一种合金熔炼系统的制作方法

本发明涉及合金熔炼技术领域，具体地，涉及一种用于铝、镁、钛、锂等轻金属熔炼的小型合金熔炼系统。

背景技术：

对于一些生产生活中使用的轻金属材料，很多都需要经过高温处理，如铝合金、镁合金、钛合金、锂合金等。铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金；镁合金具有比重小，比强度、比刚度高，阻尼性、切削加工性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，易回收，无污染等优点，因此，在汽车工业、通信电子工业和航空航天工业等领域正得到日益广泛的应用，近年来全世界镁合金产量的年增长率高达20％，显示出了极为广泛的应用前景；锂合金在电池领域中放电性能优越、安全性高；钛合金比重小、耐蚀性好、耐热性高、比刚度和比强度高，是航天航空、石油化工、生物医学等领域的理想材料，同时，钛的无磁性、钛铌合金的超导性、钛铁合金的储氢能力等特性，使得钛合金在尖端科学和高技术方面发挥着重要作用。

在生产这些类型的合金时，由于其化学活性较强，往往会需要惰性气体的保护，在熔炼过程中，为了在熔炼时使元素均匀分布，需要使用合金搅拌冶炼炉，以在熔炼的同时进行搅拌。由于该类合金生产工艺较复杂，致使现有技术中的合金熔炼系统结构复杂、体积较大。为了对各种轻合金的熔炼进行研究，需要在实验室中进行熔炼实验，而现有技术中的合金熔炼系统并不适合实验室使用，因此有必要设计一款能够在实验室进行熔炼轻合金的系 统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够在实验室中使用的结构简单、使用方便的合金熔炼系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种合金熔炼系统，所述合金熔炼系统包括手套箱、安装在所述手套箱内的合金搅拌冶炼炉和安装在所述手套箱内用于调节手套箱内温度的空调。

优选地，所述合金搅拌冶炼炉包括冶炼炉支架、熔炼炉和搅拌装置，所述熔炼炉包括炉体和安装在所述冶炼炉支架上且盖在所述炉体开口上的炉盖，所述搅拌装置包括转动地安装在所述炉盖上的搅拌轴、安装在所述搅拌轴的一端且位于所述炉体内的搅拌桨、支撑在所述炉盖或所述冶炼炉支架上且与所述搅拌轴的另一端传动连接的第一驱动装置以及设置在所述炉盖和所述第一驱动装置之间的隔热板。

优选地，所述隔热板通过支撑杆安装在所述炉盖或所述冶炼炉支架上，所述支撑杆的一端与所述炉盖或所述冶炼炉支架连接，另一端与所述隔热板连接，所述第一驱动装置安装在所述隔热板上以撑在所述炉盖或所述冶炼炉支架上。

优选地，所述支撑杆上还安装有固定板，所述固定板位于所述隔热板和所述炉盖之间，所述搅拌轴穿过所述固定板，所述搅拌轴与所述固定板之间通过轴承连接。

优选地，所述合金熔炼系统还包括设置于手套箱内的助力装置，所述助力装置包括底座、助力支架和牵引装置，所述助力支架包括下端固定在所述底座上且能够围绕竖直方向旋转的竖支架和固定连接在所述竖支架的上端的横支架，所述牵引装置包括设置在所述助力支架上的第二驱动装置和设置 在所述横支架上的提升部，所述第二驱动装置能够驱动所述提升部提升物品；所述提升部包括连接在所述横支架上的滑轮、与所述第二驱动装置的输出轴传动连接的绕线器和一端缠绕在所述绕线器上、另一端绕过所述滑轮后连接有吊钩的绳索，所述第二驱动装置安装在所述竖支架上；所述提升部通过滑块和滑轨连接在所述横支架上，所述提升部固定连接在所述滑块上，所述滑轨沿着横支架的长度方向固定安装在横支架上，所述滑块可滑动地安装在滑轨上，所述助力支架上还安装有第四驱动装置，所述第四驱动装置的输出轴与所述滑块连接，以驱动所述滑块在所述滑轨上滑动。

