球形加料装置的制作方法

1.本实用新型涉及合金熔炼领域，具体涉及一种用于向熔体中加入添加剂的球形加料装置。


背景技术：

2.在合金熔炼中，经常需要向熔融的合金熔体中加入添加剂，以调整合金的成分，得到期望的性能。如果添加剂的密度低于熔体的密度，其会漂浮于熔体的上方，与空气接触发生燃烧造成烧损，而且不能均匀熔炼在熔体中，影响产品的性能。例如，在铝镁合金、铜镁合金等的冶炼中，向铝熔体或铜熔体中加入镁锭时就会面临这样的问题。通常需要采用专用的加料装置将其置于合金熔体表面之下。
3.现有技术中，一些方案采用压力加料装置，利用电机驱动的石墨压盘将添加剂块压入熔体下方，这种装置结构复杂，安装维护成本高，不适合在大型熔炼炉中使用。另一些方案采用框形加料装置，将添加剂块放置于铁质六面体形框架内，然后将框架沉入熔体中，这种装置在进出熔体时的阻力大，熔炼完成后提出熔体的过程中会携带较多熔体，造成熔体损失。框架的铁质材料不稳定，还会对熔体造成污染，影响合金组分和性能。
4.实践中亟待提供一种能克服上述缺陷的新型加料装置。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是至少解决现有技术中存在的缺点，提出一种操作方便、熔体损失小、不污染熔体、可完全浸入熔炼炉底部的加料装置。
6.在第一方面，提供了一种球形加料装置，具有球形框架结构，其具有多根彼此交错相连的网线，相邻的网线之间形成网孔，所述网孔包括加料孔和过液孔；所述加料孔的尺寸被设计为适于装入添加剂块；所述过液孔的尺寸小于所述加料孔的尺寸，所述过液孔的尺寸被设计为允许熔体自由出入，同时适于阻止添加剂块离开球形框架结构。
7.根据该方案，由于球形加料装置具有弧形轮廓和多孔结构，其浸入和离开熔体过程中受到的流体阻力小；而且，由于相同体积下球的表面积最小，其离开熔体时所携带的熔体量少，所携带的熔体可沿弧形轮廓穿过多孔结构滑落至熔池内，减少了熔体损失。
8.在一些实施方案中，所述网线包括彼此平行的多根圆形纬线，以及垂直于所述多根圆形纬线的多根半圆形经线，相邻的两根纬线和相邻的两根经线之间围成曲面四边形的网孔，所述网孔包括处于经线方向中间位置处的加料孔，以及在经线方向上位于加料孔两侧的多个过液孔，多个过液孔的尺寸小于加料孔的尺寸，多个过液孔的尺寸随着远离加料孔而逐渐减小。
9.根据该方案，在球形框架结构中加入轻质的添加剂块然后浸入熔池后，过液孔可阻止上浮的添加剂块逃脱，而且，随着添加剂块熔化变小而进一步上浮时，超上端尺寸逐渐减小的多个过液孔可维持对添加剂块的保持，最大程度抑制了添加剂块逃脱、漂浮和燃烧的情况。
10.在一些实施方案中，球形加料装置的网孔面积与球面面积的比值在1:1.52-1.78的范围内。
11.根据该方案，经试验验证，在浸入和提出球形加料装置的过程中，这一比值范围的球形加料装置可获得最小的流体阻力和最少的携带熔体损失。
12.在一些实施方案中，球形框架结构采用耐高温陶瓷材料制成，所述耐高温陶瓷材料包括氧化铝或氮化硅。
13.根据该方案，采用耐高温陶瓷材料制成的球形框架结构的稳定性高，可抵抗熔融金属的浸蚀，降低对熔体的污染；而且其附着性差，可减少附着熔体造成的损失。
14.在一些实施方案中，球形框架结构具有耐高温防粘涂层。
15.根据该方案，耐高温防粘涂层可降低对熔体的污染，减小附着熔体造成的损失。
16.在一些实施方案中，连杆安装于球形框架结构的上端点处。
17.根据该方案，可利用连杆操作球形加料装置移动和升降。
18.在一些实施方案中，所述连杆具有弯折形状，具有水平延伸的水平部分和向下弯折延伸的倾斜部分，倾斜部分的末端连接球形框架结构，所述倾斜部分的倾斜角度与容纳熔体的熔池的侧壁的倾斜角度相匹配，所述水平部分和所述倾斜部分的夹角在120
