低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法
2023-07-22 18:59:41 1
低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法
【專利摘要】本發明提供一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法，包括保溫爐和抽真空系統，所述抽真空系統包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接；操作時，旋轉三通閥，當三通閥旋向真空接頭時，開啟真空泵，對保溫爐進行抽真空，此時爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時間後解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進行澆鑄；本發明有很強的除氫除渣效果，解決了鋁合金低壓鑄造中鋁熔體轉運過程中產生的氫含量和氧化夾渣量顯著回升的問題，降低了鑄件的報廢率，且結構簡單，容易操作。
【專利說明】低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鑄造合金熔煉及鑄造設備領域，涉及一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法。
【背景技術】
[0002]鋁合金具有密度小、比強度高、易成形等有點，廣泛應用於航空航天、交通運輸、機械等領域。在鋁合金生產過程中，尤其是在鋁錠製備、鑄件製造過程中會產生大量的孔洞缺陷，造成鋁錠或者鋁合金鑄件的性能，特別是力學性能，大幅度的下降甚至是報廢，導致成品率低，能源浪費大。研究表明，導致鋁合金孔洞的主要原因是熔體中氫及氧化夾雜的存在。氫在固態鋁中的溶解度很小為0.034ml/100gAl，而在液態鋁中的溶解度很大為
0.65ml/100gAl，這種巨大的溶解度差異使得凝固過程中氫在固液界面前沿大量聚集。由於不能完全從熔體中逸出，過飽和的氫易於依託熔體中的夾雜形核並長大形成孔洞缺陷。因而要生產優質鋁合金鑄件必須進行熔體淨化處理。
[0003]傳統的熔體淨化主要是吸附淨化，吸附淨化是指依靠精煉劑的吸附作用除去鋁液中的氣體和夾雜物的目的。主要包括:過濾法、熔劑法和氣泡浮遊法。精煉工藝為向熔體中加入精煉劑(熔劑)，如C2C16、JDLF-1等，但會對環境造成汙染，對操作人員有害，且容易引入新的雜質，效率低；或者通過旋轉噴吹惰性氣體、氮氣，但是效果不夠穩定，通入的氣泡尺寸大或產生合泡時效果不好，通入的氣體除溼不夠反而會增加孔洞缺陷，尤其通入氮氣時，溫度控制不當會與鋁熔體發生反應，反而汙染熔體。真空靜置法除氫是一種非吸附淨化方法，是基於亨利定律，對鋁合金熔體表面抽真空，降低氫分壓，使其在鋁合金熔體中的溶解度降低而進行除氫的，一般在IOmmHg真空度時，氫即可減少到0.lml/100gAl。另一方面，真空靜置時，鋁熔體中產生的大量氫氣泡上浮也可以帶走非金屬夾雜物，使鋁熔體淨化。
[0004]然而採用傳統的熔劑法和氣泡法淨化處理後轉運到低壓鑄造機坩堝內時鋁液流與空氣激烈接觸、在坩堝內翻滾，導致鋁熔體中氫含量和氧化夾渣量顯著回升，基本上喪失了前期熔體淨化處理的效果，從而易導致鑄件中產生孔洞缺陷而報廢。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術的不足，提供一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法，其有很強的除氫除渣效果，解決了鋁合金低壓鑄造中鋁熔體轉運過程中產生的氫含量和氧化夾渣量顯著回升的問題，降低了鑄件的報廢率，且結構簡單，容易操作。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為:
一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，包括保溫爐和抽真空系統，所述抽真空系統包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接；
所述保溫爐設有壓縮空氣接頭；所述抽真空系統包括真空接頭、冷卻裝置、真空泵，所述抽真空系統與抽真空系統之間設有三通閥，所述三通閥的第一開口與壓縮空氣接頭連接，第二開口與真空接頭的一端連接，第三開口與氮氣瓶連接；所述真空接頭另一端通過真空快卸法蘭與冷卻裝置連接；所述冷卻裝置與真空泵之間通過橡膠軟管連接，所述橡膠軟管上設有抽真空閥和破真空閥；所述保溫爐包括設置在保溫爐內的坩堝，所述保溫爐內設有升液管，所述升液管上部伸出保溫爐，升液管伸出保溫爐的部分設有爐蓋，所述爐蓋上安裝有自密封壓塊；
所述冷卻裝置包括冷卻槽和冷卻管，所述冷卻管一端與真空接頭連接，另一端與橡膠軟管連接；所述冷卻管置於冷卻槽中，所述冷卻槽內盛裝有冷卻液；
所述冷卻管設置成螺旋狀；
所述自密封壓塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈；
所述抽真空系統置於平板推車上。
[0007]本發明的另一技術目的是提供一種基於上述裝置的除渣方法，操作時，旋轉三通閥，當三通閥旋向真空接頭時，開啟真空泵，對保溫爐進行抽真空，此時爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時間後解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進行澆鑄。
[0008]通過以上技術方案，相對於現有技術，本發明具有以下有益效果:
在密封塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈，依靠自密封壓塊的壓塊自重壓在爐蓋上，更好的密封爐體；通過旋轉三通閥進行操作，當三通閥旋向真空接頭時，開啟真空泵，對保溫爐進行抽真空，此時爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時間後解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進行澆鑄；本發明不僅結構簡單，操作很方便，同時本發明的裝置適用於易形成孔洞或者氣密性要求較高的鋁合金鑄件的熔體製備，在進行生產使無需使用精煉劑，無汙染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1所示為本發明的結構示意圖；
其中:1為保溫爐，2為坩堝,3為升液管,4為爐蓋,5為三通閥,6為自密封壓塊,7為真空接頭，8為真空快卸法蘭，9為抽真空閥，10為破真空閥，11為橡膠軟管，12為真空泵，13為平板推車，14為冷卻管，15為冷卻槽。
【具體實施方式】
[0010]附圖非限制性地公開了本發明所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本發明的技術方案。
