一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置的製作方法
2023-10-22 22:11:42 1
本發明涉及鋁合金熔煉領域，特別涉及針對鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌集於一身的多功能裝置，屬於鋁合金材料熔煉製備的創新技術。
背景技術：
：合金熔煉的基本目的是：製備出純潔度高、化學成分符合要求的合金熔體，為鑄造成各種形狀的鑄錠創造條件。熔體的質量對合金材料的加工性能和最終使用性能具有重要的影響。合金材料能達到的性能除了靠化學成分保證外，工藝條件也是極其重要的影響因素。因為不論是冶煉廠供應的金屬坯料或回爐中的廢料，往往含有雜質、氣體、氧化物或其他夾雜物，必須通過熔煉淨化過程，藉助物理或化學的精煉作用，排除這些雜質、氣體、氧化物等，以提高合金熔體的純潔度。同時，熔煉過程中要對合金熔液及時充分地攪拌，攪拌的目的是：一、提高合金元素熔化和溶解的速度，均勻成分。因為金屬的溶解是在與熔液接觸界面處開始的，在局部形成高濃度聚集區，只有不斷攪拌，使聚集區和貧乏區產生對流，才能加速金屬的溶解，並使成分均勻；二、均勻溫度，避免熔體局部過熱。在反射爐的情況下，熱量從金屬液面自上向下傳遞，熱金屬處在金屬液上層，冷金屬液處在下層，上下層的金屬液溫差不能經過熱的對流達到平衡。而這種溫差常達100～200℃，並隨熔池深度和熱源高度增加而增加。因此只有通過攪拌來加強熱的傳遞和均勻成分。而傳統的精煉除氣和機械攪拌是單獨運作的，設備複雜，佔地面積大且造價昂貴；並且往往熔煉時只採用單一的一種精煉方法，除氣除雜的效果受到了限制，即便有氣體和熔劑混合充入的實例，但並不能保證氣體和熔劑同時均勻供給，而且熔劑在管道中易堵塞，大大限制了熔劑和氣體的淨化效果；而且除氣時僅設置一個孔徑較大的垂直進氣口，使氣泡在鋁合金熔液中分配不均勻，停留時間短，影響除氣效果；最後機械攪拌採取中心攪拌的方式，對氣泡的微細化作用效果甚微，或者往往高出液面，導致熔液表面的氧化膜極易破損，增大吸氣，汙染鋁液。因此，設計一種適用於鋁合金熔煉的精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置具有重要意義。技術實現要素：本發明的目的在於提出一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置，目的在於克服現有熔煉技術中精煉除氣與機械攪拌分離開來的不足致使設備冗餘繁重、成本較高的缺點，同時改進機械攪拌的方式以及轉盤的構造，利用本發明裝置，可以顯著簡化設備，優化熔煉工藝，降低生產成本，提高產品質量。本發明所採用的技術方案：一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置，包括井式爐，所述井式爐的內部設置有石墨坩堝，所述井式爐的一側設置有升降臺，所述升降臺上設置有支撐板，所述支撐板上設置有步進電機，所述步進電機位於所述井式爐的上方；所述步進電機的旋轉軸上連接有轉子，所述轉子上設置有儲氣室、轉盤和鐘罩，所述轉子上設置有氣孔與所述儲氣室連通，所述轉盤和所述鐘罩內均設置有若干氣孔與所述轉子連通，所述轉盤上還設置有攪拌棒，且攪拌棒為蛇形狀。優選的，所述轉盤為環形的四個對稱的葉片，所述葉片端面上均開有螺孔，與攪拌棒螺紋旋緊配合。優選的，所述石墨坩堝下方設置有耐火磚。優選的，所述井式爐下方設置有底板。優選的，所述井式爐上方設置有蓋板，所述蓋板上設置有出氣口。優選的，所述轉子上設置旋轉陀螺。優選的，所述升降臺與所述支撐板通過緊固螺栓連接。優選的，所述鐘罩設置於所述轉子末端。優選的，所述儲氣室連接有進氣管。與現有技術相比，本發明的有益效果是：(1)本發明精簡設備，集成功能，快穩準實現對精煉及攪拌的操作和控制；(2)本發明惰性氣體精煉除氣和熔劑法精煉除雜同步結合，吹氣採用微孔水平旋轉噴出，無死角全方位充滿熔液，熔劑採用鐘罩壓入，不必擔心堵塞管道；(3)本發明攪拌棒為蛇形攪拌棒，兩兩對稱偏心置於溶液的四個方位，即採用偏心攪拌的方式，增大了與熔液的接觸面積，並能有效破碎氣泡，強化除氫效果；(4)本發明轉盤葉片為流線型設計，減小旋轉時的阻力，並能緩解旋渦的形成；(5)本發明轉子上附加一個旋轉陀螺，能防止轉子旋轉時的大幅振動；(6)本發明轉子、轉盤、鐘罩及攪拌棒均為可拆卸構件，能適應不同場合下的合金熔煉。附圖說明圖1為本發明一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置的結構示意圖。圖2為本發明一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置的轉盤的結構示意圖。圖3為本發明一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置的轉子、轉盤、攪拌棒和鐘罩組合後的結構示意圖。圖4為本發明實施例一製備的鋁合金鑄態金相示意圖。圖5為本發明實施例一製備的鋁合金均勻化態金相示意圖。圖6為本發明實施例一製備的鋁合金固溶時效態金相示意圖。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。