用于金属冶炼的高效多功能机械搅拌装置

171 编辑：中冶有色技术网来源：浙江遂昌汇金有色金属有限公司

2025-01-09 14:43:51

权利要求

1.一种用于金属冶炼的高效多功能机械搅拌装置，包括底座(1)、驱动机构、搅拌机构、冷却机构、烟气处理装置(5)和控制系统，其特征在于：

所述驱动机构包括两组驱动轮(2)、减速器(201)、联轴器(2011)和电机(202)，所述底座(1)上安装有两组驱动轮(2)，其中一个驱动轮的转轴通过联轴器(2011)与减速器(201)连接，所述减速器(201)的输入端设有电机(202)，所述电机(202)固定安装在底座(1)上侧;

所述搅拌机构包括冶炼炉(3)、固定轮(302)、进出料口(303)、密封套(304)、搅拌柱(305)和多个可替换的搅拌叶结构，所述冶炼炉(3)上设有两个固定轮(302)，所述冶炼炉(3)通过固定轮(302)放置在驱动轮(2)上，所述固定轮(302)与驱动轮(2)相互配合，所述冶炼炉(3)一端开设有进出料口(303)，另一端与密封套(304)固定连接，所述密封套(304)与烟气处理装置(5)连通，所述密封套(304)内固定连接有搅拌柱(305)，所述搅拌柱(305)上设有多个固定槽(3051)用于安装搅拌叶结构;

所述冷却机构包括储液箱(4)、第一冷却套(401)、第二冷却套(402)和循环泵(403)，所述储液箱(4)通过管道与第一冷却套(401)连通，第一冷却套(401)安装在驱动轮(2)外侧，第一冷却套(401)与第二冷却套(402)连通，第二冷却套(402)与储液箱(4)之间通过管道和循环泵(403)连通，形成循环冷却回路;

所述控制系统采用PLC控制器，与驱动机构、搅拌机构和冷却机构连接，并通过PLC控制器与温度传感器、转速传感器、扭矩传感器和液位传感器相连接，实时监测搅拌装置的运行状态，并实现自动化操作和安全保护。

2.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述冶炼炉(3)上设有观察窗(301)，用于监测冶炼过程中的内部状况。

3.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌柱(305)上设有多个固定槽(3051)，用于可拆卸安装多个搅拌叶(306)，搅拌叶(306)的形状为螺旋状、平板状或弧形，以适应不同的冶炼工艺需求。

4.根据权利要求3所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌叶(306)通过内螺纹(3061)与调节座(307)上的外螺纹(3072)配合连接，调节座(307)的一端通过固定销(3071)与固定座(3081)连接，调节座(307)的角度可调节，以优化搅拌效果。

5.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述固定轮(302)与驱动轮(2)相互配合，使冶炼炉(3)能够沿驱动轮(2)的旋转方向进行运动，便于冶炼材料的进出料操作。

6.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述冷却机构中的第一冷却套(401)安装在驱动轮(2)的外侧，用于冷却驱动轮(2)的外表面，第二冷却套(402)用于冷却点击(3)的外表面，以防止设备过热。

7.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述储液箱(4)通过设置在底座(1)上的循环泵(403)与第一冷却套(401)和第二冷却套(402)形成闭环冷却系统，确保冷却液的循环使用，降低能耗。

8.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述烟气处理装置(5)通过密封套(304)与冶炼炉(3)连通，处理冶炼过程中的废气和有害物质，以提高环保性能。

9.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述搅拌叶(306)、搅拌柱(305)和冶炼炉(3)的材料为高温合金材料，包括镍基合金、不锈钢或钛合金，以提高装置的高温耐受性和抗腐蚀性能。

10.根据权利要求1所述的搅拌装置，其特征在于，所述控制系统通过人机界面或远程监控模块与操作人员交互，实时显示装置的运行状态，并允许操作人员设置运行参数或进行手动干预。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体的说是涉及一种用于金属冶炼的高效多功能机械搅拌装置。

