[发明专利]一种阀控自回流式镁液连续控量输送装置及方法

权利要求书

1.一种阀控自回流式镁液连续控量输送装置，其特征在于：该装置包含气路系统、镁合金熔炼系统、输送系统；所述气路系统包括氩气源(1)、调节组件、控制器(4)、真空泵(7)，所述镁合金熔炼系统包括熔炼坩埚(17)，所述输送系统包括输液管(9)、密闭容器(10)、升液管(18)；所述调节组件包括减压阀(2)、调压阀(3)、换向阀(5)、气路控制阀(6)，氩气源(1)通过气路管依次接过减压阀(2)、调压阀(3)、控制阀(5)和气路控制阀(6)，熔炼坩埚(17)通过气路管与控制阀(5)连通，所述密闭容器(10)通过气路管和真空泵(7)连通并接入所述气路控制阀(6)，所述输液管(9)外层引出气路管与真空泵(7)相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述镁合金熔炼系统还包括保温层(12)、坩埚密封环(13)、坩埚盖(14)、温度监测装置(15)、加热炉(16)、石墨坩埚(20)，其中石墨坩埚(20)置于熔炼坩埚(17)中，熔炼坩埚(17)置于加热炉(16)中，熔炼坩埚(17)上端固定坩埚盖(14)，熔炼坩埚(17)上端面与坩埚盖(14)下端面之间放置坩埚密封环(13)，坩埚盖(14)上端放置保温层(12)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述输送系统还包括紧锁卡箍(11)，密闭容器(10)侧壁开设液路口与气路口，密闭容器(10)与输液管(9)通过所述紧锁卡箍(11)连接，升液管(18)与输液管(9)通过紧锁卡箍(11)连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于：所述控制器(4)与减压阀(2)、调压阀(3)和换向阀(5)间电连接，所述控制器(4)控制换向阀(5)的进气口(22)与出气口(24)连通、出气口(24)与泄气口(23)连通。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述减压阀(2)控制氩气源(1)的出口压力，压力控制范围为0～0.4MPa；所述调压阀(3)控制熔炼坩埚(17)及管路内的气体压力，压力控制范围为0.01MPa～0.04MPa。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述输液管(9)为薄壁双层真空管，外层壁厚为1.5mm～2.3mm，内层壁厚为0.3～0.8mm，内层与外层之间抽真空，真空度为5～10kPa。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述紧锁卡箍(11)内部涂有无硅高温密封胶。

8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述升液管(18)和气路管均内嵌在坩埚盖(14)上，所述升液管(18)底部为与水平面成15°～30°的坡度，所述升液管(18)顶部弯折角度与水平面成角度α，所述输液管(9)与其配合，与水平面成角度β。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述角度α、所述角度β均优选为42°～70°。

10.利用权利要求1-9任一项所述一种阀控自回流式镁液连续控量输送装置连续输送镁液的方法，步骤如下：

(a)系统搭建：将镁合金块放入石墨坩埚(20)中，完成气路系统、镁合金熔炼系统、输送系统的搭建；

(b)计算、调控：在控制器(4)中设定减压阀(2)和调压阀(3)控制压力P₁，设定换向阀(5)的输送时间t₁，镁液流速根据流体力学伯努利方程可推导出如下计算公式(1)：

其中P₁为熔炼坩埚内压力，ρ为镁液密度，g为重力加速度，Δh为镁液液面与镁液出口高度差，v为镁液出口流速，Γ为流速影响因子，与实验设备相关，本装置中Γ取值为0.43；

输送镁液量m由如下计算公式(2)得到：

m＝ρvA(t₁-1.5) 公式(2)

其中A为管道截面积，管道充型时间常数1.5由实验测得；

关闭气路控制阀(6)，启动真空泵(7)对熔炼坩埚(17)、密闭容器(10)和输液管(9)抽真空至5～10kPa后关闭真空泵(7)，打开氩气源(1)并对换向阀(5)通电，换向阀(5)的进气口(22)与换向阀(5)的出气口(24)连通，待调压阀(3)压力稳定后关闭氩气源(1)打开气路控制阀(6)使整个系统压力恢复至大气压力，关闭气路控制阀(6)，换向阀(5)断电，换向阀(5)的出气口(24)与换向阀(5)的泄气口(23)连通；

(c)加热保温：将温度监测装置(15)插入加热炉(16)中并紧贴熔炼坩埚(17)，启动加热炉(16)，开始对镁合金加热2h至850℃过热状态，然后保温15min。

(d)启动输送：将控制器(4)调整为输送模式，打开氩气源(1)，打开气路控制阀(6)，启动输送模式，控制器(4)控制换向阀(5)通电，换向阀(5)的进气口(22)与换向阀(5)的出气口(24)连通,，氩气经减压阀(2)、调压阀3、换向阀(5)进入熔炼坩埚(17)内，熔炼坩埚(17)内气体压力快速上升至调压阀(3)设定压力，熔炼坩埚(17)内压力上升时间取决于减压阀(2)与调压阀(3)所设定的压力差值，镁液在恒定气体压力作用下经升液管(18)、输液管(9)进入密闭容器(10)内，密闭容器(10)内气体经气路管从气路控制阀(6)排入大气中；

(e)完成输送：输送模式输送设定时间后，控制器(4)控制换向阀(5)断电，换向阀(5)的出气口(24)与换向阀(5)的泄气口(23)连通，熔炼坩埚(17)泄压，气体经换向阀(5)的泄气口排入大气中，输液管(9)内镁液在重力作用下自回流至熔炼坩埚(17)内，镁液输送完成；

(f)连续输送：重复步骤(d)、(e)，实现连续输送。