°
至145
°
的范围内。
19.根据该方案，可在满足熔炼炉的侧向炉门高度对连杆高度的限制和熔池底部的宽度对连杆长度的限制的情况下，增大球形框架结构能够浸入熔池的深度。
20.在一些实施方案中，所述连杆包括可拆卸地连接的上连杆和下连杆；上连杆采用铁质材料制成；下连杆采用耐高温陶瓷材料制成，所述耐高温陶瓷材料包括氧化铝或氮化硅，或者，下连杆具有耐高温防粘涂层。
21.根据该方案，可减少下连杆浸入熔体时对熔体的污染和附着，还可以兼顾连杆整体的成本和加工性能。
22.在一些实施方案中，所述上连杆为折线形，所述下连杆为直线形；所述上连杆具有前端的向下弯折延伸的弯折部、中间的水平部和后端的配合部，所述配合部具有插孔，用于与叉车连接，所述弯折部的下端和下连杆的上端可拆卸地安装，二者共线形成连杆的倾斜部分。
23.根据该方案，该结构的球形加料装置可与叉车配合，可由叉车操作平移地进出炉门，以及竖直地进出熔体，操作方便，成本可控。
24.在一些实施方案中，所述添加剂块为镁锭，所述熔体为铝合金熔体或铜合金熔体。
25.根据该方案，球形加料装置可用于在铝合金或铜合金熔炼时加入镁锭，镁锭密度小且易燃烧，采用该球形加料装置加镁可阻止镁锭漂浮至熔体表面而烧损，提高了加镁效果。
附图说明
26.图1为本实用新型第一实施例的球形加料装置；
27.图2为本实用新型第二实施例的球形加料装置；
28.图3为本实用新型第三实施例的球形加料装置；
29.图4为叉车操作图3的球形加料装置进行加料作业的示意图。
30.附图标记：100球形加料装置；101网线；102网孔；103纬线；104经线；105加料孔；106过液孔；k添加剂块；200球形加料装置；201球形框架结构；202连杆；203上连杆；204下连杆；300球形加料装置；301球形框架结构；302连杆；303上连杆；304下连杆；306弯折部；307水平部；308配合部；309插孔；310加强杆；400铝熔炼池；401熔池；402炉门；403叉车。
具体实施方式
31.为了使得本实用新型的技术方案的目的、方案和优点更加清楚，下文中将结合本实用新型的具体实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。除非另有说明，否则本文所使用的术语具有本领域通常的含义。附图中相同或对应的附图标记代表相同或对应的部件。
32.图1示出本实用新型第一实施例的球形加料装置100的示意图。球形加料装置100具有球形框架结构，其具有多根彼此交错相连的网线101，相邻的网线101之间形成网孔102。具体地，网线101可包括多根彼此平行的圆形的纬线103，还包括垂直于该多个纬线103在上下两个端点之间延伸的多个半圆形的经线104。相邻的两根纬线103和相邻的两根经线104之间围成曲面四边形的网孔102。网孔102包括处于经线方向中间位置处的加料孔105，以及在经线方向上位于加料孔105两侧的过液孔106，加料孔105的尺寸大于过液孔106的尺寸。特别地，加料孔105的尺寸被设计为适于装入常规尺寸的添加剂块k，例如，标准尺寸的镁锭，如图1中的虚线箭头所示；过液孔106的尺寸被设计为适于阻止该添加剂块k离开，同时允许熔体自由出入，使熔化的添加剂能混入熔体中。
33.在图1的具体实施例中，示意性地示出了等高度间距设置的6根纬线103，以及等角度间距设置的14根经线104，最中间的两根纬线103所形成的一排网孔102的尺寸最大，而上下两侧的网孔102的尺寸则随靠近上下端点而逐渐减小。中间一排尺寸最大的网孔102之一可作为加料孔105，其余尺寸较小的网孔102可作为过液孔106。