优选地，所述底座包括下转盘和与所述竖支架的下端固定连接的上转盘，所述上转盘与所述下转盘通过轴承连接，以使所述竖支架能够相对所述下转盘围绕竖直方向旋转。

优选地，所述竖支架上设置有第三驱动装置，所述第三驱动装置能够驱动所述上转盘转动；所述第三驱动装置的输出轴上固定安装有皮带轮，所述上转盘为圆形转盘，所述上转盘和所述皮带轮上套装有皮带，以通过皮带轮驱动所述上转盘转动。

优选地，所述合金熔炼系统还包括设置于手套箱内的熔融液冷却装置，所述熔融液冷却装置包括冷却箱体和至少两块金属板，所述金属板以平行于所述冷却箱体底部的方式可拆卸地安装所述冷却箱体中，相邻的两块金属板之间形成冷却空间，每个所述冷却空间之间均与所述冷却箱体的内腔连通，以使得合金溶液能够进入所述冷却空间内，从而形成合金板材。

优选地，所述金属板上具有用于连接拉绳的拉绳连接孔，以便从所述冷却箱体拆卸所述金属板。

优选地，所述合金熔炼系统还包括设置于手套箱内用于加工所述熔融液冷却装置形成的合金板材的对辊机。

与现有技术的不同之处在于，本发明提供的合金熔炼系统通过在手套箱 内安装有合金搅拌冶炼炉，能够通过合金搅拌冶炼炉在熔炼时使元素分布均匀，同时通过使用手套箱，能够通过惰性气体保护熔炼加工过程，通过设置空调能够调节手套箱内的温度。本系统结构简单，所有设备均设置在手套箱内，能够在实验室中方便地使用。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明合金熔炼系统的结构示意图；

图2是图1所示的合金熔炼系统的主视图；

图3是本发明合金熔炼系统的合金搅拌冶炼炉的结构示意图；

图4是图3所示的合金搅拌冶炼炉的主视图；

图5是本发明合金熔炼系统的助力装置的结构示意图；

图6是本发明合金熔炼系统的熔融液冷却装置的结构示意图；

图7是图6中所示的熔融液冷却装置的剖视图；

图8是图6中所示的熔融液冷却装置的金属板的结构示意图；

图9是图6中所示的熔融液冷却装置的冷却箱体的结构示意图；

附图标记说明

1手套箱2合金搅拌冶炼炉

21冶炼炉支架22熔炼炉

23搅拌装置24炉体

25炉盖26搅拌轴

27第一驱动装置28隔热板

29支撑杆30固定板

4空调

5助力装置51底座

52竖支架53横支架

54滑轮55第二驱动装置

56绕线器57下转盘

58上转盘59第三驱动装置

7熔融液冷却装置71冷却箱体

72金属板73拉绳连接孔

8对辊机

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指本发明提供的合金熔炼系统在正常使用情况下定义的，并且与附图2所示方向一致。“内、外”是指相对于各零部件本身的轮廓的内外。这些方位词是为了便于理解本发明而采用的，因而不应构成对本发明保护范围的限制。

适当参见图1、图2，为了实现本发明的技术目的，本发明基本实施方式的合金熔炼系统可以包括手套箱1、安装在所述手套箱1内的合金搅拌冶炼炉2和安装在所述手套箱1内用于调节手套箱1内温度的空调4。

本发明合金熔炼系统通过在手套箱1内安装有合金搅拌冶炼炉2，能够通过合金搅拌冶炼炉2在熔炼时使元素分布均匀，保证合金的熔炼质量，同 时通过使用手套箱1，能够通过惰性气体保护熔炼加工过程，避免在熔炼中出现氧化现象，通过设置空调4能够在熔炼过程中调节手套箱1内的温度。本系统结构简单，所有设备均设置在手套箱1内，能够在实验室中方便的使用。