[0011]真空靜置法除氫是一種非吸附淨化方法，是基於亨利定律，對鋁合金熔體表面抽真空，降低氫分壓，使其在鋁合金熔體中的溶解度降低而進行除氫的，一般在IOmmHg真空度時，氫即可減少到0.lml/lOOgAl。另一方面，真空靜置時，鋁熔體中產生的大量氫氣泡上浮也可以帶走非金屬夾雜物，使鋁熔體淨化。
[0012]圖1所示，本發明所述的真空靜置除氣除渣裝置的工作原理是:
通過旋轉三通閥進行操作，當三通閥旋向真空接頭時，開啟真空泵，對保溫爐進行抽真空，此時爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時間後解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進行澆鑄；在密封塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈，依靠自密封壓塊的壓塊自重壓在爐蓋上，用於密封爐體。
[0013]以下將通過比較採用本發明所述真空靜置除氣除渣裝置生產的成品與兩個對照試驗成品進行比較，以說明本發明所述的真空靜置除氣除渣裝置，在鋁合金低壓鑄造技術中的進步，具體為:
實施例1
外界環境:室內溫度30° C，多雲、潮溼。
[0014]對照1:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，鋁熔體轉運到低壓鑄造機保溫爐內，取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測氫儀專用鑄型中進行減壓凝固，得樣品I ;
對照2:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，加三元精煉劑進行熔體處理，靜置10分鐘後加Sr變質，保溫30分鐘後進行N2氣旋轉噴氣除氣處理20分鐘；之後取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測氫儀專用鑄型中進行減壓凝固，冷卻後得樣品2 ；
對照3:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，鋁熔體轉運到低壓鑄造機保溫爐內後，採用本發明所述裝置進行真空靜置30分鐘，之後取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測氫儀專用鑄型中進行減壓凝固，得樣品3。
[0015]結果顯示，樣品I表面平整，只有少量的幾個孔泡，表明鋁熔體質量較好，氫、渣含量較低；樣品2表面明顯上鼓，存在大量的孔眼表明熔體質量很差，氫、渣含量高；樣品3表面基本上與樣品I相同，表面平整，基本上沒有孔泡。結果表明，採用本發明所述裝置進行真空靜置，有明顯的除氣除渣效果。
[0016]實施例2
外界環境:室內溫度30° C，多雲、潮溼。
[0017]對照1:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，鋁熔體轉運到低壓鑄造機保溫爐內後，取少量鋁體澆鑄到激冷測氫樣專用厚銅模中，冷卻後加工出測氫樣I ;
對照2:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，加三元精煉劑進行熔體處理，靜置10分鐘後加Sr變質，保溫30分鐘後進行N2氣旋轉噴氣除氣處理20分鐘。之後取少量鋁體澆鑄到激冷測氫樣專用厚銅模中，冷卻後加工出測氫樣2 ；
對照3:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清後保溫30分鐘，降溫到730°C後，鋁熔體轉運到低壓鑄造機保溫爐內後，採用本發明所述裝置進行真空靜置30分鐘，取少量鋁體澆鑄到激冷測氫樣專用厚銅模中，冷卻後加工出測氫樣3 ；
對所得的三個樣品在精密測氫儀上進行氫含量的測定，得到如下表I結果:
表I A356合金不同狀態下的氫含量測試結果(ppm):
測氫樣號11 |2 |3
氫含量(ppm) |θ.32 |θ.16 |θ.15~
【權利要求】
1.一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，包括保溫爐和抽真空系統，其特徵在於:所述抽真空系統包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接。
2.根據權利要求1所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特徵在於:所述保溫爐設有壓縮空氣接頭；所述抽真空系統包括真空接頭、冷卻裝置、真空泵，所述抽真空系統與抽真空系統之間設有三通閥，所述三通閥的第一開口與壓縮空氣接頭連接，第二開口與真空接頭的一端連接，第三開口與氮氣瓶連接；所述真空接頭另一端通過真空快卸法蘭與冷卻裝置連接；所述冷卻裝置與真空泵之間通過橡膠軟管連接，所述橡膠軟管上設有抽真空閥和破真空閥；所述保溫爐包括設置在保溫爐內的坩堝，所述保溫爐內設有升液管，所述升液管上部伸出保溫爐，升液管伸出保溫爐的部分設有爐蓋，所述爐蓋上安裝有自密封壓塊。
3.根據權利要求2所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特徵在於:所述冷卻裝置包括冷卻槽和冷卻管，所述冷卻管一端與真空接頭連接，另一端與橡膠軟管連接；所述冷卻管置於冷卻槽中，所述冷卻槽內盛裝有冷卻液。
4.根據權利要求3所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特徵在於:所述冷卻管設置成螺旋狀。
5.根據權利要求4所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特徵在於:所述自密封壓塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈。
6.根據權利要求5所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特徵在於:所述抽真空系統置於平板推車上。
7.—種如權利要求1所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置的除渣方法，其特徵在於:操作時，旋轉三通閥，當三通閥旋向真空接頭時，開啟真空泵，對保溫爐進行抽真空，此時爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時間後解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進行澆鑄。
【文檔編號】B22D1/00GK103785813SQ201410005920
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】楊金德, 廖恆成, 曹培新, 趙磊, 陳立新, 孫浩 申請人:南通宏德機電有限公司, 東南大學