如圖1所示，一種可實現鋁合金精煉除氣除雜及機械攪拌的多功能裝置，包括井式爐(17)，所述井式爐(17)的內部設置有石墨坩堝(12)，所述井式爐(17)的一側設置有升降臺(2)，所述升降臺(2)上設置有支撐板(6)，所述支撐板(6)上設置有步進電機(4)，所述步進電機(4)位於所述井式爐(17)的上方；所述步進電機(4)的旋轉軸(5)上連接有轉子(11)，所述轉子(11)上設置有儲氣室(8)、轉盤(14)和鐘罩(15)；所述轉子(11)上設置有氣孔與所述儲氣室(8)連通，便於惰性氣體從所述儲氣室(8)進入轉子(11)，所述轉盤(14)和所述鐘罩(15)內均設置有若干氣孔與所述轉子(11)連通，所述轉盤(14)上還設置有攪拌棒(13)。在本發明的具體技術方案中，所述轉盤(14)為環形的四個對稱的葉片，轉盤(14)直徑以石墨坩堝(12)的直徑的1/2為佳，每個葉片均開有通孔，與轉子(11)相通，其中，轉子(11)末端封閉，僅水平通氣；轉盤(14)與轉子(11)通過螺紋旋緊配合；所述葉片端面上均開有螺孔，與攪拌棒(13)螺紋旋緊配合；所述石墨坩堝(12)下方設置有耐火磚(16)，所述井式爐(17)下方設置有底板(1)，所述井式爐(17)上方設置有蓋板(10)，所述蓋板(10)上設置有出氣口。在本發明的具體技術方案中，所述轉子(11)上設置旋轉陀螺(9)，所述升降臺(2)與所述支撐板(6)通過緊固螺栓連接，所述鐘罩(15)設置於所述轉子末端，所述儲氣室(8)連接有進氣管。其中，轉子(11)、攪拌棒(13)、轉盤(14)和鐘罩(15)均為碳化矽陶瓷，相比石墨棒更抗氧化，耐高溫。實施例一下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。利用本發明裝置，在6061鋁合金的基礎上進行微合金化研究，製得了如下成分的鋁合金如下表1：合金sifecumnmgzntial0#0.600.360.240.240.990.220.08餘量表1實施例原料為6061鋁合金、al-mg中間合金、al-mn中間合金、al-ti-b中間合金(在實驗中發現6061鋁合金在熔化過程中自身的mg燒損能達70％以上，故需添加一定含量的mg來補充其燒損的量)。通過對本裝置製得的6061鋁合金鑄態、均勻化態、固溶時效態金相分析，發現其微觀組織表面形貌良好，針孔、氣孔、縮孔等鑄造缺陷都明顯較少。對其鑄態組織和固溶時效組織進行顯微硬度測試，分別達到67hbw和105hbw，在未進行塑性變形的情況下，硬度達到這種程度，表明該裝置製得的鋁合金性能取得了不錯的突破，說明該裝置用於鋁合金的製備能夠明顯降低鑄造缺陷並顯著改善鋁合金的性能。具體實施步驟為：將6061鋁合金置於井式爐(17)的石墨坩堝(12)中，井式爐(17)中的溫度上升至鋁合金軟化坍塌時，撒上一層覆蓋劑。繼續升溫，待溫度上升至熔煉溫度730～750℃時，添加al-mn中間合金，這時便需要對液體鋁合金進行攪拌處理，其中設置攪拌轉速為200～400rpm，具體為將升降臺(2)上升至一定高度，便於轉子(11)與步進電機(4)的旋轉軸(5)通過剛性聯軸器連接，將裝有攪拌棒(13)的轉盤(14)安裝在轉子(11)上，緩慢下降升降臺(2)，直至轉子(11)沒入熔液底部，蓋上蓋板10，啟動步進電機(4)，進行機械攪拌，攪拌時攪拌棒(13)不得高於熔液液面，避免捲起大的波浪及破損表面的氧化膜。在攪拌過程中，中間合金按照熔化難易的順序依次加入，不同中間合金的添加需間隔一到兩分鐘，將al-mg中間合金用鋁箔包裹後加入熔液中，攪拌均按上述方法處理。另一方面，所述步進電機的旋轉軸(5)上連接有轉子(11)，所述轉子(11)上設置有儲氣室(8)、轉盤(14)和鐘罩(15)，所述轉子(11)上設置有氣孔與所述儲氣室(8)連通，所述轉盤(14)和所述鐘罩(15)內均設置有若干氣孔與所述轉子(11)連通；因為在轉子(11)的底端通過螺紋旋上有鐘罩(15)，在精煉除氣除雜時，將粉狀精煉劑壓入熔液底部，同時在進氣管(7)中通入氬氣進入儲氣室(8)，所述轉子(11)上設置有氣孔與所述儲氣室(8)連通，因而氬氣通過轉子(11)導向轉盤(14)的四個葉片邊緣的氣孔，其中，氣孔的直徑為0.5mm，氣孔直徑大小直接影響氣泡微細化的效果，啟動步進電機(4)，既實現攪拌，同時也進行惰性氣體精煉和熔劑法精煉。氣體通氣方式是直接調節安裝在氬氣瓶上的氣壓閥，壓力為0.5mpa，控制流量為0.4m3/h，精煉10min，靜置5min後在710℃時進行澆注，熔煉至此完成鋁合金。其中，所述石墨坩堝(12)下方設置有耐火磚(16)，所述井式爐(17)下方設置有底板(1)，實現對所述井式爐(17)的支撐，所述井式爐(17)上方設置有蓋板(10)，所述蓋板(10)上設置有出氣口，實現對所述井式爐(17)內環境的保護，並且使得氣體能通過氣口排出，所述轉子(11)上設置旋轉陀螺(9)，用於調節轉子(11)的平衡；所述升降臺(2)與所述支撐板(6)通過緊固螺栓連接，所述儲氣室(8)還連接有方便氣體進入的進氣管(7)。對於本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬於本發明權利要求的保護範圍之內。當前第1頁12