[发明专利]用于灌注熔融金属的装置和方法

说明书

本申请要求2012年4月27日提交的美国临时申请No.61/639,196的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及用于从液体金属移除固体夹杂物的过滤器灌注。本文公开的是用于灌注熔融金属过滤器的装置和方法。

背景技术

陶瓷过滤器和通常地多孔陶瓷过滤器(CFF)对于净化液体金属是目前可用的，例如美国专利号3,893,917中公开的。最经常地这涉及从液体金属例如钢和铝移除固体夹杂物。如果在凝固之前没有被移除，这些固体夹杂物可导致最终金属产品中的物理缺陷。

为了最有效地使用过滤器介质，必须用液体金属完全填充过滤器的开口孔隙。用液体金属完全填充过滤器改进了过滤器介质表面的润湿，从而促进固体夹杂物的收集。待解决的问题是不完全的灌注导致过滤器的活性部分中局部较高的液体速度、较高的操作压力降或较低的总体液体金属生产率连同对固体夹杂物较低的收集效率。

通常的做法是将具有垫圈材料的多孔陶瓷过滤器放置在过滤设备或“杯”中，使得金属高度在过滤器上方积累并且被重力迫入和通过过滤器介质。随后通过深度或滤床式过滤机构移除夹杂物。这些陶瓷过滤器差的润湿特性和需要移除包含在孔隙内的空气经常导致困难，特别是在过滤操作开始时。

灌注在过滤中的重要性公开于多个专利和专利申请中，例如美国专利号4,872,908，其中Enright,P.G.等人详细描述了灌注的定义和作用并且还给出了当使用用于30PPI过滤器的LiMCA移除20微米颗粒(－13.4和54.8％之间)时的具体效率数据。过滤效率的大范围可部分归因于灌注对过滤器性能的影响。美国专利号4,081,371，Yarwood,J.C.等人描述了从多孔陶瓷过滤器内移除气泡的需要和金属静力学头和过滤器角度对灌注的作用。通常来说，较高的总体压力(来自金属静力学头或其它装置)改进灌注效率。在美国专利申请09/867,144中，Quackenbush,M.S.公开了一种过滤器介质，没有施加机械力来支持空气泡释放，用于释放被捕获的空气泡以确保过滤器介质较容易和更完全的灌注的目的。

在美国专利号7,666,248中，Belly,L.等人公开了使用真空系统以产生约6kPa或约25cm的铝液体头当量的额外压力梯度的方法，用于增加有效的灌注压力以确保对于具有2.5－7.6cm的厚度和150－500微米的低平均孔隙或“窗口”尺寸的多孔陶瓷过滤器(其通常为具有60或更多PPI的过滤器)的充分灌注的明确目的。这些过滤器另外需要大量的金属静力学头(从槽底部到过滤器顶部的垂直距离)以确保充分的灌注。Belley等人还公开了用于多孔陶瓷过滤器的灌注头的通常范围为约20－80cm。较高的值与较高的孔隙密度和较小的窗口尺寸相关，并且对于在存在的铸造操作下实施经常是不实际的。

通常预热过滤器以尝试改进金属到过滤器介质中的流动，和因此对于在过滤器上方固定金属高度的灌注效率。在没有局部过热下在获得均匀加热方面经常遇到困难，而局部过热可导致过滤器介质的热损坏。这使得难以确保整个过滤器区域对于通过液体金属将是可用的。在美国专利号4,834,876中，Walker,N.G.请求保护一种方法，通过该方法使非传导性陶瓷过滤器导电：通过用导电物质例如镍涂覆过滤器介质颗粒或通过使用导电性材料例如碳化硅来构造过滤器介质。通过使电流通过介质或通过用感应线圈围绕过滤器以诱发涡流，由于电阻(I²R)损耗可导致介质自加热，从而确保预热和完全灌注。