一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置

技术领域

本发明涉及铝合金熔体净化领域，尤其涉及一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置。

背景技术

铝及其合金具有一系列优异特性，在金属材料的应用中铝材仅次于钢铁而居第二位。但铝合金在熔炼时易于氧化、吸气，导致熔体中含有较多的气体和非金属夹杂物，影响熔体的纯净度；在浇注完毕后，这些气体和非金属夹杂物则直接对合金的凝固组织造成危害，在铸件中产生诸如气孔、针孔、疏松、夹渣等一系列的缺陷，割裂基体的整体性；对合金及其构件的强度、塑性、耐腐蚀性、冲击性能等产生不良影响，甚至造成产品的报废。因此，铝合金在熔炼和浇注过程中，必须采取相应的措施去除其中的气体和夹杂物，保证铸件产品的质量。

铝熔体的净化方法按其净化机理可分为三类：吸附净化、非吸附净化、过滤净化。目前航空类铸件多采用气泡浮游法，使用C

发明内容

本发明针对现有技术中铝熔体处理设备操作复杂，设备昂贵和装置适应性差等问题，提供一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置，将多孔喷吹与旋转喷吹结合起来，并通过控制系统自动控制，在提高铝熔体除氢效率的同时，提高铝熔体净化效果的一致性。

本发明的实现方式：一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置，包括：气罐、减压阀、气体压力表、气体过滤器、分子筛、气体流量计、电动旋转装置、喷头杆、多孔喷头、温度传感器和控制系统，所述气罐通过气体管路依次连接减压阀、气体压力表、气体过滤器、分子筛、气体流量计、电动旋转装置、喷头杆和多孔喷头；所述多孔喷头在电动旋转装置作用下旋转；所述多孔喷头上设置有温度传感器，所述电动旋转装置连接喷头杆的位置下方设置有气体加热器；所述控制系统分别与气体压力表、气体流量计、电动旋转装置及温度传感器通过电信号连接；所述控制系统用于对气体压力表、气体流量计、电动旋转装置及温度传感器进行监测和控制；所述控制系统带有触摸显示屏。在本装置中，所述气罐用于盛放惰性气体；所述气体过滤器用于干燥从气罐里出来的惰性气体；所述气体压力表用来测量气路中的压力；所述气体流量计用来测量气路中的气体流量；所述电动旋转装置用于带动多孔喷头旋转，所述气体加热器用来加热气路中的气体，达到预热气体的目的；所述多孔喷头用于将气路中的惰性气体喷吹到铝熔体内。本装置工作原理：打开气罐，在控制系统显示屏上点击“启动”，打开气体加热器，将多孔喷头浸入铝熔体中，惰性气体通过气体管路依次经减压阀、气体压力表、气体过滤器、分子筛、气体流量计、电动旋转装置、喷头杆和多孔喷头进入铝熔体中，启动电动旋转装置，在电动旋转装置带动下，多孔喷头在铝熔体中旋转，同时带动进入铝熔体中的惰性气体形成旋转喷吹，以获得弥散气泡，延长惰性气体与铝熔体的接触时间，从而更好的实现铝熔体中氢的去除。使用过程中，采用控制系统对喷吹过程进行自动化控制，所述控制系统带有触摸显示屏，能够对惰性气体流量、惰性气体压力、铝熔体温度、电动旋转装置速度、喷吹时间等数据进行采集并在显示屏实时显示，其中，气体流量、电动旋转装置速度、喷吹时间均可以通过显示屏界面进行设置；所述控制系统内置有时间计数器，能够控制电动旋转装置转动时间，达到定时喷吹的效果，到达喷吹时间后，电动旋转装置停止旋转；所述多孔喷头上设置有温度传感器，可检测喷头附近的铝熔体温度，并将信号传递到控制系统，当铝熔体温度低于700℃时或高于800℃均会在触摸显示屏发出警报。

优选的，所述控制系统利用WiFi监测，可将信号同步输出到电脑或者手机等移动设备，通过移动设备也可完成以上控制。

优选的，其特征在于，所述气体过滤器的填充物为钠石灰、生石灰和变色硅胶。

优选的，所述多孔喷头的原料组成按重量份为：73-82份的陶瓷粉末、15-18份的粘结剂、3-9份的造孔剂；所述粘结剂由硅溶胶组成，所述造孔剂由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成。

进一步优选的，其特征在于，所述多孔喷头中陶瓷粉末与造孔剂的粒度分别为100目和300目。

优选的，其特征在于，所述气体加热器的加热温度为200-300℃。

本发明具有如下有益效果：(1)在本发明的多孔旋转喷吹装置中，采用多孔喷吹和旋转喷吹协同的方式，使多孔喷头吹出的气泡分布更为弥散，气泡数量更多，提高铝熔体除氢的效果除氢效率高，经过喷吹处理后，熔体氢含量低至0.08ml/100gAl，达到航空类铸件的熔体质量要求；同时也显示出一定的除杂能力，除杂率可达81.6％。(2)本发明采用控制系统对相关的参数及喷吹过程自动控制，操作简便，整个操作过程中只需要控制喷吹时间和旋转速度，达到时间后，即可浇注，操作非常简便。(3)低成本，无污染，只需要喷吹惰性气体，无其它特殊或专用设备；由于操作过程不引入其它的杂质，也不产生杂质，熔体洁净，且工作环境较好；可以持续除氢的，由于喷吹过程可以一直持续，可以实时保持氢含量在较低水平。(4)本发明的多孔喷头，喷吹进行熔体净化处理时溶液不产生飞溅，即适用于坩埚熔炼除氢，也适用于大型冶金熔池除氢，从而达到理想的除氢和除杂效果，得到质量优良的铸件。(5)由于采用控制系统进行喷吹控制，减少了人工的干预，通过在控制系统的触摸显示屏设置固定的参数，可实现喷吹净化效果的一致性。(6)采用气体加热器对惰性气体进行预热，防止多孔喷头附近的铝熔体温度突然下降，影响铝熔体净化效果。

