[发明专利]铝熔体超音速除气装置和方法

说明书

本发明提供了一种铝熔体超音速除气装置和方法，可增加铝液除气效率。本发明提供的装置基于拉瓦尔喷管原理，将气流通过超音速喷嘴加速到超音速后进入铝液形成射流，生成细小气泡，达到提高除气效率的效果。本发明提供的方法通过传动机构带动超音速喷嘴转动，不断改变气泡的生成位置，使气泡分布更均匀，进一步提高除气效率。在相同气体流量条件下，当采用本发明时，相对传统的旋转喷吹法可使出口处气泡直径减小50％以上，除气效率提高30％以上。而且，避免了旋转喷头的结构复杂、液面翻滚、二次吸气等缺点。

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，具体地，涉及一种铝熔体超音速除气装置和方法，尤其涉及金属冶炼净化装置技术领域的一种铝熔体超音速除气装置。

背景技术

氢是唯一大量溶于铝熔体中的气体，它的存在对铝材的质量和性能有很大的危害，必须在铸造前加以去除。气泡浮游法是现有铝液除氢方法中最常用且有效的方法。它将精炼气体通入铝熔体中,形成细小的气泡。而溶解于铝熔体中的氢通过浓度差扩散进入细小的气泡中,并随气泡浮出铝熔体表面,从而将铝液中的氢除去。

实践证明，减小气泡直径是提高除氢效果的有效途径，主要有以下原因：(1)相同条件下，单个气泡直径减小，则气泡数目增多，可以增加铝液与气泡两相间的有效接触的比表面积；(2)根据流体力学，气泡越小，气泡上浮速度就越慢，减少气泡直径可以增加气泡在铝液中的停留时间,从而提高除氢效率；

经对现有技术的文献检索发现，目前最常用的除气方法为旋转喷吹法，如专利文献CN101555555A公开的一种铝熔体除氢旋转喷吹装置,通过在喷头设置的边齿和凹槽，使喷头在高速转动的时，将吹入的气泡进行剪切甩出，达到细化气泡并使气泡均匀分布于铝熔体中。但旋转喷吹法的不足之处是普遍采用形状较复杂的喷头部件，在其高速旋转过程中产生搅拌作用，容易造成铝液表面翻滚，引起卷渣和二次吸气。

雷诺数Re是表征惯性力对黏滞力比值的无量纲数，研究结果显示，当Re4000时流体进入紊流状态，这时生成气泡的直径随雷诺数增加而减少；当雷诺数Re10000时，随雷诺数的增加，气泡直径减小的程度已不太明显。经计算，旋转喷吹法中，喷吹转子出气孔孔口雷诺数在4000到5000间，气泡直径可以达到2mm左右，其中部分气泡被喷头剪切到后可以达到1mm左右。若使出气孔孔口雷诺数大于10000，气泡直径则可以达到0.5mm左右，除气效果较现有技术会有显著提高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝熔体超音速除气装置和方法。

根据本发明提供的一种铝熔体超音速除气装置，能够喷出除气介质，包括超音速喷嘴、喷杆以及传动机构；

所述超音速喷嘴密封安装于喷杆一端；

所述喷杆与传动机构相连，所述喷杆能够在传动机构的带动下进行旋转、平面移动以及升降动作中的任一种或任多种组合。

优选地，所述铝熔体超音速除气装置还包括控制系统；所述控制系统能够控制传动机构带动喷杆和设置在喷杆上的超音速喷嘴到达设定的位置，并以设定的运动方式完成设定的动作；所述控制系统还能控制除气介质以设定的流量喷出。

优选地，所述超音速喷嘴内部设置有第一除气介质通道，所述第一除气介质通道形状与拉瓦尔喷管形状相同。

优选地，所述超音速喷嘴内部的第一除气介质通道

-包括渐缩段、喉部以及渐扩段；或者

-沿除气介质喷出方向依次由稳定段、渐缩段、喉部以及渐扩段组成；

其中，稳定段和喉部的截面面积恒定；渐缩段的截面面积沿除气介质喷出方向逐渐减小；渐扩段的截面面积沿除气介质喷出方向逐渐增大。

优选地，所述喷杆内部设置有第二除气介质通道，所述第一除气介质通道和第二除气介质通道相连。