一種金屬熔體複合式除氣淨化裝置的製作方法

2023-05-20 09:40:06

本實用新型屬於金屬熔體質量淨化領域，具體涉及一種金屬熔體複合式除氣淨化裝置。

背景技術：

所謂金屬熔體的淨化就是利用一定的物理化學原理和相應的工藝措施，去除液態金屬中的氣體、夾雜物和有害元素的過程，金屬中的氣體和夾雜物的存在破壞金屬基體的連續性，從而降低金屬材料的力學性能。氫是唯一能大量溶解於金屬熔體尤其是鋁鎂合金熔體中的氣體，氫佔到85%以上，一般認為熔體中「含氣量」可以近似地認為是「含氫量」。金屬熔體中夾雜物主要是指液相線溫度以上的任何固相或液相的外生雜質，主要為金屬氧化物、金屬碳化物及非金屬夾雜。 淨化已經成為許多金屬尤其是有色金屬及合金重要的生產環節。金屬熔體淨化工藝是金屬產品的首道工序，若淨化質量不高，不能及時排除氣體和各種冶金缺陷，缺陷一旦在此環節產生，就很難消除掉，因此，研究高效的金屬熔體的淨化裝置和淨化方法十分必要。

目前，已發展了各種金屬熔體淨化裝置和方法，去除金屬熔體中的氣體和夾雜物。但生產實踐證明單一的金屬熔體淨化方法都有一定的局限性和優缺點，主要表現為：淨化時間長，而且淨化裝置中一些關鍵零部件使用壽命較短，後期的維修費用昂貴，這些因素造成金屬熔體淨化效率低，同時也增加了企業的生產成本；有的方法汙染比較嚴重，有的方法除氣效果不佳。更為重要的是，採用單一方法很難達到高效淨化的高要求。因而，為提高金屬熔體的淨化效率及純淨度，優化金屬鑄件的質量，提升產品綜合性能，金屬熔體淨化的發展趨勢是從單一淨化向複合淨化發展，即集除氣、排雜為一體的淨化複合，同時為滿足環保的要求，節約能源，改善環境，提高生產效率。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有金屬熔體單一淨化裝置淨化效率不高，以及高能耗的問題，提出了一種利用旋轉噴吹複合功率超聲高效的金屬熔體淨化裝置。

一種金屬熔體複合式除氣淨化裝置，它包括旋轉噴頭、旋轉噴頭空心導杆、密封套、功率超聲工具杆、功率超聲變幅杆小端、功率超聲變幅杆大端、功率超聲發射體、第一電機、第一電機輸出軸、第一電機傳動帶、第一支架、第一數據傳輸線、第二數據傳輸線、絲槓、惰性氣體導管、電氣控制櫃、第一絲槓螺母、第二絲槓螺母、移動平臺、第二支架、第三數據傳輸線、第二電機、第二電機輸出軸、第二電機傳動帶。所述的旋轉噴頭空心導杆出氣端與旋轉噴頭螺紋連接，旋轉噴頭空心導杆進氣端與惰性氣體導管通過密封套相連接。所述的功率超聲工具杆與功率超聲變幅杆小端螺紋連接。所述的功率超聲變幅杆小端與功率超聲變幅杆大端為一個整體。所述的功率超聲變幅杆大端與功率超聲發射體剛性連接。所述的第一電機與第一支架剛性連接，第一電機通過第一電機輸出軸控制第一電機傳動帶與旋轉噴頭空心導杆相連接。所述的第一支架通過第一絲槓螺母與絲槓相連接。所述的移動平臺一端與功率超聲變幅杆大端剛性連接，另一端通過第二絲槓螺母與絲槓相連接。所述的第一數據傳輸線與功率超聲發射體電氣連接，第二數據傳輸線一端與第一電機電氣連接，第三數據傳輸線與第二電機電氣連接。所述的惰性氣體導管與電氣控制電氣控制櫃相連接。所述的電氣控制櫃與第一數據傳輸線、第二數據傳輸線和第三數據傳輸線電氣連接。所述的第二電機與第二支架剛性連接，第二電機輸出軸通過第二電機傳動帶與絲槓相連接。

所述的功率超聲工具杆、功率超聲變幅杆小端、功率超聲變幅杆大端、功率超聲發射體均為內徑相同的空腔結構，旋轉噴頭空心導杆可以在該空腔結構中轉動。

所述的電氣控制櫃可以同時分別通過第一數據傳輸線控制功率超聲發射體啟動和停止、第二數據傳輸線控制第一電機帶動旋轉噴頭空心導杆連接的旋轉噴頭旋轉，實現功率超聲工具杆和旋轉噴頭同時作用在金屬熔體中。