本发明中的合金搅拌冶炼炉2可以采用在现有的电炉上直接加装搅拌装置，为了避免由于电炉炉口温度过高而导致搅拌装置的驱动部分因过热而出现损毁的情况，适当参见图3、图4，所述合金搅拌冶炼炉2可以包括冶炼炉支架21、熔炼炉22和搅拌装置23，所述熔炼炉22包括炉体24和安装在所述冶炼炉支架21上且盖在所述炉体24开口上的炉盖25，所述搅拌装置23包括转动地安装在所述炉盖25上的搅拌轴26、安装在所述搅拌轴26的一端且位于所述炉体24内的搅拌桨(图中未示出)、支撑在所述炉盖25或所述冶炼炉支架21上且与所述搅拌轴26的另一端传动连接的第一驱动装置27以及设置在所述炉盖25和所述第一驱动装置27之间的隔热板28。

本发明中的合金搅拌冶炼炉在熔炼合金材料时，通过第一驱动装置27驱动搅拌轴26旋转，设置在搅拌轴26下端的搅拌桨随之旋转，从而能够在熔炼的同时进行搅拌，使元素均匀分布。由于第一驱动装置27连接在搅拌轴26的另一端，并且在同时在所述炉盖25和所述第一驱动装置27之间设置隔热板28，可以有效降低第一驱动装置27的环境温度，从而能够避免从炉盖25处散出的热量烧毁第一驱动装置27。

在本实施方式中，优选地，所述冶炼炉支架21包括开设有通孔的支撑板(图中未示出)和固定在所述支撑板下方的多个支腿(图中未示出)。其中支撑板的形状为矩形，支腿的数量为4个，分别位于矩形的四角处。所述炉盖25安装在所述支撑板上，炉盖25与支撑板之间通过耐高温螺栓固定。所述炉盖25的下部穿过所述通孔并盖在位于所述支撑板下方的所述炉体24的开口上。因此，支腿的高度以炉盖25能够盖在炉体24上为准。进一步地， 为了实现支腿高度的微调以保证炉盖25更好的盖合，可在每个支腿的底部安装调节脚。通过上述的冶炼炉支架结构，能够支撑起整体的重量，并保持设备的稳定运行。

当合金材料熔炼完成后，首先通过将冶炼炉支架21和安装在冶炼炉支架21上的炉盖25、搅拌装置23吊起，露出位于冶炼炉支架21下方的炉体24，然后再将炉体24吊起，并将炉体24内的熔炼完成的合金材料导入容器中，从而完成熔炼后的合金材料的获取。在本发明中，炉盖25和搅拌装置23的起吊搬运可以使用助力装置5，容器为冷却箱体71，有关助力装置5和冷却箱体71将在下文中予以描述。

在本实施方式中，为了提高搅拌效率，所述第一驱动装置27优选为高速电机。本领域技术人员应当知晓，只要能够驱动搅拌轴26旋转的设备均可以用作本发明中的第一驱动装置27，例如可以采用液压马达或气动马达。在本实施方式中，所述熔炼炉22优选为坩埚炉。同样的，熔炼炉22也可以采用其他可熔炼合金的熔炼炉。

在本发明中，所述第一驱动装置27采用以下优选的安装方式。所述隔热板28通过支撑杆29安装在所述炉盖25上，所述支撑杆29的一端与所述炉盖25连接，另一端与所述隔热板28连接，所述第一驱动装置27安装在所述隔热板28上以撑在所述炉盖25上。具体的，第一驱动装置27通过螺栓与隔热板28固定连接，第一驱动装置27的输出轴向下穿过所述隔热板28后通过联轴器与所述搅拌轴传动连接。通过支撑杆29固定隔热板28，并通过隔热板28安装第一驱动装置，能够使本发明的合金搅拌冶炼炉2结构更简单。在本实施方式中，所述隔热板28优选为铝合金板。采用铝合金板作为隔热板28，不仅能够起到隔热的作用，而且还有利于隔热板28自身的散热，从而进一步保护第一驱动装置。进一步优选地，在隔热板28上可设置加强筋板，以提高隔热板28的强度和散热效果。

