專利名稱：一種金屬纖維的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬纖維的生產(chǎn)方法，尤其涉及低熔點(diǎn)活潑金屬的凈化及生產(chǎn)高質(zhì)量 金屬纖維的方法。
背景技術(shù)：
金屬纖維是一種集多種特殊性能于一體的新型材料，具有高強(qiáng)度、高彈性模量，以 及優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐磨性。因此，金屬纖維的用途不斷擴(kuò)大，用量在迅速增長(zhǎng)，被廣 泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等行業(yè)中。金屬纖維的制造方法主要有三種切削法，拉拔法和熔抽法。目前國(guó)內(nèi)使用的纖維 相當(dāng)一部分是切削法生產(chǎn)的，這種纖維尺寸精度差，形狀不規(guī)則，質(zhì)量較差，嚴(yán)重影響了使 用效果。拉拔法生產(chǎn)的纖維雖然表面質(zhì)量較好，但只適用于塑性高的材料，而且中間經(jīng)過(guò)多 道熱處理，工藝比較復(fù)雜，成本較高。熔抽法采用熔化金屬噴吹法生產(chǎn)的纖維方法簡(jiǎn)單，既 可制取短纖維也可制取長(zhǎng)纖維，一般適用于低熔點(diǎn)金屬(主要是鋁和銅)。但采用該方法中 熔液的凈化難度較大，纖維成型的表面質(zhì)量不易控制，工藝不穩(wěn)定，這些限制了熔抽法的進(jìn) 一步應(yīng)用。目前，國(guó)外一般應(yīng)用熔抽法制造低熔點(diǎn)無(wú)紡金屬纖維，利用該法制備纖維，有些是 將金屬熔化直接加壓噴出，即熔化后直接在加熱體內(nèi)加壓，有些是熔化后直接大氣下熔液 進(jìn)行轉(zhuǎn)移。其最大缺點(diǎn)在于金屬熔體得不到有效凈化，而且對(duì)于活潑金屬不能有效保護(hù)，導(dǎo) 致生產(chǎn)的纖維質(zhì)量不高。而且由于氧化和夾雜的大量存在導(dǎo)致噴嘴易堵，工作效率很低。隨 著科技發(fā)展對(duì)纖維純凈度和綜合性能要求的提高，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)高質(zhì)量纖維 的需要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是要解決上述問(wèn)題，發(fā)明一種金屬纖維生產(chǎn)方法，滿足 凈化和保護(hù)熔液需要，并能控制纖維成型，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、制備出高質(zhì)量的金屬纖維的目 的。上述目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)的—種生產(chǎn)金屬纖維的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)使用真空系統(tǒng)對(duì)金屬熔化系統(tǒng)和保溫加壓系統(tǒng)提供真空環(huán)境；b)使用所述金屬熔化系統(tǒng)對(duì)金屬進(jìn)行進(jìn)行熔化；c)將熔化的金屬澆注到所述保溫加壓系統(tǒng)進(jìn)行保溫加壓；d)將熔化的金屬垂直噴射至纖維冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生金屬纖維。根據(jù)上述的方法，其特征在于，所述步驟a)的步驟包括將金屬塊放入所述金屬熔煉系統(tǒng)的真空熔煉爐內(nèi)的坩堝內(nèi)，經(jīng)過(guò)熔化金屬、攪拌 除氣、靜置精煉。根據(jù)上述的方法，其特征在于，所述步驟b)的步驟包括