優選的：所述的密封套一端與惰性氣體導管密閉連接，另一端與旋轉噴頭空心導杆通過密封套內置軸承套密閉連接，可以實現旋轉噴頭空心導杆在密封套中轉動。

優選的：所述的功率超聲工具杆、旋轉噴頭空心導杆的材質均為45號鋼，旋轉噴頭材質為石墨，變幅杆即變幅杆大端和變幅杆小端材質均為硬鋁合金。

優選的：所述的電氣控制櫃中包括超聲發射電源、電機控制系統、供氣單元。

優選的：所述的電氣控制櫃通過第三數據傳輸線控制第二電機帶動連接在絲槓上的移動平臺和第一支架同步上下移動。

優選的：所述的密封套一端與惰性氣體導管密閉連接，另一端與旋轉噴頭空心導杆通過密封套內置軸承套密閉連接，可以實現旋轉噴頭空心導杆在密封套中轉動。

優選的：所述的功率超聲變幅杆包括功率超聲變幅杆小端與功率超聲變幅杆大端，功率超聲變幅杆形狀為階梯型變幅杆。

本實用新型與現有技術相比具有以下效果：

本發明通過對複合式功率超聲和旋轉噴吹除氣淨化裝置進行研究，從理論上對兩種除氣淨化淨化方法的優勢組合進行分析，進而研究複合式除氣的工藝參數。與傳統工藝比較，既體現了二者複合式高效除氣的優勢，同時避免了單一功率超聲除氣淨化不能處理大體積熔體，無法工業化的弊端，也克服了旋轉噴吹除氣為使熔體氣泡彌散而轉速過大產生的熔體表面翻滾，除氣時間長而需要耗費大量淨化氣體的缺點，又體現了功率超聲除氣無排放無汙染的優勢，滿足了現代航空航天、信息產業、交通運載等高技術領域對鋁合金構件的高質量要求，又發揮了功率超聲除氣的優點，滿足環保要求，有效節約能源，改善環境，提高生產效率。

附圖說明

圖1為旋轉噴吹與功率超聲複合式除氣淨化裝置構成示意圖。

具體實施方式

下面根據附圖詳細闡述本發明優選的實施方式。

具體實施方式：參見附圖1，一種金屬熔體複合式除氣淨化裝置，它包括旋轉噴頭1、旋轉噴頭空心導杆2、密封套2-1、功率超聲工具杆3、功率超聲變幅杆小端4、功率超聲變幅杆大端5、功率超聲發射體6、第一電機7、第一電機輸出軸7-1、第一電機傳動帶7-2、第一支架8、第一數據傳輸線9、第二數據傳輸線10、絲槓11、惰性氣體導管12、電氣控制櫃13、第一絲槓螺母14、第二絲槓螺母14-1、移動平臺15、第二支架16、第三數據傳輸線17、第二電機18、第二電機輸出軸18-1、第二電機傳動帶18-2。所述的旋轉噴頭空心導杆2出氣端與旋轉噴頭1螺紋連接，旋轉噴頭空心導杆2進氣端與惰性氣體導管12通過密封套2-1相連接。所述的功率超聲工具杆3與功率超聲變幅杆小端4螺紋連接。所述的功率超聲變幅杆小端4與功率超聲變幅杆大端5為一個整體。所述的功率超聲變幅杆大端5與功率超聲發射體6剛性連接。所述的第一電機7與第一支架8剛性連接，第一電機7通過第一電機輸出軸7-1控制的第一電機傳動帶7-2與旋轉噴頭空心導杆2相連接。所述的第一支架8通過第一絲槓螺母14與絲槓11相連接。所述的移動平臺15一端與功率超聲變幅杆大端5剛性連接，另一端通過第二絲槓螺母14-1與絲槓11相連接。所述的第一數據傳輸線9與功率超聲發射體6電氣連接，第二數據傳輸線10一端與第一電機7電氣連接，第三數據傳輸線17與第二電機18電氣連接。所述的惰性氣體導管12與電氣控制電氣控制櫃13相連接。所述的電氣控制櫃13與第一數據傳輸線9、第二數據傳輸線10和第三數據傳輸線17電氣連接。所述的第二電機18與第二支架16剛性連接，第二電機輸出軸18-1通過第二電機傳動帶18-2與絲槓11相連接。