作为隔热板28的另一种安装方式，所述隔热板28也可以通过支撑杆29直接安装在所述冶炼炉支架21上。此时，隔热板28的尺寸要大于所述炉盖25的尺寸，以方便支撑杆29与隔热板28的连接。

为了使所述合金搅拌冶炼炉2工作更加稳定，在本实施方式中，所述搅拌轴26通过石墨轴承(图中未示出)安装在所述炉盖25上。通过使用石墨轴承，既能够保证搅拌轴26稳定地旋转，又能够适应高温环境下的旋转支撑。

为了进一步避免所述第一驱动装置27外部环境温度过高，可以增加搅拌轴26的长度，以使第一驱动装置27远离所述熔炼炉22。此时，在所述支撑杆29上还安装有固定板30，所述固定板30位于所述隔热板28和所述炉盖25之间，所述搅拌轴26穿过所述固定板30，所述搅拌轴26与所述固定板30之间通过轴承连接，通过设置固定板30，可以有效保证搅拌轴26的稳定。

在本实施方式中，优选地，所述支撑杆29的数量为3根，3根所述支撑杆29围绕所述搅拌轴26均布。从而能够稳定地支撑隔热板28和固定板30。当然，支撑杆29的数量也可以为5根、6根或多根，从保证结构稳定性和节约成本的角度出发，使用3根支撑杆29较为合适。此时隔热板28和固定板30的形状均为圆形，且其直径均大于炉盖25的直径。

在本发明的另一种实施方式中，所述支撑杆29穿过所述隔热板28，且所述支撑杆29的上设有螺纹，所述隔热板28通过安装在所述支撑杆29上且位于所述隔热板28两侧的两个螺母固定在所述支撑杆29上。通过在支撑杆29上设置螺纹，并通过螺母固定隔热板28，从而能够上下移动所述隔热板28，以适应当炉体24内合金溶液的体积不同时，搅拌桨可以调整到适合的位置。

在本实施方式中，所述隔热板28的下表面上设置有石棉隔热层，所述 搅拌轴26为不锈钢轴，以进一步提高隔热能力，保证第一驱动装置27能够正常稳定的工作。

为了可以方便的在手套箱1内搬运所述炉盖25、搅拌装置23等设备或者原材料，本发明的合金熔炼系统还可以包括助力装置5，适当参见图5所示，所述助力装置可以包括底座51、助力支架和牵引装置，所述助力支架包括下端固定在所述底座51上且能够围绕竖直方向旋转的竖支架52和固定连接在所述竖支架52的上端的横支架53，所述牵引装置包括设置在所述助力支架上的第二驱动装置55和设置在所述横支架53上的提升部，所述第二驱动装置55能够驱动所述提升部提升物品。

上述的助力装置5在使用时，首先将底座51固定在合金熔炼炉附近的手套箱1的底面上，固定方式可以采用螺栓固定，然后转动竖支架52，使连接在竖支架52上的横支架53移动到待搬运的设备或原材料等物品的上方，再通过第二驱动装置55驱动提升部将待搬运的物品提起，接着转动竖支架52，使提升部将物品运送到设定位置后，通过第二驱动装置55控制提升部将物料放下，即可方便快速的完成物料的搬运。

在本发明中，所述提升部是用于提升物料，使物料离开地面，方便移动而设置的，其结构可以采用多种形式，例如，提升部可以为固定在横支架53上的卷扬机，通过卷扬机的钢丝绳或链条可以将物品提起；或者提升部也可以为液压缸，通过液压缸的活塞杆外端与物品固定连接，在控制活塞杆收缩即可实现物品的提升。

