一种洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备及工艺的制作方法

本发明涉及金属冶炼
技术领域：
，更具体的说是涉及一种洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备及工艺。
背景技术：
：目前，传统金属镁锭的精炼及镁合金的熔炼，均是在开放式熔炉锅体中进行的，金属液体与空气接触，氧化较多，生产出来的产品中氧化物和氮化物多，产品纯度相对较低；而且，在精炼或制作镁合金的过程中，必须要使用大量的灭火熔剂和硫磺，所产生的氯化物气体和二氧化硫气体不易收集，无序排放，对大气污染严重。因此，如何提供一种能够提高金属镁及其合金的产品纯度并降低大气污染的真空熔炼、真空铸锭设备及工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备及工艺，以解决现有技术中的不足。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备，包括熔化炉、加料口、加熔剂口、废气出管口、镁液吸嘴和熔剂渣吸嘴；其中，加料口位于熔化炉的顶部；加熔剂口和废气出管口分别位于加料口的两侧；镁液吸嘴设置于熔化炉的中下部；熔剂渣吸嘴设置于熔化炉的底部。本发明的有益效果在于，采用真空熔炼、真空铸锭设备，一方面，隔绝了高温金属镁及其合金液体和空气的接触，杜绝了二次氧化，提升了金属镁及其合金的纯度；另一方面，由于在真空设备中进行熔炼浇铸，减少了灭火剂的运用，而且熔炼过程中产生的废气也可以集中收集处理，减少了大气污染，保护了环境。进一步，还包括圆盘铸锭机和镁液输送泵，其中，圆盘铸锭机通过镁液输送泵与镁液吸嘴连接。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，镁液输送泵能够提供动力，将得到的镁液或镁合金液通过镁液吸嘴排出至圆盘铸锭机中进行铸锭。进一步，还包括熔剂渣斗和熔剂渣输送泵，其中，熔剂渣斗通过熔剂渣输送泵与熔剂渣吸嘴连接。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，熔剂渣输送泵能够提供动力，将熔炼过程中产生的熔剂渣通过熔剂渣吸嘴排出至熔剂渣斗中进行冷却回收。进一步，还包括水力喷射循环池和水力喷射真空泵，其中，水力喷射循环池通过水力喷射真空泵与废气出管口连接；更进一步，还包括水力喷射真空循环泵，位于水力喷射循环池和水力喷射真空泵之间，用于水循环。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，水力喷射真空泵能够提供动力，将熔炼过程中产生的废气(如，废氩气，氯化镁高温下水解的hcl废气，以及特殊情况撒硫磺粉产生的so2保护气)通过废气出口管排出至水力喷射循环池(其中含有ph≥12的naoh循环吸收液)中，然后在水力喷射真空循环泵的作用下进行循环吸收，消除废气。进一步，还包括氩气搅拌管，设置在加料口和加熔剂口之间，且延伸至熔化炉的底部，用于氩气的输入和搅拌。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，在熔炼过程中，通过氩气搅拌管向熔化炉中加入氩气进行灭火以及高温金属镁及其合金液体的搅拌。进一步，还包括液位计，优选为射频导纳液位计，用于测量熔化炉中的液位。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，射频导纳液位计具有适应性强、无需维护、应用广泛、液晶显示、无漂移和寿命可靠等优点，能够随时测量熔化炉中的液位，从而比较准确的掌握各方面工艺操作状况。进一步，还包括分析取样口，位于熔化炉的中下部，用于取出镁液或镁合金液进行分析。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，熔炼结束后，通过分析取样口取出镁液或镁合金液进行分析，确认镁液或镁合金液是否合格。一种如上述金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备的工艺，具体包括以下步骤：(1)将粗镁或镁合金粉碎至粒度为150-200mm后通过加料口置于熔化炉中，同时通过加熔剂口加入熔剂；(2)升温至690-710℃熔炼4-4.5h，并将熔炼过程中产生的废气通过废气出口管排出，将得到的镁液或镁合金液通过镁液吸嘴排出；(3)将熔炼过程中产生的熔剂渣降温至660-680℃后沉淀10-20min，然后通过熔剂渣吸嘴排出。本发明的有益效果在于，通过将粗镁或镁合金和熔剂升温熔炼，粗镁或镁合金中的氧化物、氮化物、碳化物及部分硅、铁、锰、镍、铜等杂质被除去，溶于渣中，形成熔剂渣沉入镁液底部，密度较小的镁液或镁合金液漂浮在熔剂渣上部，便于分离。