一种稀土金属真空吸铸装置及方法
技术领域
本发明涉及稀土加工技术领域，尤其涉及一种稀土金属真空吸铸装置及方法。
背景技术
稀土金属又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，常用R或RE表示。稀土金属的化学活性很强，当和氧作用时，生成稳定性很高的R2O3型氧化物。
现有的稀土金属浇铸方法采用在液态稀土金属内加电解质的方法来提高稀土金属的稳定性，并进行浇铸，如中国发明专利CN106799487A公开了一种稀土金属浇铸成型机械自动化倾倒系统，包括基座，还包括用于夹持锅体的夹紧装置，所述的基座上设有倾倒驱动装置，所述的倾倒驱动装置与所述的夹紧装置连接，该倾倒驱动装置可驱动所述的夹紧装置侧翻。但是这种浇铸方法具有以下缺点：
(1)由于稀土金属的熔点高，静置冷却需要的时间长，生产效率低；
(2)浇铸后的稀土金属内混合了大量的电解质使得稀土金属的纯度低。
有鉴于此，急需对现有的稀土金属浇铸装置进行改进，以加快稀土金属的生产效率并提高稀土金属的纯度。
发明内容
本发明公开一种稀土金属真空吸铸装置及方法，用于解决现有技术中，稀土金属的生产效率低，纯度低的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
提供一种稀土金属真空吸铸装置，包括型腔，还包括，
吸铸管，插接在所述型腔的下端；
真空管，一端插接在所述型腔的上端，另一端连接真空罐，所述真空管上设有用于抽真空的抽气阀和用于泄压的泄压阀；
电解质溢流箱，与所述真空管接通，用于收集溢出的电解质，所述真空管与所述电解质溢流箱的连接处的下端设有液位传感器，所述液位传感器用于输出液位是否到达该处的信号；
所述型腔包括第一型腔体和第二型腔体，所述第一型腔体和第二型腔体的内侧设置多个一一对应的模型；
所述第一型腔体和第二型腔体的内侧面还设有直流浇道和横流浇道，所述直流浇道竖向设置在所述第一型腔体和第二型腔体的内侧面的中间位置，所述横流浇道向下倾斜设置在所述直流浇道的两侧，并与各所述模型连通；
所述直流浇道的上下两端分别设有第一冒口和第二冒口，所述第一冒口的上端通过第一法兰与所述真空管连接，所述第二冒口的下端通过第二法兰与所述吸铸管连接；
所述第一冒口和第二冒口固定在所述第二型腔体上，所述第一型腔体上设有与所述第一冒口和第二冒口相适配的倒口；
冷却结构，所述第一型腔体和/或第二型腔体的内部开出U型通道，所述U型通道的一端连接入水管，另一端连接出水管，所述U型通道靠近所述模型设置，所述U型通道上还连接多个连通管，所述连通管的位置与每个所述横流浇道对应，所述连通管用于冷却所述横流浇道；
所述第一型腔体的外侧设有气缸，所述第一型腔体和第二型腔体的四周通过滑动导杆定位，所述气缸带动所述第二型腔体沿所述滑动导杆滑动。
在上述方案中，所述入水管的入水端和出水管的出水端插在装有冷却液的水箱内，所述入水管上设有抽水泵。
在上述方案中，所述连通管的另一端还连接冷却管，所述冷却管与所述直流浇道平行设置。
在上述方案中，还包括控制器，与所述液位传感器，抽气阀和泄压阀信号连接，用于接收所述信号并控制所述抽气阀和泄压阀的开闭，所述控制器包括定时器，所述控制器被配置为执行以下步骤：
S1当收到液位到达的所述信号后，控制所述抽气阀和泄压阀关闭；
S2所述定时器开始计时，在预设时间内当收到液位未达到的信号时，在所述预设时间结束后控制所述抽气阀打开，返回S1，当在预设时间内未获得液位未到达的信号时，控制所述泄压阀打开；
在上述方案中，所述气缸固定在升降平台上，用于调节所述吸铸管插入稀土电解炉的深度。
在上述方案中，所述电解质溢流箱的上端设有密封盖，所述密封盖上设有观察部用于观察液态金属的溢出情况，所述观察部有透明材质制成。
在上述方案中，所述真空管上还设有真空压力表用于检测压力值。
在上述方案中，所述型腔内有钛涂层。
利用上述方案的稀土金属真空吸铸装置的吸铸方法，包括：
将吸铸管插入稀土电解炉金属接收器的底部，气缸带动第二型腔体滑动与第一型腔体扣合，使吸铸管、型腔、冷却结构、第一冒口、第二冒口、真空管、电解质溢流箱和真空罐密封连接；
开启抽气阀，关闭泄压阀；
当收到液位到达的信号后，关闭抽气阀和泄压阀；
