[发明专利]一种去除铝熔体中夹杂物的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除铝熔体中夹杂物的装置和方法，属于铸造领域。

背景技术

在冶金、熔炼和铸造过程中，铝及其合金中不可避免的存在着一些有害的夹杂物，这些夹杂物使基体组织不连续，成为结构件内部的裂纹源，降低合金的强度、塑性和冲击性能，同时也会成为材料化学腐蚀或电化学腐蚀的根源。另一方面，夹杂物对有害元素氢有强烈的吸附作用，是导致材料针孔、疏松的重要因素。铝中氧化夹杂的产生是由于铝熔体在与外部环境接触的界面上发生物理或化学变化，或在浇注和转移过程中因液面搅动而卷入气体产生的氧化夹杂等。清除铝及其合金中的夹杂物的方法有浮游法、熔剂法，过滤法等。其除杂原理是使用各种对夹杂物有吸附作用的吸附介质，如惰性或活性气体，液体，氯盐，过滤介质等，让熔体与吸附介质充分接触，熔体中的夹杂物与吸附介质发生物理或化学或机械的作用，向吸附介质转移，达到清除夹杂物的目的。熔剂除杂最常用的做法是将熔剂铺展在铝熔体的液面上，对熔铝中的夹杂物进行吸附；或者采用搅拌的方法，强化熔剂和铝熔体的接触，使熔铝中的夹杂物更好地被熔剂吸附。这种方法处理时间较长，除杂效果较差，而且搅拌过程容易卷入空气产生二次氧化夹杂物。为了提高熔剂除杂的效果，人们探索采用新的方法和净化装置，现将有关文献摘录如下：

Flux Practice in Aluminum Melting，AFS Transactions，1992，Vol88，P.737-P.742。该文公开了一种熔剂注入法(FLUX INJECTION)，该方法为了克服传统的熔剂法中熔剂与铝熔体中夹杂物接触不充分的缺点，利用惰性气体氮气或氩气作为载流气体，将粉末状或颗粒状的熔剂注入到铝熔体内部，熔剂进入到铝熔体内部后熔化为细小的液滴，在上浮过程中增加了和铝熔体接触的面积，能够提高铝熔体净化效果。

中国专利CN98205426.2，一种用于铝熔液除杂的石墨净化器。其结构包括：一净化器转子，该净化器转子为齿轮型；一净化器转子杆，该转子杆与一端净化器转子相固接；一净化器外连接卡头，该净化器外连接卡头底部与净化器转子杆上部联为一体，上部与外部旋转动力机构联接；一通气孔，该通气孔分别轴向贯穿净化器转子、净化器转子杆、净化器外连接卡头，其特征在于在转子杆的中上部的外侧还有：一复合材料管型夹套层，该复合管型套夹层紧因在转子杆外表面；一石墨管型加强套层，该石墨如强套层紧固在复合材料管型夹套层的外表面上。

中国专利CN01139250.9，过滤净化铝熔体中非金属夹杂物的装置。主要包括：电阻炉、坩埚、搅拌器、保温盖、钢桶和高度可调的升降装置，首先将钢桶套在坩埚外面，然后设置在电阻炉内，用耐火材料固定，用螺杆把保温盖与电阻炉连接起来，高度可调的升降装置从保温盖的插入口置入，电阻炉主要包括：加热元件、保温炉壳，加热元件设置在电阻炉炉膛内侧，在电阻炉炉膛与保温炉壳之间用陶瓷棉填塞。工作原理为：首先在两个坩埚内分别放入熔剂和铝锭，并在装有铝锭的坩埚内放入覆盖剂。其次接通加热炉电源，当熔剂和铝锭都融化后，再把搅拌器放入熔融熔剂中，用勺把铝熔体装起，分批量倒入流道进入旋转熔融熔剂中。最后等到铝熔体转移完了，再将搅拌器取出。装置具体工作时先将活性熔剂和铝锭分别放入炉内两个石墨坩埚，在装有铝锭的石墨坩埚内还要放覆盖熔剂(成分与过滤用的活性熔剂一样)。当熔剂和铝锭都融化后，将搅拌器放入熔剂石墨坩埚内，然后再将铝熔体浇入到旋转的熔剂中。由于在搅拌过滤铝熔体过程中，熔剂的液面会随着铝熔体加入而升高。因此，有调节搅拌器高度的支架，使搅拌器的叶轮始终处于熔剂层中。当铝熔体全部转移到熔剂坩埚后，再将活性剂放入已被转移掉的铝熔体石墨坩埚，等到熔剂融化后，又把搅拌器从搅拌器入口放入装有熔剂的石墨坩埚中，然后再将铝熔体浇入旋转的熔剂中。每一次过滤都是重复上面的操作，通过反复净化能够使铝熔体中夹杂物不断地分布到铝滴表面上，同时铝滴在旋转的熔剂中也会重新分布铝滴内的夹杂物，从而也使铝滴中的夹杂物也有机会分布到铝滴表面上。这样铝滴表面上的夹杂物能够穿过铝膜-熔剂界面而进入熔剂层中，用熔剂净化铝熔体，当过滤次数达到4次时，除杂效率达到84％，可以有效地除去7微米以上的夹杂物，因此搅拌熔剂过滤铝熔体从动力学上改善熔剂除杂的效果。