所述的功率超聲工具杆3、功率超聲變幅杆小端4、功率超聲變幅杆大端5、功率超聲發射體6均為內徑相同的空腔結構，旋轉噴頭空心導杆2可以在該空腔結構中轉動。

所述的電氣控制櫃13可以同時分別通過第一數據傳輸線9控制功率超聲發射體6啟動和停止、第二數據傳輸線10控制第一電機7帶動旋轉噴頭空心導杆2連接的旋轉噴頭1旋轉，實現功率超聲工具杆3和旋轉噴頭1同時作用在金屬熔體中。

所述的功率超聲工具杆3、旋轉噴頭空心導杆2的材質均為45號鋼，旋轉噴頭1材質為石墨，變幅杆即變幅杆大端5和變幅杆小端4材質均為硬鋁合金。

所述的電氣控制櫃13中包括超聲發射電源、電機控制系統、供氣單元。

所述的電氣控制櫃13通過第三數據傳輸線17控制第二電機18帶動連接在絲槓11上的移動平臺15和第一支架8同步上下移動。

所述的密封套2-1一端與惰性氣體導管12密閉連接，另一端與旋轉噴頭空心導杆2通過密封套2-1內置軸承套密閉連接，可以實現旋轉噴頭空心導杆2在密封套2-1中轉動。

所述的功率超聲變幅杆包括功率超聲變幅杆小端4與功率超聲變幅杆大端5，功率超聲變幅杆形狀為階梯型變幅杆。

測量原理：旋轉噴吹淨化處理方法是通旋轉噴頭向金屬液中通入惰性氣體，通過旋轉作用，將導入的氣泡彌散到金屬液中。惰性氣泡淨化主要是利用分壓脫氣原理，即初始通入的惰性氣泡中的氫的分壓力PH2=0，溶於金屬液中的氫按照氫動力學原理會不斷進入氣泡中，直到氣泡中氫的分壓力PH2增加到與熔體中氫的濃度達到平衡，此時熔體中的氫不在向惰性氣泡中遷移，氣泡浮出液面，氣泡中的氫逸出熔體表面。而在旋轉噴吹除氣過程中添加了功率超聲後，空化作用產生的大量氣泡核和旋轉噴吹吹入的氣泡都在超聲波作用下長大，當吹入氣泡尺寸超過一定值後，超聲波的繼續作用會使之破裂，產生空化現象，破裂後的氣泡的尺寸減小，數量增加，氣泡半徑減小。氣泡半徑減小，氫原子從合金熔體內部向熔體表面或氣泡表面遷移階段的速度將加快。同時氣泡的半徑越小，氣泡上浮速度也越慢，除氣時間將增長，除氣效果加強。由於氣泡半徑減小，氣體總體積不變的情況下氣泡總表面積必定增加，提高除氣的效果，同時，大量的空化泡潰滅時產生了溫度場、壓力場及濃度流場，流場對熔體中氫向淨化氣泡擴散傳質具有重要的促進作用。因此，從理論上複合除氣方法較單一旋轉噴吹除氣方法有優勢。

工作過程如下：

打開電氣控制櫃13中惰性氣瓶，通過惰性氣體導管12和旋轉噴頭空心導杆2使旋轉噴頭1中通入惰性氣體；電氣控制櫃13發出控制信號通過第三數據傳輸線17控制第二電機18帶動連接在絲槓11上的移動平臺15和第一支架8同步向下移動，產生向下位移，同時使功率超聲工具杆3和旋轉噴頭1浸入到被測熔體一定深度；電氣控制櫃13分別通過第一數據傳輸線9控制功率超聲發射體6啟動，使功率超聲工具杆3產生超聲振動，同時電氣控制櫃13通過第二數據傳輸線10控制第一電機7帶動旋轉噴頭空心導杆2連接的旋轉噴頭1旋轉以一定轉數轉動吹氣；功率超聲工具杆3和旋轉噴頭1在鋁合金熔體中作用一段時間後，由電氣控制櫃13發出控制信號，使移動平臺15產生向上位移，帶動功率超聲工具杆3和旋轉噴頭1復位，之後切斷惰性氣體出氣開關，完成鋁熔體除氣淨化工作。

本實施方式只是對本專利的示例性說明，並不限定它的保護範圍，本領域技術人員還可以對其局部進行改變，只要沒有超出本專利的精神實質，都在本專利的保護範圍內。