熔化坩堝傾倒并通過(guò)連接真空熔煉爐和所述保溫加壓系統(tǒng)的保溫加壓爐的澆道 澆注，熔化的金屬澆注到所述保溫加壓爐內(nèi)的保溫坩堝中，所述澆道上移，關(guān)閉水冷閥密封 所述保溫加壓爐，關(guān)閉隔離閥將所述保溫加壓爐和真空系統(tǒng)隔離，所述保溫加壓爐內(nèi)升溫， 待熔液達(dá)到720-900°C后，由設(shè)在所述保溫加壓爐上的充氣口充入惰性氣體，加壓噴吹，并 保持爐內(nèi)的壓力穩(wěn)定。根據(jù)上述的方法，其特征在于，所述步驟C)的步驟包括金屬?gòu)乃霰刿釄宓撞康膰娮靽姵鲞M(jìn)入所述冷卻系統(tǒng)的冷卻倉(cāng)進(jìn)行冷卻，從所 述冷卻倉(cāng)上的纖維出口排出。根據(jù)上述的方法，其特征在于，在真空環(huán)境中充入惰性氣體。根據(jù)上述的方法，其特征在于，僅使用所述冷卻倉(cāng)內(nèi)壁上部的冷卻管進(jìn)行冷卻。根據(jù)上述的方法，其特征在于，使用所述冷卻管進(jìn)行一級(jí)水冷，并使用所述冷卻倉(cāng) 內(nèi)下部的氣流噴嘴噴出的氣體進(jìn)行二級(jí)冷卻。根據(jù)上述的方法，其特征在于，噴吹的同時(shí)所述真空熔煉爐開(kāi)始下一爐材料的熔 化，當(dāng)所述保溫坩堝中的熔液下降到一定位置時(shí)，停止噴吹，泄壓，然后關(guān)閉密閉閥，關(guān)閉 水冷閥，打開(kāi)隔離閥抽真空，當(dāng)所述保溫加壓爐與所述真空熔煉爐真空度相同后，打開(kāi)水冷 閥，澆道下移澆注，實(shí)現(xiàn)半連續(xù)工作。使用該方法滿足凈化和保護(hù)熔液需要，并能控制纖維成型，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、制備出 高質(zhì)量的金屬纖維的目的。


圖1是本發(fā)明的金屬纖維生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的金屬纖維的生產(chǎn)裝置包括金屬熔化系統(tǒng)1，保溫加壓系統(tǒng)2、纖 維冷卻系統(tǒng)3和真空系統(tǒng)4。金屬熔化系統(tǒng)1用以熔化金屬。保溫加壓系統(tǒng)2連接于金屬 熔化系統(tǒng)1，用以將熔化的金屬進(jìn)行保溫加壓。纖維冷卻系統(tǒng)3連接于保溫加壓系統(tǒng)2，用 以接收并冷卻從保溫加壓系統(tǒng)噴射出的熔化金屬，所述真空系統(tǒng)連接于所述金屬熔化系統(tǒng) 和所述保溫加壓系統(tǒng)，為其提供真空環(huán)境。金屬熔化系統(tǒng)1和保溫加壓系統(tǒng)2共用一套真 空系統(tǒng)4，通過(guò)閥門(mén)5控制隔離或連同真空系統(tǒng)5和保溫加壓系統(tǒng)2。金屬熔化系統(tǒng)1具體結(jié)構(gòu)包括真空熔煉爐6、熔化坩堝8、澆道9、粗孔濾網(wǎng)10。 測(cè)溫機(jī)構(gòu)7從真空熔煉爐6上端插入，用以測(cè)量真空熔煉爐6內(nèi)的溫度。熔化坩堝8位于 真空熔煉爐6內(nèi)，并可以傾斜移動(dòng)(沿圖1中箭頭所示的方向)。澆道9(或稱溜槽)穿過(guò) 真空熔煉爐6底部通到保溫加壓系統(tǒng)3中。并且在澆道9上端安裝一個(gè)粗孔濾網(wǎng)10。金屬鑄錠通過(guò)感應(yīng)加熱，真空熔化與精煉，之后，熔液真空條件下經(jīng)過(guò)一級(jí)粗網(wǎng)過(guò) 濾澆注到保溫加壓爐中，整個(gè)過(guò)程在真空條件或惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，這能夠最大限度避 免了金屬氧化產(chǎn)物生成或其他加渣的進(jìn)入。保溫加壓系統(tǒng)2的具體結(jié)構(gòu)包括保溫加壓爐11、保溫坩堝12、水冷閥13、充氣口 14、噴嘴15、密閉閥16、細(xì)孔濾網(wǎng)17。保溫坩堝12位于保溫加壓爐11內(nèi)，用以對(duì)熔化的金屬進(jìn)行保溫。水冷閥13固定在保溫坩堝12的開(kāi)口上方。充氣口 14位于保溫加壓爐11上，用以充入或排出惰性氣體。 噴嘴15位于保溫坩堝12的底端，并且噴嘴15上面分布規(guī)則排列的小孔。密閉閥16位于 噴嘴15下方，用以控制開(kāi)啟或關(guān)閉噴嘴15。保溫坩堝12上安裝有細(xì)孔濾網(wǎng)17。熔液流過(guò)澆道，經(jīng)過(guò)二級(jí)細(xì)網(wǎng)過(guò)濾進(jìn)入保溫坩堝12內(nèi)，保溫坩堝12采用電阻加熱 保溫能夠達(dá)到精確控制熔體溫度的目的，誤差在士5°C。通過(guò)自動(dòng)控制氣體施壓與泄壓，精 確控制工作壓力。保溫加壓爐11內(nèi)通入0. 1-2. OMPa的惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤?，保證纖維 的順利噴出與成型。