背景技术

[0002]金属冶炼是材料科学和工业生产中的一个重要环节，涉及金属从矿石中提取、纯化以及合金的制备。为了提高冶炼过程的效率和最终产品的质量，搅拌操作至关重要。搅拌装置通过机械运动使熔融金属与添加剂充分混合，促进化学反应的进行，加快传质和传热过程，同时防止金属液体的分层和局部过热现象。然而，现有的搅拌装置在实际应用中仍存在一些显著的技术缺陷和局限性。

[0003]首先，现有的搅拌装置能耗高、效率低。传统的冶炼搅拌装置大多采用固定速度和简单的搅拌叶片设计，无法根据不同冶炼工艺需求进行调节。这种“一刀切”的设计方式使得搅拌过程的能量利用效率低下，容易出现过度搅拌或搅拌不足的情况，导致冶炼时间延长，能耗增加，生产成本上升。

[0004]其次，搅拌装置的通用性差。不同金属和合金的冶炼工艺差异较大，对搅拌速度、搅拌强度、叶片形状和材料的要求也不尽相同。例如，铝的冶炼需要相对缓慢而均匀的搅拌以防止氧化，而镁合金则需要快速高效的混合以确保合金成分均匀。现有设备大多为单一用途，无法适应多种金属冶炼过程的需求。这种通用性差的问题不仅限制了设备的应用范围，也增加了冶炼厂的设备投资和维护成本。

[0005]此外，设备的耐用性和维护难度问题也不容忽视。在冶炼过程中，搅拌装置通常处于高温、高腐蚀的工作环境中，传统材料(如普通碳钢)容易发生热疲劳和化学腐蚀，导致设备使用寿命缩短。设备维护频繁且难度大，往往需要停机进行大规模检修或更换部件，进一步增加了冶炼厂的运营成本和停机损失。

[0006]同时，现有设备的自动化程度较低，安全性能不足。传统的搅拌装置往往缺乏智能化控制系统，操作人员需频繁手动调整设备运行状态，在高温环境下工作，存在较大安全风险。且当设备发生故障时，缺乏及时的报警和自我保护机制，容易导致设备损坏或人员伤害。

[0007]为了解决以上问题，本领域亟需一种能够同时满足高效搅拌、节能操作、适应多种冶炼工艺、耐用性强且易于维护的多功能机械搅拌装置。此外，这种装置应具备高度的自动化和智能化特性，能够实时监测和调节冶炼过程中的关键参数，确保设备的安全可靠运行。

发明内容

[0008]为了解决上述问题，本发明提供了一种能够高效搅拌、节能操作、适应多种冶炼工艺、耐用性强且易于维护的装置，并具有高度的自动化和智能化特性。

[0009]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，主要包括：

[0010]底座：装置的支撑结构，所有机构均固定在底座上。底座为设备提供稳定性，并支持驱动机构、搅拌机构、冷却机构和控制系统的安装。

[0011]驱动机构：包括两组驱动轮、减速器、联轴器和电机。驱动轮安装在底座上，驱动轮的转轴通过联轴器与减速器连接，电机安装在底座上侧，通过减速器为搅拌机构提供旋转动力。

[0012]搅拌机构：由冶炼炉、固定轮、进出料口、密封套、搅拌柱和搅拌叶结构组成。冶炼炉上设有两个固定轮，通过固定轮放置在驱动轮上，冶炼炉的一端设有进出料口，另一端通过密封套与烟气处理装置连通，密封套内固定连接有搅拌柱，搅拌柱上设有多个固定槽，用于安装搅拌叶。

[0013]搅拌叶结构：搅拌叶通过固定环安装在固定槽内，搅拌叶的一端设有内螺纹，通过与调节座的外螺纹螺纹配合连接。调节座通过固定销与固定座连接，可根据需要调节搅拌叶的角度，以适应不同的冶炼工艺要求。