进一步，上述步骤(1)中，粗镁或镁合金和熔剂的质量比为1：0.03-0.05，优选为1：0.04，熔剂包括萤石粉、精炼熔剂、caf2(6％-9％)、mgcl2(35％-41％)和kcl(34％-40％)中的至少一种。采用上述进一步技术方案的有益效果在于，添加熔剂是为了除去粗镁或镁合金中的氧化物、氯化物和一些碱金属杂质，本发明是在真空状态下熔炼粗镁或镁合金，不燃烧，不氧化，不需要使用覆盖剂；相比敞口精炼锅精炼用熔剂110-150kg/吨，本发明在真空状态下熔炼粗镁或镁合金用熔剂40kg/吨，由于真空精炼熔剂使用量的减少使成品镁锭中的氧化物和氯化物的非金属杂质含量大幅降低。进一步，上述步骤(2)中，熔炼过程中，通过氩气搅拌管向熔化炉中加入氩气进行灭火以及搅拌，通过液位计测量熔化炉中的液位；启动水力喷射真空泵，将熔炼过程中产生的废气通过废气出口管排出至水力喷射循环池中，在水力喷射真空循环泵的作用下进行循环吸收；熔炼结束后，通过分析取样口取出镁液进行分析，分析合格后启动镁液输送泵，将得到的镁液或镁合金液通过镁液吸嘴排出至圆盘铸锭机中进行铸锭。进一步，上述步骤(3)中，将熔炼过程中产生的熔剂渣降温至690℃后沉淀30min，然后启动熔剂渣输送泵，将熔剂渣通过熔剂渣吸嘴排出至熔剂渣斗中进行冷却回收。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、大大降低了金属镁锭和镁合金锭中的氧化物的含量，提升了镁锭和合金的品质；2、有效解决了金属镁精炼和镁合金熔铸过程中so2气体和hcl气体的无序排放问题，做到集中收集处理，减少了大气污染，保护了环境。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附图为本发明提供的金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备的结构示意图。其中，1-熔化炉，2-加料口，3-加熔剂口，4-废气出管口，5-镁液吸嘴，6-熔剂渣吸嘴，7-圆盘铸锭机，8-镁液输送泵，9-熔剂渣斗，10-熔剂渣输送泵，11-水力喷射循环池，12-水力喷射真空泵，13-水力喷射真空循环泵，14-氩气搅拌管，15-液位计，16-分析取样口。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。本发明实施例公开了一种洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备，如图1所示，包括熔化炉1、加料口2、加熔剂口3、废气出管口4、镁液吸嘴5和熔剂渣吸嘴6；其中，加料口2位于熔化炉1的顶部，加熔剂口3和废气出管口4分别位于加料口2的两侧，镁液吸嘴5设置于熔化炉1的中下部，熔剂渣吸嘴6设置于熔化炉1的底部。本发明采用真空熔炼、真空铸锭设备，一方面，隔绝了高温金属镁及其合金液体和空气的接触，杜绝了二次氧化，提升了金属镁及其合金的纯度；另一方面，由于在真空设备中进行熔炼浇铸，减少了灭火剂的运用，而且熔炼过程中产生的废气也可以集中收集处理，减少了大气污染，保护了环境。在一个实施例中，还包括圆盘铸锭机7和镁液输送泵8，圆盘铸锭机7通过镁液输送泵8与镁液吸嘴5连接。其中，镁液输送泵8能够提供动力，将得到的镁液或镁合金液通过镁液吸嘴5排出至圆盘铸锭机7中进行铸锭。在一个实施例中，还包括熔剂渣斗9和熔剂渣输送泵10，熔剂渣斗9通过熔剂渣输送泵10与熔剂渣吸嘴6连接。其中，熔剂渣输送泵10能够提供动力，将熔炼过程中产生的熔剂渣通过熔剂渣吸嘴6排出至熔剂渣斗9中进行冷却回收。在一个实施例中，还包括水力喷射循环池11和水力喷射真空泵12，水力喷射循环池11通过水力喷射真空泵12与废气出管口4连接。在另一个实施例中，还包括：水力喷射真空循环泵13，位于水力喷射循环池11和水力喷射真空泵12之间，用于水循环。其中，水力喷射真空泵12能够提供动力，将熔炼过程中产生的废气(如，废氩气，氯化镁高温下水解的hcl废气，以及特殊情况撒硫磺粉产生的so2保护气)通过废气出口管4排出至水力喷射循环池11(其中含有ph≥12的naoh循环吸收液)中，然后在水力喷射真空循环泵13的作用下进行循环吸收，消除废气。在一个实施例中，还包括氩气搅拌管14，设置在加料口2和加熔剂口3之间，且延伸至熔化炉1的底部，用于氩气的输入和搅拌。在熔炼过程中，通过氩气搅拌管14向熔化炉1中加入氩气进行灭火以及高温金属镁及其合金液体的搅拌。在一个实施例中，还包括射频导纳液位计15，设置在加料口2和加熔剂口3之间。其中，射频导纳液位计15具有适应性强、无需维护、应用广泛、液晶显示、无漂移和寿命可靠等优点，能够随时测量熔化炉1中的液位，从而比较准确的掌握各方面工艺操作状况。