纖維冷卻系統(tǒng)3具體結(jié)構(gòu)包括冷卻倉(cāng)18，冷卻倉(cāng)18上部?jī)?nèi)壁上設(shè)有水冷管19， 下部通入氣流噴嘴20，并且在下部開(kāi)有纖維出口 21。冷卻倉(cāng)18即要保證纖維的成型又要使其充分冷卻和有序下落。因此，冷卻倉(cāng)18 中設(shè)計(jì)了二級(jí)冷卻，即一級(jí)緩冷和二級(jí)快冷?？紤]到快速冷卻不利于纖維成型，在纖維行程 的前半部分的冷卻倉(cāng)內(nèi)壁纏繞水冷管19(可以是鋼管、鋁管或者銅管)實(shí)施一級(jí)冷卻，通過(guò) 水冷管與氣體，氣體與纖維之間的間接熱交換達(dá)到對(duì)纖維的冷卻，該段冷速較慢。當(dāng)纖維成 型后，進(jìn)入二級(jí)冷卻，這里直接通入室溫或低溫循環(huán)氣體，氣體直接冷卻纖維。倉(cāng)壁上分布 著方向與流量可調(diào)的氣流噴嘴20，一方面冷卻，另一方面能夠改變纖維的行進(jìn)方向，以利于 收集。根據(jù)纖維材料的不同，可以實(shí)時(shí)調(diào)整每級(jí)冷卻裝置的相關(guān)參數(shù)，例如管子的材質(zhì)，水 的流量，以及氣流溫度、流量和方向等，來(lái)達(dá)到最佳的冷卻效果，獲得高質(zhì)量的金屬纖維。經(jīng) 過(guò)冷卻系統(tǒng)后，形成直徑大于0. 05mm,長(zhǎng)度大于20mm的金屬纖維?？偟膶?shí)施工藝流程真空熔化金屬一凈化除渣一澆注一保溫一加壓一噴出纖維一 纖維冷卻。具體來(lái)說(shuō)，首先將切好的金屬塊放入真空爐的坩堝內(nèi)，抽真空(連續(xù)工作時(shí)每次 需要打開(kāi)真空爐閥門(mén))，通電熔化金屬，攪拌除氣，靜置精煉，待測(cè)溫達(dá)到要求后，坩堝8傾 倒?jié)沧?，?jīng)過(guò)雙級(jí)過(guò)濾(粗孔濾網(wǎng)10裝在澆道口 )后澆鑄到保溫坩堝i (細(xì)孔濾網(wǎng)裝17在 保溫坩堝頂部)中，澆道9上移(通過(guò)液壓裝置22的動(dòng)作)，關(guān)閉水冷閥13和隔離閥5。 保溫爐內(nèi)升溫，待熔液達(dá)到一定的溫度后，由充氣口 14充入惰性氣體，加壓噴吹，通過(guò)自動(dòng) 控制和調(diào)節(jié)保持爐內(nèi)的壓力穩(wěn)定。與此同時(shí)，真空熔煉爐開(kāi)始下一爐材料的熔化，在裝料 之前清理粗孔濾網(wǎng)和熔化坩堝(如需要可以更換)。當(dāng)保溫坩堝中的熔液下降到一定位置 時(shí)，停止噴吹，泄壓，打開(kāi)爐蓋清理細(xì)孔濾網(wǎng)的渣子或者更換，然后關(guān)閉閥門(mén)16，關(guān)閉水冷閥 13，打開(kāi)隔離閥5抽真空，與真空爐真空度相同后，打開(kāi)閥門(mén)13，澆道下移澆注，實(shí)現(xiàn)半連續(xù) 工作。當(dāng)纖維噴出進(jìn)入冷卻倉(cāng)1后，根據(jù)制造纖維的規(guī)格和質(zhì)量需要調(diào)整一級(jí)和二級(jí)冷 卻條件。對(duì)于容易形成表面氧化保護(hù)膜的鋁，可以利用上述的凈化，過(guò)濾，保持5閥門(mén)一直 關(guān)閉，閥門(mén)16 —直打開(kāi)，在非真空條件下澆注，然后施壓噴出。對(duì)于容易氧化的金屬和材料，在上述過(guò)程實(shí)施的基礎(chǔ)上，可以對(duì)冷卻倉(cāng)進(jìn)行改造， 通入惰性氣體保護(hù)，并進(jìn)行循環(huán)冷卻。對(duì)于需要生產(chǎn)尺寸在20mm以下的高純凈度纖維短節(jié)或者金屬粉末，同樣是在該 設(shè)備的基礎(chǔ)上，參考制粉的冷卻倉(cāng)設(shè)計(jì)對(duì)該倉(cāng)進(jìn)行改造。針對(duì)不同金屬材質(zhì)和纖維規(guī)格的要求，可以調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，水管材質(zhì)和排布來(lái)
5實(shí)現(xiàn)一級(jí)冷卻的參數(shù)改變；調(diào)節(jié)底部吹氣孔氣流的流量和方向來(lái)控制二級(jí)冷卻效果和纖維 飛行方向，這樣保證纖維既有利于成型又能迅速冷卻，并形成一定長(zhǎng)度、有序下落。
