炉体缝隙，温度在40-1000℃范围内快速变化，保温层都不会开裂，脱落，不燃烧，是优良的保温材料，并且价格低廉。通过三层保温层的降温，最终使得外壁面温度不超过70℃，既提高了保温效果，又达到了操作的安全温度。
45.进一步的，所述石墨加热组件31的结构设计，是为了减小加工难度，降低了石墨加热组件31的加工成本，并且方便拆卸和安装，运输过程中可拆分，分开包装，运输的可靠性更高，并且各组件之间接触紧密，接触电阻很小，整个石墨加热组件31电阻分布比较均匀，使得发热功率分布也是非常均匀的，料筒4内部不会因为加热不均匀导致局部温度过高。
46.进一步的，所述精炼器9结构设计合理，所述顶盖93盖住内胆91的顶部的开口和腔体的开口并且与精炼器外壳92可拆卸地固定在一起，顶盖93上设有顶盖入料口931及盖住顶盖入料口931的入料盖932。通常情况下，精炼剂通过顶盖入料口931送入内胆91，然后盖上入料盖932。在一些特殊情况下，例如精炼剂结成块，可打开顶盖93，对精炼剂进行疏散或者将精炼剂取出。
47.进一步的，所述精炼器9，可以实现将氮气和精炼剂同时充入精熔设备内，并且第二氮气管95向腔体内充氮气，可将内胆内的精炼剂吹散成雾状，最终使得精炼剂以均匀的雾状进入精熔设备内，从而使得精炼剂可以均匀地与精熔设备内母合金溶液混合。
48.其中，通过第一气阀942、第二气阀991和第三气阀971来分别调节第一氮气管941、第二氮气管99和第三氮气管97的气压，使得第三氮气管97的气压大于第一氮气管941的气压，第一氮气管941的气压大于第二氮气管95的气压。第二氮气管的95氮气仅用于将精炼剂吹散成雾状，因此其需要的压力最小。第一氮气管941的氮气需要克服第二氮气管95在内胆产生的压力，将精炼剂向精炼剂出料口96输送，因此需要比第二氮气管95更大的气压。第三氮气管97的氮气需要使精炼剂出料管96内的精炼剂和氮气转向，并且需要克服精熔设备内压力，因此需要比第一氮气管941更大的气压，有利于提高精熔质量。
49.进一步的，进一步的，由于连接件7直接与石墨加热组件31相连，石墨加热组件31在加热过程中预计要维持2000℃的高温，所以与石墨加热组件31直接相连的部件必须是石墨材料的，因此选择石墨棒71，其横截面积小、长度大，热阻大，能够降低石墨棒71伸出炉体部分温度。由于伸展到外界的石墨棒71仍然会处在一个高温的状态下，而600℃的石墨暴露在空气中会被氧化，在铜电极套73通上布置水冷盘管76，通过循环冷却水降低连接件的温度。同时，由于石墨棒71所能承受的弯曲力不能很大，否则容易断裂，因此必须要有比较好的固定结构，铜电极套73与铜电极套筒72通过法兰连接，铜电极套筒72与炉壁也通过法兰连接，在铜电极套筒72和炉壁之间设置硅胶垫片75以来绝缘安装，同时使细长的石墨棒71不受力，不会出现石墨连接部分因为受力过大出现断裂。此外，伸出精熔炉本体1的石墨棒
71和铜电极套73之间填充高导电率的石墨粉74，铜电极套73与外部电源通过导线相连，这三处的连接都非常紧密，接触热阻非常小，从而引起的发热量较小。
50.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
51.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
52.此外，本实用新型的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。