34.在一些实施例中，球形框架结构的直径大致为1000mm。加料孔105的尺寸大致为150x100mm，过液孔106的尺寸在50x50mm至100x100mm的范围内。网线101的直径大致为10mm。
35.上述提及的纬线103和经线104的数量、相对位置和尺寸选择均为非限制性示例，其他数量、相对位置和尺寸均是可行的，只要能形成球形框架结构，且形成尺寸不同的加料孔105和过液孔106，则均可属于本专利保护范围以内。
36.在使用中，可将添加剂块k经由加料孔105预先放入球形加料装置100的内部，再将球形加料装置100浸入熔炼炉的熔体液面以下，如果添加剂块k的密度小于熔体的密度，添加剂块k将上浮，但会受到球形加料装置100的上方网线101的阻碍，不会漂浮至表面与空气接触而氧化。由此，球形加料装置100可解决轻质添加剂块k加入熔体中的上浮和氧化问题，避免烧损，提高熔炼质量。
37.在一些实施例中，球形加料装置100可被升降装置(如叉车、电机升降机构等)操作浸入和提出熔体，如下文所述。在一些实施例中，球形加料装置100可具有连接结构，例如连杆，用于与升降装置连接。
38.由于球形加料装置100具有球形的轮廓和多孔结构，浸入和移出时受到的熔体的流体阻力很小，而且移出时所携带的熔体量也很少，特别是相比于多面体形的结构而言，这
可使得升降操作方便，熔体损失降低。
39.在一些实施例中，优选地，球形加料装置100上的网孔101的总和的网孔面积与球面面积的比值在1:1.52-1.78的范围内。经试验测试，这一比值范围下，球形加料装置100可获得最小的流体阻力和最少的携带熔体损失。
40.在一些实施例中，优选地，球形框架结构由耐高温陶瓷材料制成，例如，氧化铝、氮化硅等。相比于采用铁质材料，耐高温陶瓷材料在熔体中保持结构稳定，对熔体成分的污染小；而且，其附着性差，可减小附着熔体造成的损失。替代地或附加地，还可在球形框架结构的表面涂覆一层耐高温防粘涂层，进一步降低污染和熔体附着情况。球形框架结构可以是一体加工而成，也可是分别形成的多个部件通过连接件彼此相接而成。
41.图2示出本实用新型第二实施例的球形加料装置200的示意图。下面主要描述其与图1实施例的区别，即在于，球形加料装置200中除了具有球形框架结构201，还包括与之连接的连杆202。连杆202安装于球形框架结构201的上端点处。连杆202连接至升降装置(未示出)，升降装置可带动球形框架结构201浸入和移出熔体。升降装置非本实用新型发明点，可使用各种形式的升降装置，在此不赘述。
42.如图2所示，优选地，连杆202包括上连杆203和下连杆204。下连杆204的下端连接至球形框架结构201的上端点处，下连杆204的上端可拆卸地连接至上连杆203的下端，上连杆203可连接至升降装置。上连杆203采用铁质材料制成，例如不锈钢；下连杆204采用耐高温陶瓷材料制成，例如氧化铝、碳化硅，和/或，还可以在其表面涂覆一层耐高温防粘涂层。在使用时，下连杆204会浸入熔体中，如图2所示，耐高温陶瓷材料和/或耐高温防粘涂层可减少其对熔体的污染和附着；同时，相比于全部用耐高温陶瓷材料形成，上连杆203以铁质材料加工可降低成本，便于加工和装配。
43.图2示出球形框架结构201的内部加入了添加剂块k，球形框架结构201已浸入了熔体(图中方框所示)，添加剂块k的密度低于熔体的密度，因而上浮抵靠球形框架结构201上端的网线。上端附近的过液孔仅允许熔体进出球形框架结构201，不允许添加剂块k自由进出，可将添加剂块k保持在球形框架结构201的内部，继而，只要球形框架结构201完全浸入熔体中，添加剂块k就不会暴露于空气燃烧损失。
