一种内外热平衡式的制浆装置及使用该装置的制浆工艺的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种浆料加工技术领域，具体是一种用于金属半固态浆料的内外热平衡式的制浆装置及使用该装置的制浆工艺。

背景技术：

在现有的各种商业化的半固态制浆工艺技术中，其中大部分的制浆工艺原理可分为：第一类制浆方式，通过施加外场作用的直接或间接的对金属半固态浆料进行搅拌，以电磁搅拌或rsf等为代表，此种制浆搅拌方式虽然能够通过搅拌带动浆料的流动达到浆料整体温度的平衡，但是，易于产生卷入式氧化物或气体缺陷。第二类制浆方式，通过在浆料中心处进行冷却交换并向四周扩散实现搅拌，如giss等为代表，由于此种制浆搅拌时向外部扩散过程中作用逐渐减弱，会导致最外缘处的浆料与中心处浆料的温度难以达到平衡，从而影响半固态的浆料整体的固相分数一致性。第三类制浆方式，通过采用金属坩埚并晃动实现搅拌的目的，以seed为代表，此种制浆方式为，通过金属坩埚的传热使金属浆料达到热平衡，但是，由于中心部的传热效果比外部的效果差，会导致最终中心部温度高于外部温度，导致浆料一致性难以控制，尤其以大尺寸浆料更为显著。基于上述，现有大部分的制浆方式很难控制或改善搅拌时的浆料热平衡问题，以及很难制备高质量的大尺寸的半固态浆料。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够制备出大尺寸，高质量、均匀性一致的半固态浆料的内外热平衡式的制浆装置。

本发明目的之二在于提供一种采用上述装置、能够有效的改善和控制制备浆料时的内外热平衡式的制浆装置的制浆工艺。

为此解决上述技术问题，本发明中的技术方案所提供一种内外热平衡式的制浆装置，其包括循环冷却装置，压缩空气供给装置，坩埚主体及其内部的热平衡机构，以及盛装于坩埚主体内部的金属熔体浆料；所述坩埚主体内部设置有用于控制和改善金属熔体浆料内外热平衡的分别与循环冷却装置和压缩空气供给装置连接的浆料热平衡机构；该浆料热平衡机构包括直接悬挂坩埚主体上端面的横梁支撑架，固定在横梁支撑架上的热平衡冷却棒，分别设置于热平衡冷却棒上的循环冷却控制器和压缩空气控制器，以及设置于热平衡冷却棒内部的温度传感器。

进一步限定，所述热平衡冷却棒为采用材质为不与金属熔体发生反应的不锈钢等金属材料或石墨、碳化硅等非金属材料制成的空心圆筒，设置于热平衡冷却棒内部中间位置处的中间隔板，设置于热平衡冷却棒外围边缘的圆环挡板；所述中间隔板将热平衡冷却棒内部的分割成冷却液收容空间和空气收容空间，所述的冷却液收容空间与空气收容空间相互连通。

进一步限定，所述坩埚主体的内表面及热平衡冷却棒的外表面喷涂有用于保持表面光洁的脱模涂料；所述热平衡冷却棒的外径与坩埚主体内径的比例范围介于0.05：1至0.5：1之间。

进一步限定，所述压缩空气控制器包括设置于热平衡冷却棒上端的与空气收容空间相互连通的压缩空气接头，设置于压缩空气接头上端的与压缩空气供给装置连接的压缩空气气管，设置于压缩空气接头上的控制压缩空气的断开或关闭的压缩空气开关，设置于压缩空气接头下端的空气压力表。

进一步限定，所述循环冷却控制器包括设置于热平衡冷却棒上端的与冷却液收容空间相互导通的冷却液接头，连接在冷却液接头上的第一液体导热油管，设置在压缩空气接头上的转接冷却液接头，设置于转接冷却液接头上的冷却液控制开关，连接在转接冷却液接头上的第二液体导热油管；所述第一液体导热油管另一端和第二液体导热油管另一端分别与循环冷却装置相互连接。