在一个实施例中，还包括分析取样口16，位于熔化炉1的中下部，用于取出镁液进行分析。熔炼结束后，通过分析取样口16取出镁液或镁合金液进行分析，确认镁液是否合格。实施例1洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备的工艺，具体包括以下步骤：(1)将粗镁粉碎至粒度为150mm后通过加料口2置于熔化炉1中，同时通过加熔剂口3加入萤石粉，其中，粗镁粉和萤石粉的质量比为1：0.03；(2)升温至690℃熔炼4h，熔炼过程中，通过氩气搅拌管14向熔化炉1中加入氩气进行灭火以及搅拌，通过射频导纳液位计15测量熔化炉1中的液位；启动水力喷射真空泵12，将熔炼过程中产生的废气通过废气出口管4排出至水力喷射循环池11中，在水力喷射真空循环泵13的作用下进行循环吸收；熔炼结束后，通过分析取样口16取出镁液进行分析，分析合格后启动镁液输送泵8，将得到的镁液通过镁液吸嘴5排出至圆盘铸锭机7中进行铸锭；(3)将熔炼过程中产生的熔剂渣降温至660℃后沉淀10min，然后启动熔剂渣输送泵10，将熔剂渣通过熔剂渣吸嘴6排出至熔剂渣斗9中进行冷却回收。实施例2洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备的工艺，具体包括以下步骤：(1)将镁合金粉碎至粒度为200mm后通过加料口2置于熔化炉1中，同时通过加熔剂口3加入caf2(8％)，其中，镁合金和caf2的质量比为1：0.05；(2)升温至710℃熔炼4.5h，熔炼过程中，通过氩气搅拌管14向熔化炉1中加入氩气进行灭火以及搅拌，通过射频导纳液位计15测量熔化炉1中的液位；启动水力喷射真空泵12，将熔炼过程中产生的废气通过废气出口管4排出至水力喷射循环池11中，在水力喷射真空循环泵13的作用下进行循环吸收；熔炼结束后，通过分析取样口16取出镁液进行分析，分析合格后启动镁液输送泵8，将得到的镁合金液通过镁液吸嘴5排出至圆盘铸锭机7中进行铸锭；(3)将熔炼过程中产生的熔剂渣降温至680℃后沉淀20min，然后启动熔剂渣输送泵10，将熔剂渣通过熔剂渣吸嘴6排出至熔剂渣斗9中进行冷却回收。实施例3洁净金属镁及其合金的真空熔炼、真空铸锭设备的工艺，具体包括以下步骤：(1)将粗镁粉碎至粒度为180mm后通过加料口2置于熔化炉1中，同时通过加熔剂口3加入mgcl2(37％)，其中，粗镁粉和mgcl2的质量比为1：0.04；(2)升温至700℃熔炼4.5h，熔炼过程中，通过氩气搅拌管14向熔化炉1中加入氩气进行灭火以及搅拌，通过射频导纳液位计15测量熔化炉1中的液位；启动水力喷射真空泵12，将熔炼过程中产生的废气通过废气出口管4排出至水力喷射循环池11中，在水力喷射真空循环泵13的作用下进行循环吸收；熔炼结束后，通过分析取样口16取出镁液进行分析，分析合格后启动镁液输送泵8，将得到的镁液通过镁液吸嘴5排出至圆盘铸锭机7中进行铸锭；(3)将熔炼过程中产生的熔剂渣降温至670℃后沉淀15min，然后启动熔剂渣输送泵10，将熔剂渣通过熔剂渣吸嘴6排出至熔剂渣斗9中进行冷却回收。性能测试1、氧化物含量测定各取实施例1-3制得的镁液或镁合金液，分别按照《gb/t26284-2010变形镁合金熔剂、氧化夹杂试验方法》的方法检测其氧化物含量。氧化物含量检测结果如表1所示。表1实施例1-3制得的镁液或镁合金液的氧化物含量检测项目检测指标实施例1实施例2实施例3氧化物含量≤3‰1.8‰1.9‰1.5‰由表1可知，本发明实施例1-3制得的镁液或镁合金液的氧化物含量均低于3‰，符合相应国家标准，优于同行业。2、深加工产品性能测定各取实施例1-3制得的镁液或镁合金液分别进行深加工，制得轧板材、挤压型材和锻造车轮，并以扬州荣镁轮毂有限公司生产的镁合金牌号az61d轧板材、太原精诚镁合金有限公司生产的镁合金牌号lz91挤压型材和康镁镁合金有限公司生产的镁合金牌号az31b锻造车轮作为对比例，计算并统计产品成品率。深加工产品性能统计结果如表2所示。表2实施例1-3制得的镁液或镁合金液的深加工产品成品率由表2可知，与对比例相比，本发明实施例1-3制得的镁液或镁合金液的深加工产品成品率提高20％-30％，工艺成型性能显著提高。3、产品耐腐蚀性能测定各取实施例1-3制得的镁液或镁合金液，分别锻造镁合金轮毂，并按照德国dineniso9227标准进行盐雾试验。产品耐腐蚀性能检测结果如表3所示。表3实施例1-3制得的镁液或镁合金液的产品耐腐蚀性能检测项目检测指标实施例1实施例2实施例3产品耐腐蚀性能(级)7899由表3可知，由于产品中氧化物夹渣的减少，本发明实施例1-3制得的镁液或镁合金液的产品耐腐蚀性能提高1-2级，产品耐腐蚀性能显著提高。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12