帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置的製作方法
2023-09-10 08:00:45 5
專利名稱：帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置的製作方法
技術領域：
一種帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，主要是涉及金屬精煉的裝置，特別是用於鋁及鋁合金的精煉處理裝置。
鋁及鋁合金液態和固態之間氫的溶解度有較大的落差，如果熔體中的氫未被排除，在凝固過程中氫氣的大量逸出導致鑄件出現針孔缺陷，並間接促使縮松的形成。此外，合金中的夾雜物以及某些鋁合金中的微量鹼金屬也是影響熔體質量的因素。為此在鋁合金澆鑄之前必須進行除氣精煉處理。
旋轉除氣技術是在鋁合金傳統的精煉技術基礎上發展的新型精煉處理工藝，原理是由電機傳動的空心旋轉軸和與旋轉軸連接的噴頭，將導入熔體中的惰性氣體如氮氣、氬氣在高速旋轉的旋轉噴頭作用下，破碎成細小的氣泡彌散分布，小氣泡與合金熔體的接觸面積增大，同時上浮時間延長，這些都有利於溶解的氫氣和夾雜物通過擴散和吸附帶出液面而去除。隨著對鋁合金熔體質量要求的不斷提高和環保意識的增強，旋轉除氣技術正逐步取代熔劑精煉得到普及應用。為了達到較高的精煉水平，一方面儘量提高旋轉頭的破碎分散氣泡的效率，即在一定的轉速和氣體流量下使氣泡儘可能的細小和分散，為此已開發了多種結構形式的旋轉噴頭(如美國專利US4,898,367、US5,678,807、US4,611,790)；另一方面，必須儘量減少由於高速旋轉的軸和噴頭對合金液面的擾動所造成的氧化和吸氣。旋轉軸和噴頭的高速旋轉會帶動合金熔體的跟隨旋轉而形成渦流，導致吸氣氧化的負面作用。一般的解決方法是在熔體中問垂直插入一固定不動的阻流擋板，阻止熔體液面渦旋的形成。
現有的鋁合金旋轉除氣設備，在關鍵的旋轉軸和旋轉噴頭及阻流擋板上存在這樣幾個問題1、旋轉噴頭破碎氣泡效能的提高和保持旋轉時液面平穩難以兼顧。如美國專利US4,634,105其旋轉噴頭的結構為圓餅型，破碎氣泡細小其易保持液面平穩，但不能充分地擴散至整個容器，氣泡在上升過程中傾向於聚集在轉軸附近，因而難以將氣體和氧化夾雜物完全去除，需要過量的惰性氣體長時間的處理，造成氣體的浪費。而美國專利US4,898,367和US5,678,807其旋轉噴頭的結構為方塊型，雖然能使氣泡排開距離較遠，但對液體攪動大，易造成液面的卷氣卷渣。
2、旋轉噴頭普遍採用較高抗熱震能力的石墨製成。由於石墨材料強度不高，易於氧化剝落，所以，軸的直徑和噴頭都要做的厚、大才能達到強度要求，這樣旋轉軸與熔體的接觸面較大，使得剪切液面的線速度很高，而此處是熔體氧化、卷氣、卷渣的主要通道之一。此外，阻流擋板在迎流面的背面易形成局部渦旋，在轉速較高或者因合金熔體量較少、噴頭插入液面淺的條件下，吸氣氧化情況尤為嚴重，因此，對小坩堝容量通常不用旋轉除氣技術。中國專利ZL94203730.8提出了不用阻流擋板，將轉軸順時針和逆時針兩個方向旋轉，抑制熔體的跟動，但轉換方向時需要停頓一段時間，延長了精煉處理時間，而且旋轉軸的裝卡和更換比較困難。
本實用新型的目的是針對上述問題提供一種改進的旋轉除氣裝置，它能有效地抑制旋轉組件對熔體擾動所造成的氧化和吸氣，並且可用於小容量的熔體精煉處理。
本實用新型的設計方案是帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，是由帶有導氣孔6的旋轉軸1、驅動旋轉軸1的電機、套在旋轉軸1上的浮動阻流器2和通過螺紋連接在旋轉軸1底部的噴頭3組成。浮動阻流器2的外形是倒錐臺，其錐面上均勻布置有四個(或至少兩個)凸板10，在浮動阻流器2的中心鑽有中心孔9和階梯孔4。噴頭3的外形是頂部為弧面的園柱，其中心鑽有螺紋孔和底部擴有錐孔11，在噴頭3的底部均勻布置有四個(或至少兩個)凹缺口12通過開放式通道凹槽13與錐孔11相通。浮動阻流器2的外形還可以是渦輪形體，其輪葉等同凸板10，將渦輪體的下半部加工成帶有錐度的渦輪體。
本實用新型與現有技術相比具有以下效果1．當旋轉除氣裝置高速旋轉時，浮動阻流器不僅能夠防止形成U型渦旋表面而卷氣，而且可以引導上浮的氣泡向容器四周分散，使氣泡的分布更為均勻合理。
2．由於浮動阻流器可隨著熔體的液面高低自動升降，並能恆定有效地作用於上部熔體，所以，可得到穩定的精煉質量；另外，浮動阻流器的沉入，使熔體液面升高，從而使旋轉除氣裝置能夠用於小容量的熔體精煉。
