一種鋁合金爐的製作方法

2023-12-02 01:10:41 1

本發明涉及一種鋁合金爐，為鋁合金重力鑄造、高壓鑄造和傾翻鑄造等領域自動提供定量準確的高品質鋁合金熔體，屬於鋁合金鑄造定量澆注領域。

技術背景：

鋁合金鑄造過程中，需要將一定量的鋁合金熔體澆入特定的模具型腔。

目前，在鋁合金定量澆注領域，低端主要通過在鑄造單元旁邊設置鋁合金保溫爐，通過人工操作舀勺舀取一定量的鋁合金熔體，經人工輸送和澆注入澆注系統；目前大規模普遍運用的是通過機械手操作舀勺從鋁合金保溫爐中舀取一定量的鋁水後，機械手操作舀勺進行鋁合金熔體傳輸和澆注，該過程熱量散失較大，耗時較長，每更換鑄造模具後需要從新調節舀勺取水量，調節過程繁雜，舀勺使用壽命較短，更換維護成本可觀，給湯機械手採購費用也較高；而高端的主要通過氣壓澆注爐進行定量澆注，氣壓澆注爐需要對爐腔上部通入乾燥壓縮空氣進行加壓，將鋁水從升液管中壓出，所以氣壓澆注爐需要對整個爐體進行密封，對爐體的製作要求高，並需要編制複雜的定量澆注程序對高精度的氣壓澆注元件進行精確控制而實現精確定量澆注，使用氣壓澆注爐，澆注速度快，定量精確度高，鋁合金熔體氧化少，而目前這些氣壓澆注元件一般為氣壓澆注爐廠家自行開發，技術壁壘導致這些元件在市場難以採購，所以目前氣壓澆注爐技術門檻很高，目前從事氣壓澆注爐開發的國內廠家還未能實現氣壓澆注爐大規模的銷售，目前技術較為成熟的均為外資獨資品牌，設備價格昂貴，另外，因每次定量澆注均需對熔爐爐腔充入大量乾燥的壓縮空氣，每次澆注完成後又需要將爐腔中大部分加熱到高溫（大於600℃）壓縮空氣排出爐外，長期頻繁工作，壓縮空氣使用量大，排放過程中帶走的熱量也大。並且氣壓澆注爐的升液管和受液管均需採用進口品牌高強度不粘鋁陶瓷，價格昂貴，使用壽命一般不超過3個月，導致耗材成本較高，上述原因導致了鋁合金氣壓澆注爐難以大規模普及。

技術實現要素：
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本發明的目的是針對目前上述鋁合金定量澆注三種情況存在的問題，開發一種較低採購成本和使用維護成本的鋁合金定量澆注爐，達到充分實現鋁合金氣壓澆注爐的優勢，又克服其劣勢。考慮到目前鎂合金熔體的定量澆注大量採用機械泵完成，但鎂合金熔體採用的機械泵，均採用不含鎳耐熱鋼製作，不含鎳鋼鐵在鎂合金熔體中的溶解度極小，也幾乎不與鎂熔體發生化學反應，所以耐熱鋼的機械泵能在鎂合金熔體中長期使用而不損壞，而鋁合金物化性能獨特特性，熔融狀態下，其幾乎可以和所有其它金屬反應形成合金，導致其它金屬浸泡在高溫鋁合金熔體中都會被鋁合金熔體熔蝕，耐熱鋼在鋁合金熔體中浸泡，會被很快熔蝕殆盡，所以浸泡在鋁合金熔體中的機械泵不能直接採用金屬材料製作，這也是為什麼鎂合金定量澆注爐所普遍採用的機械泵澆注方式目前還未在鋁合金熔爐上使用的關鍵原因，所以開發鋁合金機械泵定量澆注爐的關鍵是開發鋁合金機械定量澆注泵。

為了達成上述目的，本發明的設計思路是：採用非金屬材料製作一種機械泵，該機械泵應不與鋁水發生熔蝕反應，同時具備高溫強度高、不粘鋁、抗氧化、抗熱振性好（經多次極冷極熱而不破裂）和機械加工性能好等特性。隨著鋁合金機械澆注泵的開發成功，各種鋁合金熔爐上均可實現機械泵定量澆注。另外由於機械泵定量特性決定，機械泵轉速一樣的情況下，相同時間下機械泵的澆注量會隨機械泵鋁水提升高度的變化而變化，而定量澆注爐中，鋁水液面的高度是隨著加料和澆注鋁水的變化而變化的，所以為實現每次定量的準確，需要實時對鋁液液位的高度進行準確測量，熔爐控制系統需根據測量的液位高度，控制澆注泵的工作參數，從而實現每次澆註定量準確。