抽水泵抽取冷却液注入冷却结构，使横流浇道内金属凝固；
打开泄压阀；
待型腔冷却后气缸带动第二型腔体滑动使型腔打开，取出稀土金属块。
在上述方案中，开启所述泄压阀，关闭所述抽气阀后，所述真空管和所述吸铸管内的液体回流至所述稀土电解炉。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
设置冷却结构，使液态稀土金属快速冷却凝固，提高生产效率，采用真空装置将液态的稀土金属吸铸成型，避免了稀土金属在浇铸过程中氧化，在直流浇道的上下两端设置冒口防止开始抽气时出现湍流现象，利用该装置对液态稀土金属进行吸铸，无须电解质包裹提高了稀土金属的纯度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1公开的稀土金属真空吸铸装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1公开的稀土金属真空吸铸装置的型腔和冷却结构的示意图；
图3为本发明实施例1公开的稀土金属真空吸铸装置的主视图；
图4为本发明实施例1公开的稀土金属真空吸铸装置的型腔的主视图；
图5为本发明实施例2公开的稀土金属真空吸铸装置的型腔的主视图；
图6为本发明实施例2公开的稀土金属真空吸铸装置的型腔的俯视图；
图7为本发明实施例2公开的稀土金属真空吸铸装置的型腔的A-A剖面图；
图8为本发明实施例3公开的稀土金属真空吸铸方法的流程图。
具体包括下述附图标记：
型腔-10；冷却结构-20；吸铸管-30；真空管-40；气缸-50；升降平台-60；第一型腔体-11；第二型腔体-12；模型-13；直流浇道-14；横流浇道-15；滑动导杆-16；U型通道-21；水箱-22；入水管-23；出水管-24；抽水泵-25；连通管-26；冷却管-27；真空罐-41；抽气阀-42；泄压阀-43；电解质溢流箱-44；液位传感器-45；控制器-46；真空压力表-47；倒口-111；第一冒口-141；第二冒口-142；观察部-441。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～4所示，本发明的稀土金属真空吸铸装置，包括型腔10。
型腔10包括第一型腔体11和第二型腔体12，第一型腔体11和第二型腔体12的内侧设置多个一一对应的模型13。模型13用于将液态金属定型。冷却结构，设置为第一型腔体11和/或第二型腔体12的内部开出U型通道21，U型通道21的一端连接水箱22的入水管 23，另一端连接水箱22的出水管24，并外接装有冷却液的水箱22，入水管23上设有抽水泵25，U型通道21靠近模型13设置。设置冷却结构使液态的稀土金属能够快速的冷却凝固，提高生产效率。
吸铸管30插接在型腔10的下端；真空管40一端插接在型腔10的上端，另一端连接真空罐41，真空管41上设有用于抽真空的抽气阀42和用于泄压的泄压阀43；电解质溢流箱44与真空管40接通，用于收集溢出的电解质，真空管40与电解质溢流箱44的连接处的下端设有液位传感器45，液位传感器45用于输出液位是否到达该处的信号。采用真空装置将液态的稀土金属吸铸成型，避免了稀土金属在浇铸过程中氧化。
第一型腔体11和第二型腔体12的内侧面还设有直流浇道14和横流浇道15，直流浇道 14竖向设置在第一型腔体11和第二型腔体12的内侧面的中间位置，横流浇道15向下倾斜设置在直流浇道14的两侧，并与各模型13连通。吸铸的液体金属流入直流浇道14后分流到各个横流浇道15并流入模型中，将横流浇道15向下倾斜设置，该在本方案中该角度为15°，方便液体金属下滑，并且横流浇道15设置在各个模型13的上端，液态稀土金属通过横流浇道15后向下流入模型13内，保证了泄气后模型13内液态稀土金属不外流。
直流浇道14的上下两端分别设有第一冒口141和第二冒口142，在本方案中第一冒口 141和第二冒口142均设置为直径大于直流浇道1.5倍的锥形或圆柱形冒口，第一冒口141 的上端通过第一法兰与真空管30连接，第二冒口142的下端通过第二法兰与吸铸管20连接，设置冒口避免了吸铸速度过快导致充模不完整，有效缓解了湍流现象。