3．旋轉噴頭底部設置的錐孔、凹缺口、通道凹槽可使氣體導通，並為熔體提供動能，而旋轉噴頭頂部的弧面結構隔斷了旋轉熔體向上表面的傳遞。
對附圖的圖面說明
圖1是本實用新型結構示意圖。
圖2是
圖1所示浮動阻流器的主視圖。
圖3是圖2所示浮動阻流器的俯視圖。
圖4是
圖1所示另一種結構(渦輪形)的浮動阻流器的主視圖。
圖5是圖4所示另一種結構(渦輪形)的浮動阻流器的俯視圖。
圖6是
圖1所示旋轉噴頭的主視圖。
圖7是圖6所示旋轉噴頭的仰視圖。
圖8是
圖1所示另一種結構的旋轉噴頭主視圖。
圖9是圖8所示另一種結構的旋轉噴頭仰視圖。
圖中1-旋轉軸，2-浮動阻流器，3-旋轉噴頭，4-階梯孔，5-熔劑，6-導氣孔，7-容器，8-熔體，9-中心孔，10-凸板，11-錐孔，12-凹缺口，13-通道凹槽，14-稜邊。
本實用新型的最佳實施例結合附圖加以說明參照
圖1知帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，是由帶有導氣孔6的旋轉軸1、驅動旋轉軸1的電機、套在旋轉軸1上的浮動阻流器2、通過螺紋連接在旋轉軸1底部的噴頭3組成。浮動阻流器2的外形是倒錐臺，其錐面上均勻布置有四個凸板10，在浮動阻流器2的中心鑽有中心孔9和階梯孔4；噴頭3的外形是頂部為弧曲面的園柱，其中心鑽有螺紋孔和底部擴有錐孔11，在噴頭3的底部均勻布置有四個凹缺口12，通過開放式通道凹槽13與錐孔11相通。另外，浮動阻流器2的外形還可以是渦輪形體，其輪葉等同凸片10，將渦輪體的下半部加工成帶有錐度的渦輪體。
本實用新型的工作過程浮動阻流器2在熔體8浮力作用下，大部分進入熔體8內，少部分露在液面。向階梯孔4中加入適量的粉狀覆蓋劑或精煉劑5，使旋轉軸1和中心孔9之間的空隙密封；由於熔劑5在浮動阻流器2的底部逐步熔化並向四周緩慢擴散，所以應不斷地給予補充熔劑5，保證旋轉軸1在旋轉除氣過程中，始終和熔體8的接觸面處於覆蓋和密封的狀態；熔劑5的熔化和擴散，不僅對熔體起到輔助精煉和變質的作用，而且對整個熔體表面氧化防護及隨後的打渣處理產生有益作用。浮動阻流器2上的凸板10，可減緩熔體的跟隨旋動。
精鍊氣體通過旋轉軸1的導氣孔6，進入旋轉噴頭3的錐孔11並得到加熱膨脹，通過通道凹槽13進入凹缺口12，在噴頭3的高速旋轉中，處於凹缺口12中的熔體和氣體在離心力的作用下，徑向加速運動，在噴頭3的邊緣受到稜邊14的剪切，破碎形成小氣泡，向四周散射並上浮，從而再彌散分布於整個容器中。
圖4和圖5是本實用新型中浮動阻流器2的另一種結構，凸板10具有單向性，根據旋轉軸1的旋轉方向，確定阻流凸板10的正方向。該結構雖然加工較複雜，但阻擋液面跟隨旋動的效果更好。
圖8和圖9是是本實用新型中旋轉噴頭3的另一種結構，具有兩個凹缺口12，適用於高速旋轉、熔體較深的使用工況。
權利要求1．一種帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，包括帶有導氣孔(6)的旋轉軸(1)、驅動旋轉軸(1)的電機，其特徵在於旋轉軸(1)上套有浮動阻流器(2)，旋轉軸(1)底部通過螺紋連接噴頭(3)；浮動阻流器(2)的外形是倒錐臺，其錐面上均勻布置有四個凸板(10)，在浮動阻流器(2)的中心鑽有中心孔(9)和階梯孔(4)；噴頭(3)的外形是頂部為弧曲面的園柱，其中心鑽有螺紋孔和底部擴有錐孔(11)，在噴頭(3)的底部均勻布置有四個凹缺口(12)，通過開放式通道凹槽(13)與錐孔(11)相通。
2．根據權利要求1，所述的帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，其特徵在於所述的浮動阻流器(2)的外形是渦輪形體，其輪葉等同凸板(10)，將渦輪體的下半部加工成帶有錐度的渦輪體。
3．根據權利要求1，所述的帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置，其特徵在於所述的噴頭(3)的底部均勻布置有至少兩個凹缺口(13)，所述的浮動阻流器(2)的錐面上均勻布置有至少兩個凸板(10)。
專利摘要一種帶有浮動式阻流器的旋轉除氣裝置,主要是用於鋁及鋁合金的精煉處理。本裝置是由旋轉軸、驅動旋轉軸的電機、套在旋轉軸上的浮動阻流器和通過螺紋連接在旋轉軸底部的噴頭組成,它既可以抑制中心渦的形成,阻斷氧化吸氣通道,又可以使導入氣體有效的破碎彌散分布於整個熔器,同時保持熔體液面的平穩從而取得更好的除氣精煉效果。
文檔編號C22B9/00GK2450226SQ0023226
公開日2001年9月26日 申請日期2000年10月24日 優先權日2000年10月24日
發明者鄭宇新 申請人:東風汽車公司