根據上述設計思想，所發明鋁合金爐工作原理如下（見圖1）：

所發明的鋁合金爐包括轉液溜槽（1）、機械泵（2）、陶瓷過濾板（3）、精煉除氣裝置（4）、鋁液液位檢測裝置（5）、爐體（6）、頂加熱裝置（7）和底加熱裝置（8）、加料口（9）和爐門（10）。

本鋁合金熔爐功能如下：工作時，打開爐門（10），從加料口（9）加入鋁合金液態或固態爐料，爐料經頂加熱裝置（7）或底加熱裝置（8）加熱溶化調溫後，鋁合金熔體經精煉除氣裝置（4）除氫和陶瓷過濾板（3）除渣後，機械泵（2）提升鋁合金熔體流經轉液溜槽（1）後進入鑄造裝置，頂加熱裝置（7）採用的能源可為電和天然氣。機械泵（2）的定量精度由鋁液液位檢測裝置（5）檢測的液位線（11）的高度進行實時補償，達到精確定量澆注，鋁液液位檢測裝置（5）可為雷射測距儀。

本發明與現行外資品牌鋁合金氣壓澆注爐相比，有如下效果：

1、採用機械泵，對爐體無氣密性要求，爐體製造簡單，造價低，適合嫁接到各種鋁合金熔爐上；

2、機械泵定量澆注爐可採用燃氣加熱裝置進行加熱調溫，而氣壓澆注爐由於對爐膛內氣壓的高精度控制和密封要求，目前只能採用電加熱；

3、機械泵定量澆注爐無需採用大量乾燥壓縮空氣和排出高溫壓縮空氣，節省氣體使用成本；

4、機械泵定量澆注爐因無氣密性要求，可方便在爐內安裝旋轉除氣裝置和陶瓷過濾板來提高鋁合金熔體的品質，有利於保障鋁合金鑄件的質量，而氣壓澆注爐由於氣密要求，難以安裝上述部件，並且當意外導致長時間停爐或壓縮空氣乾燥不到位，會導致爐體中鋁合金熔體大量吸氫，而難以處理，易導致鑄件出現針孔，影響鑄件性能；

5、機械泵定量澆注爐使用維護成本低，無需像氣壓澆注爐一樣需要經常更換由於高溫損壞的爐門密封圈，無需經常更換進口的昂貴陶瓷升液管和受液管，機械泵僅需採用國產材料製作，成本低，容易購置；

6、採購成本低，製作簡單，無技術壁壘，適合大規模運用。

附圖說明：

附圖1為本發明的一種鋁合金爐工作原理圖正視圖：

圖中：1—轉液溜槽；2—機械泵；3—陶瓷過濾板；4—精煉除氣裝置； 5—鋁液液位檢測裝置；6—爐體；7—頂加熱裝置；8—底加熱裝置；9—加料口；10—爐門；11—液位線；

具體實施方式：

下面以機械泵保溫澆注爐為例，對圖1所示的鋁合金爐原理圖作進一步說明：

當鋁合金爐生產時，打開料門（10）,人工或機械將鋁水或鋁錠從加料口中加入爐體（6）內，頂加熱裝置（7）或底加熱裝置（8）對鋁熔體進行加熱和調溫，當達到需要的澆注溫度時，鋁合金熔體流經精煉除氣裝置（5）除氫和陶瓷過濾板（3）除渣後，鋁液液位檢測裝置（5）將檢測到的液位線（11）高度數值輸入到控制系統，控制系統通過計算給出機械泵的定量澆注參數，控制機械泵（2）提升爐體（6）中的鋁合金熔體的高度，提升後的鋁合金熔體經刷不粘鋁塗料的轉液溜槽（1）進入鑄造裝置型腔，完成澆注過程；

該鋁合金爐結構簡單、操作維護方便、製造成本低、使用維護成本低，可提供高品質的鋁合金熔體，可滿足不同鋁合金鑄造的定量澆注要求，創造性的技術路線克服了氣壓澆注爐的技術壁壘和高價壟斷，可大規模推廣。