第一冒口141和第二冒口142固定在第二型腔体12上，第一型腔体11上设有与第一冒口141和第二冒口142相适配的倒口111且型腔10扣合后整个装置为密封状态，保证了其内部可以抽真空。第一型腔体11固定不动。
在一个具体实施例中，稀土电解炉内电解质的液高为50cm，液态稀土金属的液高为 12cm，由于电解质的密度比液态稀土金属的密度小，因此二者在电解炉内能够分层，吸铸管20的高度为80cm，因此吸铸管20能够插入到液面的最底端，吸铸管20内吸铸50cm高的电解质，液位传感器设置在距离第一冒口141上端30cm处。需要强调的是，第一冒口 141底部至液面传感器高度处的容积大于吸铸管内电解质的体积。
第一型腔体11的外侧设有气缸50，第一型腔体11和第二型腔体12的四周通过滑动导杆16定位，气缸50带动第二型腔体12沿滑动导杆16滑动。气缸50固定在升降平台60 上，用于调节吸铸管30插入电解炉的深度。
优选的，本发明还设有控制器46，与液位传感器45，抽气阀42和泄压阀43信号连接，用于接收信号并控制抽气阀42和泄压阀43的开闭，控制器46包括定时器，控制器46被配置为执行以下步骤：
S1当收到液位到达的信号后，控制抽气阀42和泄压阀43关闭；
S2定时器开始计时，在预设时间内当收到液位未达到的信号时，在预设时间结束后控制抽气阀42打开，返回S1，当在预设时间内未获得液位未到达的信号时，控制泄压阀43打开。
控制器46与液位传感器45，抽气阀42和泄压阀43信号连接，实现了通过液位信号控制抽气阀42和泄压阀43。
优选的，电解质溢流箱44的上端设有密封盖，密封盖上设有观察部441用于观察电解质的溢出情况，观察部441有透明材质制成，如玻璃。由于抽真空后，液体会被吸入真空管40中，因此电解质溢流箱44设置在最大吸铸高度处，在一个具体实施例中，真空下压力为0.06Mpa，将电解质溢流箱44设置在吸铸管30末端1.4m处。
优选的，真空管40上还设有真空压力表47用于检测压力值。
优选的，抽气阀42为电磁抽气阀。电磁真空阀适用于以液体为工作介质，可控制液体工作介质管路的通断。
优选的，型腔10内有钛涂层，由于钛不与稀土金属反应，避免了稀土金属中带有杂质，保证了稀土金属的纯度。
实施例2
如图5～7所示，与实施例1不同的是，在本实施例中U型通道20上还设有多个连通管26，连通管26靠近横流浇道15设置，并与横流浇道15一一对应，加快的横流浇道15 内液态稀土金属的凝固，连通管26的另一端还连接冷却管27，冷却管27与直流浇道14平行设置，使连通管内的冷却液分布更加均匀，并且加速冷却，由于横流浇道15的直径远小于直流浇道14的直径，因此在本实施例优选的，待横流浇道15内液态稀土金属的凝固后再开启泄压阀43，防止泄压过大导致横流浇道内液体回流。在一个具体实施例中，将横流浇道15的冷却时间预设为30s，即在冷却液注入冷却结构30s后打开泄压阀43，真空管40 和吸铸管30内的液体回流至稀土电解炉。
实施例3
利用上述的稀土金属真空吸铸装置的吸铸方法，结合图8，包括：
将吸铸管30插入稀土电解炉金属接收器的底部，气缸50带动第二型腔体12滑动与第一型腔体11扣合，使吸铸管30、型腔10、冷却结构20、第一冒口141、第二冒口142、真空管40、电解质溢流箱44和真空罐41密封连接；
开启抽气阀42，关闭泄压阀43；
当收到液位到达的信号后，关闭抽气阀42和泄压阀43；
抽水泵25抽取冷却液注入冷却结构20，使横流浇道15内金属凝固，冷却时间预设为 30s；
打开泄压阀43；
待型腔10冷却，冷却时间预设为10min，气缸50带动第二型腔体12滑动使型腔10打开，取出稀土金属块。
本发明中，开启泄压阀42，关闭抽气阀43后，真空管40和吸铸管30内的液体回流至稀土电解炉。
本发明设置冷却结构，使液态稀土金属快速冷却凝固，提高生产效率，采用真空装置将液态的稀土金属吸铸成型，避免了稀土金属在浇铸过程中氧化，在直流浇道的上下两端设置冒口防止开始抽气时出现湍流现象，利用该装置对液态稀土金属进行吸铸，无须电解质包裹提高了稀土金属的纯度。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。