一种内外热平衡式的制浆装置的制浆工艺为：首先，将金属熔体倒入指定室温状态的坩埚主体内部，再迅速将浆料热平衡机构插入坩埚主体内的金属熔体浆料中心设定的深度内；利用设置浆料热平衡机构内部的温度传感器监控坩埚主体内部的金属熔体浆料的温度；当金属熔体浆料的温度与浆料热平衡机构的550-650℃温度一致时，则将浆料热平衡机构取出；接着，分别打开转接冷却液接头上的冷却液控制开关和压缩空气接头上的压缩空气开关，驱使循环冷却液装置内部的冷却液进入到冷却液收容空间内将浆料热平衡机构再次冷却到室温，同时驱使压缩空气供给装置内部的气体将吸收大量热量后的冷却液排出外界；与此同时，金属熔体浆料继续在坩埚主体内保持30-300秒，通过继续与坩埚主体之间的外部热平衡达到所需要的半固态温度计对应固相分数，即可完成浆料制备。

进一步限定，所述半固态温度为500-550℃，固相分数为40％-60％。

本发明的有益技术效果：因所述坩埚主体内部设置有用于控制和改善金属熔体浆料内外热平衡的分别与循环冷却装置和压缩空气供给装置连接的浆料热平衡机构；该浆料热平衡机构包括直接悬挂坩埚主体上端面的横梁支撑架，固定在横梁支撑架上的热平衡冷却棒，分别设置于热平衡冷却棒上的循环冷却控制器和压缩空气控制器，以及设置于热平衡冷却棒内部的温度传感器。使用时，先将金属熔体浆料倒入到坩埚主体内部之后，迅速将浆料热平衡机构插入坩埚主体内部的金属熔体浆料中心内部，将金属熔体浆料内部的部分热量通过浆料热平衡机构传递外界，实现对金属熔体浆料内部温度和热量进行控制调节。在此过程中，当金属熔体浆料的温度和热量与坩埚主体内部的温度和热量趋于一致时，将所述浆料热平衡机构取出。金属熔体浆料继续在坩埚主体内部保持一段时间，并与坩埚主体之间达到外部热平衡，使得坩埚主体内部的金属熔体浆料均匀地达到所需要的半固态温度计对应固相分数，从而达到能够制备出大尺寸，高质量、均匀性一致的半固态浆料的目的。在金属熔体浆料制备过程中，通过在金属熔体浆料中增加所述浆料热平衡机构，调节金属熔体浆料内部的温度和热量，从而达到有效的改善和控制制备金属熔体浆料时的内外热平衡的目的。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本发明中一种内外热平衡式的制浆装置的示意图；

图2为本发明中浆料热平衡机构侧面状态的示意图；

图3为本发明中浆料热平衡机构正面状态的示意图；

图4为本发明中浆料热平衡机构正面状态内部的示意图；

图5为本发明中浆料热平衡机构的截面示意图；

图6为本发明中一种内外热平衡式的制浆工艺的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1至图6所示，下面结合一种实施例说明一种内外热平衡式的制浆装置，其包括循环冷却装置1，压缩空气供给装置2，坩埚主体3，盛装于坩埚主体3内部的金属熔体浆料4，以及设置于坩埚主体3内部的金属熔体浆料4内部的浆料热平衡机构5。

所述浆料热平衡机构5主要用于控制和改善金属熔体浆料内外热平衡。所述浆料热平衡机构5包括直接悬挂坩埚主体3上端面的横梁支撑架6，固定在横梁支撑架6上的热平衡冷却棒7，分别设置于热平衡冷却棒7内部的循环冷却控制器和压缩空气控制器，以及设置于热平衡冷却棒7内部的温度传感器18。