[0014]冷却机构：包括储液箱、第一冷却套、第二冷却套和循环泵。储液箱通过管道与第一冷却套连通，第一冷却套安装在驱动轮的外侧，第二冷却套用于冷却电机的外表面，冷却液通过循环泵在冷却套和储液箱之间循环流动，形成闭环冷却系统，防止设备过热。

[0015]烟气处理装置：与密封套连通，负责处理冶炼过程中产生的废气，确保环保合规。烟气通过密封套排出后进入烟气处理装置，进行过滤和净化处理，减少对环境的污染。

[0016]控制系统：采用PLC控制器，连接驱动机构、搅拌机构和冷却机构，实现智能化控制。控制系统与温度传感器、转速传感器、扭矩传感器和液位传感器相连接，能够实时监测搅拌装置的运行状态，并自动调整运行参数，确保搅拌装置的稳定、高效运行。同时，控制系统具备自动化操作和安全保护功能，能够实现远程监控与数据分析。

[0017]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：

[0018](1)高效搅拌：通过优化设计的搅拌叶结构和可调节的搅拌角度，确保金属液体和添加剂的充分混合，提升了冶炼效率。

[0019](2)智能控制：PLC控制器能够自动调节设备的运行参数，实时监测设备状态，并提供安全保护，减少人工操作，提高了设备的智能化程度。

[0020](3)节能环保：集成了高效冷却系统和烟气处理装置，降低了能耗，改善了设备的散热性能，并减少了冶炼过程中产生的污染物排放。

[0021](4)结构模块化：搅拌叶结构可根据不同的冶炼工艺需求进行更换和调整，增加了设备的灵活性和适应性，适用于多种金属和合金的冶炼。

附图说明

[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0023]图1为本发明的立体结构示意图。

[0024]图2为本发明后侧的立体结构示意图。

[0025]图3为本发明搅拌柱的立体结构示意图。

[0026]图4为本发明搅拌柱的立体结构示意图。

[0027]图5为本发明搅拌叶的立体结构爆炸图。

[0028]图6为本发明的A处放大图。

[0029]附图标记说明：1-底座，2-驱动轮，201-减速器，2011-联轴器，202-电机，3-冶炼炉，301-观察窗，302-固定轮，303-进出料口，304-密封套，305-搅拌柱，3051-固定槽，306-搅拌叶，3061-内螺纹，307-调节座，3071-固定销，3072-外螺纹，308-固定环，3081-固定座，307-4-储液箱，401-第一冷却套，402-第二冷却套，403-循环泵，5-烟气处理装置。

具体实施方式

[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

[0031]实施例1

[0032]一种用于金属冶炼的高效多功能机械搅拌装置，如图1至图6所示，包括底座1、驱动机构、搅拌机构、冷却机构、烟气处理装置5和控制系统：

[0033]所述驱动机构包括两组驱动轮2、减速器201、联轴器2011和电机202，所述底座1上安装有两组驱动轮2，其中一个驱动轮的转轴通过联轴器2011与减速器201连接，所述减速器201的输入端设有电机202，所述电机202固定安装在底座1上侧;

[0034]所述搅拌机构包括冶炼炉3、固定轮302、进出料口303、密封套304、搅拌柱305和多个可替换的搅拌叶结构，所述冶炼炉3上设有两个固定轮302，所述冶炼炉3通过固定轮302放置在驱动轮2上，所述固定轮302与驱动轮2相互配合，所述冶炼炉3一端开设有进出料口303，另一端与密封套304固定连接，所述密封套304与烟气处理装置5连通，所述密封套304内固定连接有搅拌柱305，所述搅拌柱305上设有多个固定槽3051用于安装搅拌叶结构;