附图说明

图1为本发明的多孔旋转喷吹熔体净化处理装置结构图；

图2为本发明实施例1中铝熔体净化前后浇铸铸件采用自动图像分析仪检测夹杂物的结果：(a)净化前；(b)净化后。

图3为本发明实实例1中铝熔体净化前后浇铸的铸件金相组织图：(a)净化前；(b)净化后。

图中，1、气罐；2、减压阀；3、气体压力表；4、气体过滤器；5、分子筛；6、气体流量计；7、电动旋转装置；8、气体加热器；9、喷头杆；10、多孔喷头；11、温度传感器；12、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图1-3，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施方式1：

如图1所示，一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置，包括：气罐1、减压阀2、气体压力表3、气体过滤器4、分子筛5、气体流量计6、电动旋转装置7、喷头杆9、多孔喷头10、温度传感器11和控制系统12，所述气罐1通过气体管路依次连接减压阀2、气体压力表3、气体过滤器4、分子筛5、气体流量计6、电动旋转装置7、喷头杆9和多孔喷头10；所述多孔喷头10在电动旋转装置7作用下旋转；所述多孔喷头10上设置有温度传感器11，所述电动旋转装置7连接喷头杆9的位置下方设置有气体加热器8；所述控制系统12分别与气体压力表3、气体流量计6、电动旋转装置7及温度传感器11通过电信号连接；所述控制系统12用于对气体压力表3、气体流量计6、电动旋转装置7及温度传感器11进行监测和控制；所述控制系统12带有触摸显示屏；所述多孔喷头10的原料组成按重量份为：75份的陶瓷粉末、16份的粘结剂、5份的造孔剂；所述粘结剂由硅溶胶组成，所述造孔剂由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成；所述气体过滤器的填充物为钠石灰、生石灰和变色硅胶。

利用上述多孔旋转喷吹熔体净化处理装置净化铝熔体的方法，包括以下步骤：(1)在坩埚炉中配制50千克AA6111铝合金，设定铝熔体温度为780℃；(2)气罐1通过气体管路依次连接减压阀2、气体压力表3、气体过滤器4、分子筛5、气体流量计6、电动旋转装置7、喷头杆9和多孔喷头10；(3)启动气体加热器8，设定气体加热器在200℃；开启气罐1，通过控制系统12调节气体流量为0.6m

实施方式2：

在实施例1所述的一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置基础上，所述多孔喷头10的原料组成按重量份为：73份的陶瓷粉末、18份的粘结剂、9份的造孔剂；所述粘结剂由硅溶胶组成，所述造孔剂由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成；所述气体过滤器的填充物为钠石灰、生石灰和变色硅胶；所述气体加热器8控制在250℃。

实施方式3：

在实施例1所述的一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置，所述多孔喷头10的原料组成按重量份为：82份的陶瓷粉末、15份的粘结剂、6份的造孔剂；所述粘结剂由硅溶胶组成，所述造孔剂由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成；所述多孔喷头10中陶瓷粉末与造孔剂的粒度分别为100目和300目；所述气体加热器8控制在300℃。

实施方式4：

在实施例1所述的一种多孔旋转喷吹熔体净化处理装置，所述多孔喷头10的原料组成按重量份为：78份的陶瓷粉末、16份的粘结剂、3份的造孔剂；所述粘结剂由硅溶胶组成，所述造孔剂由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成；所述气体加热器8控制在300℃。该实施方式中，所述控制系统12利用WiFi监测，可将信号同步输出到电脑或者手机等移动设备，通过移动设备也可完成以上控制。

对实施例1-实施例4分别进行铝熔体处理前后氢含量及夹杂物含量的测定，其测定结果分别如表1和表2所示；对实施例1中铝熔体净化前后分别浇铸的铸件用自动图像分析仪采集的夹杂物含量如图2所示，对实施例1中铝熔体净化前后浇铸的铸件进行金相图分析如图3所示。从表1和表2中相关数据可以看出，使用本发明提供的多孔旋转喷吹熔体净化处理装置后，铝熔体中的氢含量和夹杂物都大幅度降低，氢含量最低降低至0.08ml/100gAl，夹杂物含量最低降低至0.298％。从其金相图中可以看出，处理之前样品中含有大量的夹杂物，夹杂物在晶界处大量的聚集并伴有孔洞，基体受到较大的破坏，铝熔体净化处理之后的金相组织较为洁净、均匀且无明显夹杂物和气孔存在，说明利用多孔喷吹法净化铝合金效果显著。

本发明的多孔旋转喷吹装置成本较低，进行熔体净化处理，工艺简单，溶液不产生飞溅，从而解决了现有技术中铝熔体处理设备操作复杂，设备昂贵和装置适应性差等问题，提高了应用范围，即适用于坩埚熔炼除氢，也适用于大型冶金熔池除氢，使用过程中无有害气体生成，有利的解决了有害气体排出，以及除气除杂效果不佳的问题，为后续研究开发出能新的、高性能的铝合金材料奠定良好的基础。

表1实施例1-实施例4净化处理前后的熔体氢含量(ml/100gAl)

表2施例1-实施例4净化处理前后的熔体夹杂物面积百分比(％)

备注：夹杂物去除率＝(处理前夹杂物含量-处理后夹杂物含量)/处理前夹杂物含量。