所述热平衡冷却棒7为采用材质为不与金属熔体发生反应的不锈钢等金属材料或石墨、碳化硅等非金属材料制成的空心圆筒，设置于热平衡冷却棒内部中间位置处的中间隔板71，设置于热平衡冷却棒外围边缘的圆环挡板72；所述中间隔板71将热平衡冷却棒内部的分割成冷却液收容空间73和空气收容空间74，所述的冷却液收容空间73与空气收容空间74相互导通。所述热平衡冷却棒7的外表面喷涂有用于保持表面光洁的脱模涂料；所述热平衡冷却棒7的外径与坩埚主体3内径的比例范围介于0.05：1至0.5：1之间。

所述压缩空气控制器包括设置于热平衡冷却棒7上端的与空气收容空间74相互导通的压缩空气接头8，设置于压缩空气接头8上端的与压缩空气供给装置2连接的压缩空气气管9，设置于压缩空气接头8上的控制压缩空气的打开或关闭的压缩空气开关10，设置于压缩空气接头8下端的空气压力表11。

所述循环冷却控制器包括设置于热平衡冷却棒7上端的与冷却液收容空间73相互导通的冷却液接头12，连接在冷却液接头12上的第一液体导热油管13，设置在压缩空气接头8上的转接冷却液接头14，设置于转接冷却液接头14上的冷却液控制开关15，连接在转接冷却液接头14上的第二液体导热油管16。在循环冷却装置1内部盛装有冷却液17，该冷却液17为循环冷却水或循环冷却油。

安装时，所述金属熔体浆料4盛装在坩埚主体3内部，所述的浆料热平衡机构5下端部分置于坩埚主体3内部的金属熔体浆料4内部，而浆料热平衡机构5上端部分置于坩埚主体3上端部分，所述循环冷却装置1通过第一液体导热油管13和第二液体导热油管16与浆料热平衡机构5上端部分连接，所述压缩空气供给装置2通过压缩空气气管9与浆料热平衡机构5上端部分连接。第一液体导热油管13一端与冷却液接头12相互连接，而第二液体导热油管16一端与转接冷却液接头14相互连接，所述第一液体导热油管13另一端和第二液体导热油管16另一端分别与循环冷却装置1相互连接。

压缩空气接头8的下端部分与热平衡冷却棒7内部的空气收容空间74相互导通，而冷却液接头12的下端部分与热平衡冷却棒7内部的冷却液收容空间73相互导通，温度传感器18安装在热平衡冷却棒7内部。所述横梁支撑架6置于坩埚主体3的上端面，而热平衡冷却棒7置于横梁支撑架6上，且通过设置热平衡冷却棒7上的圆环挡板72与设置于横梁支撑架6上的悬挂孔相互配合，悬挂于坩埚主体3内部的金属熔体浆料4的上空。

使用时，先将金属熔体浆料4倒入到坩埚主体3内部之后，迅速将浆料热平衡机构5插入坩埚主体3内部的金属熔体浆料4中心内部，当金属熔体浆料4的温度与热平衡冷却棒7内部的温度趋于一致时，迅速将所述热平衡冷却棒7从金属熔体浆料4中取出。

通过浆料热平衡机构5内部循环冷却液或循环冷却油形成冷却液循环系统，将金属熔体浆料4内部的部分热量通过浆料热平衡机构5传递外界，实现对金属熔体浆料4内部温度和热量进行控制调节,达到快速均匀地半固态浆料制备，实现坩埚主体3内部的金属熔体浆料4的内外热平衡和温度均匀性。

已取出热平衡冷却棒7的金属熔体浆料4在坩埚主体3内部继续保持一段时间，使得坩埚主体3内部的金属熔体浆料4均匀地达到所需要的半固态温度计对应固相分数，从而达到能够制备出大尺寸，高质量、均匀性一致的半固态浆料的目的。