考虑到助力装置5的结构稳定性，减小对竖支架52产生的倾覆力矩，并提高本装置的使用寿命，本发明中所述提升部优选包括连接在所述横支架53上的滑轮54、与所述第二驱动装置55的输出轴传动连接的绕线器56和一端缠绕在所述绕线器56上、另一端绕过所述滑轮54后连接有吊钩的绳索，所述第二驱动装置55安装在所述竖支架52上。所述滑轮54优选为v型滑 轮，所述绳索优选为钢丝绳。当需要移动较重的物品时，通过第二驱动装置55带动绕线器56旋转，放出绳索，使连接在绳索上的吊钩下降，钩住需要移动的物品，然后再通过第二驱动装置55反向旋转，使绕线器56收回绳索，驱动吊钩上升，将需要移动的物品吊起。通过在横支架53上设置滑轮54，并将第二驱动装置55设置在竖支架52上，由于第二驱动装置55一般采用质量较大的电机等装置，因而可以起到稳定结构、减小倾覆力矩的作用。

在本发明中，绕线器可以采用能够缠绕绳索的各种柱状结构，在本实施方式中，所述绕线器56优选包括绕线杆和固定在所述绕线杆两端且与所述绕线杆同轴的第一挡杆和第二挡杆，所述绕线杆的直径小于第一挡杆和第二挡杆的直径，所述第一挡杆与所述第二驱动装置55的输出轴传动连接，所述第二挡杆可转动地安装在安装架上，所述安装架固定在所述助力支架上。通过设置第一挡杆和第二挡杆，可以将绳索限定缠绕在第一挡杆和第二挡杆之间的绕线杆上，避免绳索缠绕混乱。所述第一挡杆可以通过联轴器与第二驱动装置55的输出轴连接，第二挡杆与安装架之间可通过轴承连接，安装架可以通过螺栓固定在竖支架52上。

为了减小本装置的质量，所述竖支架52和所述横支架53均采用铝合金型材制成，参考图5所示，本实施方式中，所述竖支架52为四根呈正方形分布的铝合金型材，该四根铝合金型材的下端通过铝合金角件与底座51固定，所述横支架53为由铝合金型材构成的长方形框架结构，所述横支架53的内端与所述竖支架52上端之间也通过铝合金角件固定连接。

在竖支架52与底座51固定连接的情况下，为了实现所述竖支架52能够围绕竖直方向旋转，在本实施方式中，所述底座51包括下转盘57和与所述竖支架52的下端固定连接的上转盘58，所述上转盘58与所述下转盘57通过轴承连接，以使所述竖支架52能够相对所述下转盘57围绕竖直方向旋转。其中所述轴承优选为交叉滚子轴承。

在所述底座51为固定结构而不具有旋转功能的情况下，可以在所述竖支架52与底座51之间通过旋转支承连接，以实现所述竖支架52能够围绕竖直方向旋转。

为了实现竖支架52的机动旋转，在本发明的实施方式中，在所述竖支架52上设置有第三驱动装置59，所述第三驱动装置59能够驱动所述上转盘58转动。所述第三驱动装置59的输出轴上固定安装有皮带轮，所述上转盘58为圆形转盘，所述上转盘58和所述皮带轮上套装有皮带，以通过皮带轮驱动所述上转盘58转动。在本发明中，第三驱动装置59也可以采用其他方式驱动上转盘58旋转，例如，在上转盘58的外圆周面上加工外齿圈，或者在上转盘58的外圆周面上固定套装外齿圈，并在第三驱动装置59的输出轴上固定安装齿轮，齿轮与外齿圈啮合，从而实现第三驱动装置59驱动上转盘58旋转。

在本发明中，所述第二驱动装置55和第三驱动装置59可以采用任何能够输出旋转运动的装置，例如电动机或者液压马达等，在本实施方式中，所述第二驱动装置55和第三驱动装置59优选为步进电机。