[0035]所述冷却机构包括储液箱4、第一冷却套401、第二冷却套402和循环泵403，所述储液箱4通过管道与第一冷却套401连通，第一冷却套401安装在驱动轮2外侧，第一冷却套401与第二冷却套402连通，第二冷却套402与储液箱4之间通过管道和循环泵403连通，形成循环冷却回路;

[0036]所述控制系统采用PLC控制器，与驱动机构、搅拌机构和冷却机构连接，并通过PLC控制器与温度传感器、转速传感器、扭矩传感器和液位传感器相连接，实时监测搅拌装置的运行状态，并实现自动化操作和安全保护。

[0037]为了进一步优化上述方案，所述冶炼炉3上设有观察窗301，用于监测冶炼过程中的内部状况。

[0038]为了进一步优化上述方案，所述搅拌柱305上设有多个固定槽3051，用于可拆卸安装多个搅拌叶306，搅拌叶306的形状为螺旋状、平板状或弧形，以适应不同的冶炼工艺需求。

[0039]为了进一步优化上述方案，所述搅拌叶306通过内螺纹3061与调节座307上的外螺纹3072配合连接，调节座307的一端通过固定销3071与固定座3081连接，调节座307的角度可调节，以优化搅拌效果。

[0040]为了进一步优化上述方案，所述固定轮302与驱动轮2相互配合，使冶炼炉3能够沿驱动轮2的旋转方向进行运动，便于冶炼材料的进出料操作。

[0041]为了进一步优化上述方案，所述冷却机构中的第一冷却套401安装在驱动轮2的外侧，用于冷却驱动轮2的外表面，第二冷却套402用于冷却冶炼炉3的外表面，以防止设备过热。

[0042]为了进一步优化上述方案，所述储液箱4通过设置在底座1上的循环泵403与第一冷却套401和第二冷却套402形成闭环冷却系统，确保冷却液的循环使用，降低能耗。

[0043]为了进一步优化上述方案，所述烟气处理装置5通过密封套304与冶炼炉3连通，处理冶炼过程中的废气和有害物质，以提高环保性能。

[0044]为了进一步优化上述方案，所述搅拌叶306、搅拌柱305和冶炼炉3的材料为高温合金材料，包括镍基合金、不锈钢或钛合金，以提高装置的高温耐受性和抗腐蚀性能。

[0045]为了进一步优化上述方案，所述控制系统通过人机界面或远程监控模块与操作人员交互，实时显示装置的运行状态，并允许操作人员设置运行参数或进行手动干预。

[0046]实施例2

[0047]本实施例介绍了该搅拌装置在铝合金冶炼过程中的实际应用，展示了从装置的启动、操作、烟气处理到冶炼完成的全过程，特别着重描述了如何通过设备的智能化控制和冷却系统优化铝合金冶炼过程。

[0048]1.启动与准备阶段

[0049]设备状态检查：在操作之前，操作人员使用PLC控制系统检查设备的各项状态。通过传感器监测搅拌装置的温度、转速、液位和冷却液循环情况，确保设备处于正常运行状态。

[0050]启动冷却系统：启动冷却机构中的循环泵403，将冷却液从储液箱4泵送至第一冷却套401和第二冷却套402。此时，第一冷却套安装在驱动轮2外侧，确保搅拌装置在高温条件下不会过热，同时保持驱动机构的温度稳定。

[0051]设备初始化：PLC控制器加载预设的冶炼工艺参数(如搅拌速度、搅拌叶片角度和冷却水流量)，确保系统准备就绪。

[0052]2.冶炼过程开始

[0053]添加铝原料：通过冶炼炉3上的进出料口303，将铝原料添加至冶炼炉中。冶炼炉3与密封套304连接，确保冶炼过程中烟气不会逸散。

[0054]启动驱动系统：PLC控制器发出指令，启动驱动机构中的电机202，通过减速器201和联轴器2011驱动搅拌柱305旋转。此时，搅拌柱305上的搅拌叶306开始工作，将铝原料与合金元素均匀混合。