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)金屬纖維的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)使用真空系統(tǒng)對(duì)金屬熔化系統(tǒng)和保溫加壓系統(tǒng)提供真空環(huán)境；b)使用所述金屬熔化系統(tǒng)對(duì)金屬進(jìn)行熔化；c)將熔化的金屬澆注到所述保溫加壓系統(tǒng)進(jìn)行保溫加壓；d)將熔化的金屬垂直噴射至纖維冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生金屬纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a)的步驟包括將金屬塊放入所述金屬熔煉系統(tǒng)的真空熔煉爐內(nèi)的坩堝內(nèi)，經(jīng)過(guò)熔化金屬、攪拌除氣、 靜置精煉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b)的步驟包括熔化坩堝傾倒并通過(guò)連接真空熔煉爐和所述保溫加壓系統(tǒng)的保溫加壓爐的澆道澆注， 熔化的金屬澆注到所述保溫加壓爐內(nèi)的保溫坩堝中，所述澆道上移，關(guān)閉水冷閥密封保溫 加壓爐，關(guān)閉隔離閥將所述保溫加壓爐和真空系統(tǒng)隔離，所述保溫加壓爐內(nèi)升溫，待熔液達(dá) 到720-900°C后，由設(shè)在所述保溫加壓爐上的充氣口充入惰性氣體，加壓噴吹，并保持爐內(nèi) 的壓力穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟c)的步驟包括金屬?gòu)乃霰刿釄宓撞康膰娮靽姵鲞M(jìn)入所述冷卻系統(tǒng)的冷卻倉(cāng)進(jìn)行冷卻，從所述冷 卻倉(cāng)上的纖維出口排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在真空環(huán)境中充入惰性氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，僅使用所述冷卻倉(cāng)內(nèi)壁上部的冷卻管進(jìn) 行冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，使用所述冷卻管進(jìn)行一級(jí)水冷，并使用所 述冷卻倉(cāng)內(nèi)下部的氣流噴嘴噴出的氣體進(jìn)行二級(jí)冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，噴吹的同時(shí)所述真空熔煉爐開(kāi)始下一爐 材料的熔化，當(dāng)所述保溫坩堝中的熔液下降到一定位置時(shí)，停止噴吹，泄壓，然后關(guān)閉密閉 閥，關(guān)閉水冷閥，打開(kāi)隔離閥抽真空，當(dāng)所述保溫加壓爐與所述真空熔煉爐真空度相同后， 打開(kāi)水冷閥，澆道下移澆注，實(shí)現(xiàn)半連續(xù)工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生產(chǎn)金屬纖維的方法，所述方法包括以下步驟a)使用真空系統(tǒng)對(duì)金屬熔化系統(tǒng)和保溫加壓系統(tǒng)提供真空環(huán)境；b)使用所述金屬熔化系統(tǒng)對(duì)金屬進(jìn)行進(jìn)行熔化；c)將熔化的金屬澆注到所述保溫加壓系統(tǒng)進(jìn)行保溫加壓；d)將熔化的金屬垂直噴射至纖維冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生金屬纖維。使用該方法滿足凈化和保護(hù)熔液需要，并能控制纖維成型，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、制備出高質(zhì)量的金屬纖維的目的。
文檔編號(hào)D01F9/08GK101942710SQ201010207088
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者張英, 李建平, 杜娟, 肖陽(yáng), 趙衛(wèi)濤 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司