当热平衡冷却棒7从金属熔体浆料4内拔出后，首先利用循环冷却装置1内部的循环冷却水或循环冷却油，通过第一液体导热油管13和第二液体导热油16管进行循环流动，将大量热量从热平衡冷却棒7中带走并将热平衡冷却棒7降至室温。然后，压缩空气供给装置2通过压缩空气气管9向热平衡冷却棒7内吹入压缩空气，将第一液体导热油管13和第二液体导热油管16内部残留的循环冷却水或循环冷却油排空，保持每次制浆过程中热平衡冷却棒7的初始温度一致性，有效解决了现有工艺制浆过程中，半固态的金属熔体浆料温度场不均匀、固相分数不一致等问题，提高了半固态的金属熔体浆料4的整体一致性，缩短了浆料制备时间。

在本实施例中，所述热平衡冷却棒7的内表面装有温度传感器18，该温度传感器18主要用于监控热平衡冷却棒7的温度升温至预设温度范围后，控制浆料热平衡机构5和热平衡冷却棒7何时从金属熔体浆料4内拔出。热平衡冷却棒7表面光洁并喷涂有脱模涂料，并在每次制浆完成后由气体或刮刷等方式进行清理，避免热平衡冷却棒7表面粘附的氧化物进入下一次制浆的金属熔体浆料4中。

一种内外热平衡式的制浆工艺为：首先，将金属熔体浆料4倒入指定室温状态的坩埚主体3内部，再迅速将浆料热平衡机构5插入坩埚主体3内部的金属熔体浆料4中心设定的深度内；利用设置坩埚主体3内部的温度传感器18监控坩埚主体3内部的金属熔体浆料4的温度；当金属熔体浆料4的温度与浆料热平衡机构5的热平衡冷却棒7的温度一致时，则将浆料热平衡机构5及热平衡冷却棒7取出。

接着，分别先后打开转接冷却液接头14上的冷却液控制开关15和压缩空气接头8上的压缩空气开关10，驱使循环冷却液装置1内部的冷却液进入到冷却液收容空间73间内，对热平衡冷却棒7进行冷却到室温，驱使压缩空气供给装置2内部的气体将热平衡冷却棒7内的冷却液排出外界。

与此同时，金属熔体浆料4继续在坩埚主体3内部保持30-300秒，达到所需要的半固态温度计对应固相分数，即可完成浆料制备。具体地，所述半固态温度为500-550℃，固相分数为40％-60％，保持时间范围为。

综上所述，因所述坩埚主体3内部设置有用于控制和改善金属熔体浆料4内外热平衡的分别与循环冷却装置1和压缩空气供给装置2连接的浆料热平衡机构5；该浆料热平衡机构5包括直接悬挂坩埚主体3上端面的横梁支撑架6，固定在横梁支撑架6上的热平衡冷却棒7，分别设置于热平衡冷却棒7内部的循环冷却控制器和压缩空气控制器，以及设置于热平衡冷却棒7内部的温度传感器18。使用时，先将金属熔体浆料4倒入到坩埚主体3内部之后，迅速将浆料热平衡机构5插入坩埚主体3内部的金属熔体浆料4中心内部，将金属熔体浆料4内部的部分热量传递至浆料热平衡机构5的热平衡冷却棒7，实现对金属熔体浆料4内部温度和热量进行控制调节。在此过程中，当金属熔体浆料4的温度与热平衡冷却棒7内部的温度趋于一致时，将所述浆料热平衡机构5及热平衡冷却棒7取出。金属熔体浆料4在坩埚主体3内部继续保持一端时间，使得坩埚主体3内部的金属熔体浆料4达到所需要的半固态温度计对应固相分数，从而达到能够制备出大尺寸，高质量、均匀性一致的半固态浆料的目的。在金属熔体浆料4制备过程中，通过在金属熔体浆料4中增加所述浆料热平衡机构5，调节金属熔体浆料4内部的温度和热量，从而达到有效的改善和控制制备金属熔体浆料4时的内外热平衡的目的。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。