[0055]搅拌叶结构的调整：根据铝合金冶炼的需求，调整搅拌叶片的角度。搅拌叶306通过调节座307上的内螺纹3061和外螺纹3072配合连接，调节角度以确保最佳的混合效果。

[0056]3.智能化控制与优化操作

[0057]实时监控与调节：在冶炼过程中，PLC控制系统通过传感器实时监测冶炼炉的温度、搅拌转速、冷却水流量以及冶炼过程中产生的扭矩变化。根据这些反馈数据，系统自动调整搅拌叶片的转速和角度，确保金属液体和添加剂充分混合，并防止过度搅拌或搅拌不足。

[0058]冷却系统优化：冷却系统通过第一冷却套401和第二冷却套402维持冶炼炉和驱动系统的温度稳定。PLC控制器根据温度传感器的数据，动态调整冷却液的流量和循环速度，确保系统不过冷或过热，从而优化能耗。

[0059]4.烟气处理

[0060]烟气的收集与处理：在铝合金冶炼过程中，产生的废气通过密封套304被引导至烟气处理装置5。烟气首先进入初级过滤系统，过滤掉大颗粒的尘埃和金属氧化物。

[0061]降温与精细净化：经过初级过滤的烟气在进入进一步处理前，通过冷却系统降低温度。随后烟气进入静电除尘器和脱硫装置，去除细小颗粒和硫化物，确保排放的气体达到环保要求。

[0062]排放检测：烟气处理后的气体通过检测系统监测排放物的含量，如颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。如果检测到排放物超标，PLC系统将调整处理装置的运行状态或发出报警信号。

[0063]5.冶炼过程结束

[0064]停止搅拌：在铝合金冶炼完成后，PLC控制系统逐步降低搅拌叶片的转速，避免搅拌装置的突然停止导致设备损坏。

[0065]关闭驱动系统：在搅拌过程完全停止后，控制系统发出停止信号，关闭电机202和减速器201，搅拌柱305停止旋转。

[0066]停止冷却系统：当系统温度降至安全范围后，PLC控制系统自动停止循环泵403和停止冷却液的循环，完成冷却过程。

[0067]6.数据记录与分析

[0068]数据存储：PLC控制系统实时记录冶炼过程中温度、转速、冷却液流量等关键数据，便于后续分析和优化工艺参数。

[0069]工艺优化建议：基于历史数据和冶炼结果，系统自动生成工艺优化建议，如调整搅拌叶片角度、优化冷却时间等，为下一次铝合金冶炼提供参考。

[0070]7.设备清理与维护

[0071]设备清理：在冶炼结束后，操作人员通过观察窗301检查冶炼炉内部情况，确认设备无残余物。通过进出料口303，清理残留的铝合金材料和添加剂。

[0072]例行维护：检查搅拌叶306、驱动轮2和冷却系统的运行状况，确保设备在下一次操作前处于最佳状态。更换磨损或损坏的搅拌叶片，并定期清洁烟气处理装置5。

[0073]优势总结

[0074]高效混合与低能耗：该搅拌装置通过智能化控制系统优化了搅拌叶片的角度和转速，提高了冶炼过程的效率，同时通过优化冷却系统降低了能耗。

[0075]环保性能提升：通过高效的烟气处理系统，有效去除了冶炼过程中产生的有害物质，达到了环保标准要求，减少了环境污染。

[0076]自动化与智能化控制：PLC控制系统使得冶炼操作全自动化，并且能够根据实时反馈数据调整工艺参数，减少了人工操作的复杂性，提高了设备运行的稳定性。

[0077]该实施例展示了高效多功能机械搅拌装置在铝合金冶炼过程中的应用，重点阐述了其高效搅拌、冷却和烟气处理功能。通过智能化控制，冶炼过程不仅更加高效、环保，而且设备运行更加稳定，冶炼工艺参数可优化，为用户带来了显著的经济和环保效益。

[0078]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0079]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

说明书附图(6)