为了进一步实现助力装置5能够在三个维度上搬运物件，在本发明的优选实施方式中，所述提升部通过滑块和滑轨连接在所述横支架53上，提升部可以采用上述实施方式中所记载的滑轮54、绕线器56、绳索和吊钩。所述提升部固定连接在所述滑块上，所述滑轨沿着横支架53的长度方向固定安装在横支架53上，所述滑块可滑动地安装在滑轨上，所述助力支架上还安装有第四驱动装置，所述第四驱动装置的输出轴与所述滑块连接，以驱动所述滑块在所述滑轨上滑动。所述第四驱动装置可以采用液压缸或者气缸，本实施方式中，优选采用直线步进电机。通过第四驱动装置，能够驱动滑块在滑轨上相对于竖支架52带动提升部内外移动，同时结合第二驱动装置和第三驱动装置，从而实现本装置在三个维度上搬运物件。

在本发明中，所述第一驱动装置27、第二驱动装置55、第三驱动装置59和第四驱动装置都可以通过控制器控制，控制器可以采用plc或者工控机。控制器控制第一驱动装置27、第二驱动装置55、第三驱动装置59和第四驱动装置的运转，从而实现本装置的自动控制。

为了能够通过本合金熔炼系统将所述合金搅拌冶炼炉2熔炼后得到的合金溶液形成合金板材，如图1所示，在本发明的合金熔炼系统中还包括熔融液冷却装置7，参考图6、图7所示，所述熔融液冷却装置7包括冷却箱体71和至少两块金属板72，所述金属板72以平行于所述冷却箱体71底部的方式可拆卸地安装所述冷却箱体71中，相邻的两块金属板72之间形成冷却空间，每个所述冷却空间之间均与所述冷却箱体71的内腔连通，以使得合金溶液能够进入所述冷却空间内，从而形成合金板材。

在使用所述熔融液冷却装置7形成合金板材时，可以通过助力装置5将合金搅拌冶炼炉2的炉体24抬起，将合金溶液倒入冷却箱体71内，合金溶液由所述冷却箱体71的内腔进入所述冷却空间，经冷却后形成合金板材。

所述金属板72采用冷却后易与合金板材脱离的材料制成，如采用不锈钢板。同样的，冷却箱体71也可以采用不锈钢制作。金属板72的数量根据实际需要可以为多块，本实施方式中选用了4块金属板72。金属板72可以采用多种方式可拆卸地安装在冷却箱体71上，如通过销钉与冷却箱体71连接。本发明中，为了方便金属板72从冷却箱体71内卸下，参照图7、图8所示，金属板72的一端压在冷却箱体71内设置的凸台上，另一端卡在冷却箱体71内设置的凹槽内。为了方便金属板72从凹槽内取出，所述凹槽的截面形状为直角梯形，凹槽的上侧壁为从凹槽底部到凹槽开口向上倾斜的侧面，同时为了使金属板72能够放平，所述凹槽的下侧壁为与冷却箱体71的底面平行的平面。考虑到在凸台上需要放置多块金属板，如图9所示，所述凸台呈台阶状，与此相对应地，每块金属板72上均设置有矩形槽，多块金 属板72的矩形槽从下到上逐渐减小，从而使每块金属板72都能够搭放在一个台阶上。

在本发明中，为了便于将所述金属板72从冷却箱体71内卸下以取出合金板材，所述金属板72上具有用于连接拉绳的拉绳连接孔73。拉绳通过在拉绳连接孔73系在金属板72上，在形成合金板材后，可以通过拉绳将金属板72从冷却箱体71内拉开，从而取出合金板材。

为了使获得的合金板材的厚度更加均匀，在本发明的合金熔炼系统还包括用于加工所述熔融液冷却装置7形成的合金板材的对辊机8，所述对辊机8设置于手套箱1内靠近熔融液冷却装置7的位置，以方便金属板材的加工。

本发明提供合金熔炼系统结构简单、使用方便，通过手套箱1可以严格控制实验中的气氛保护，避免了在熔炼中、加工中出现的氧化情况；通过设置助力装置5可根据工艺的需求将熔融物移动至所需要的位置，减少了人工干预，降低了由此所引起的危险；通过设置空调4可在冶炼过程中控制手套箱1整体的温度；通过设置辊压装置，如对辊机8，可将熔炼材料制成成品，再密封取出。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。