44.特别地，随着添加剂块k的熔化而体积变小，其将逐渐向上方移动，而球形框架结构201越靠近上端的过液孔的尺寸越小，可继续保持添加剂块k，直至添加剂块k基本上完全熔化。这种向上逐渐缩小的网孔结构与添加剂块的体积变化相适应，可延长添加剂块处于球形框架结构201内的时长，最大程度地抑制添加剂块k脱出氧化的情况。
45.图3示出本实用新型第三实施例的球形加料装置300的示意图。下面主要描述其与图2实施例的区别，即在于，采用了弯折形状的连杆302，其具有水平延伸的水平部分和向下弯折延伸的倾斜部分，倾斜部分的末端连接球形框架结构301。
46.具体地，如图3所示，连杆302包括可分离地连接在一起的上连杆303和下连杆304，上连杆303为折线形，下连杆304为直线形。上连杆303具有前端的向下弯折延伸的弯折部306，中间的水平部307、和后端的配合部308。弯折部306相对于水平部307向下弯折，二者形成120
°
至145
°
的夹角，优选为135
°
的夹角。弯折部306的下端和下连杆304的上端可拆卸地安装，二者共线形成连杆302的前述倾斜部分。配合部308可包括插孔309，用于与叉车升降臂相连接。可选地，在弯折部306和水平部307之间可设置加强杆310，以增强连接部位的机
械强度。
47.图4为利用叉车操作图3的球形加料装置300进行铝合金熔炼的加镁作业的示意图。
48.图4示出了侧开门式铝熔炼池400的示意图，其具有倒梯形截面的熔池401，内部容纳加热熔融的铝合金熔体，虚线显示熔体液面。熔池401上方的侧面设有炉门402。叉车403的升降臂上安装有前述的球形加料装置300。
49.操作时，首先，在球形加料装置300的球形框架结构301内放入镁锭；然后，操作叉车403水平移动球形加料装置300穿过炉门402，进入铝熔炼池400内部；之后，操作叉车403下降球形加料装置300，使其完全浸入熔池401的液面之下，并保持位置直至镁锭完全熔化，随后升起球形加料装置300将其移出。
50.在球形框架结构301下降时，由于其轮廓为弧形，具有多孔结构，网线直径小，不存在封闭面，熔体可自由穿过过液孔306进入内部，浸入和移出熔体的过程中受到的流体阻力小，可由叉车方便地操作；在球形框架结构301上升时，由于轮廓为弧形，具有多孔结构，不会阻碍熔体滑落，过液孔306可使熔体自由穿过而坠落，而且相同体积下球表面积最小，故移出过程中几乎不携带熔体，熔体损失量很少。
51.当叉车403的升降臂减低至最低点，球形框架结构301可下降至熔池401的最深处，例如下降至底部。如图4所示，熔池401的侧壁的倾斜角度和连杆302的倾斜部分的倾斜角度基本一致，这一角度设计可在兼顾炉门高度对连杆高度的限制和熔池底部宽度对连杆长度的限制的情况下，增大球形框架结构能够浸入熔体的深度，改善加料的均匀性。具体来说，更大的倾斜角度会使连杆高度变大，影响出入炉门的操作性；更小的倾斜角度会使连杆长度变大，限制球形框架结构的水平移动范围，否则同样的叉车平移行程可能造成球形加料装置与熔池壁的碰撞。因此，通过设计连杆302的倾斜部分的角度与熔池侧壁的倾斜角度相匹配，可提高叉车操作加镁的便利性。
52.需说明，虽然上述示例结合铝镁合金冶炼的加镁作业进行了说明，但本实用新型并不限于此，其可以用于任何在熔池中需要加入轻质添加剂的场合，例如，铜镁合金冶炼中的加镁作业，等等。
53.本文参照优选的实施例详细描述了本实用新型的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型构思的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。