CN1015115B - 用于处理熔融金属的回转装置、设备和方法 - Google Patents

Abstract

在熔融金属中弥散气体的回转装置包括一空心轴和与轴联接的一空心转子，转子有许多从其轴向周边伸出并将转子分为许多隔间的叶片，每个隔间有一邻近轴的入口和一邻近转子周边的出口，转子有使气体从轴的排出端转入隔间的通气装置，轴的排出端由隔间通往转了中的集流腔， 隔间的入口开在集流腔壁上。

Description

本发明涉及一种用于处理熔融金属的回转装置、设备和方法，其中所述熔融金属里弥散有气体。这种装置、设备和方法在处理各种熔融金属时，比如铝及其合金、镁及其合金、铜及其合金和黑色金属时是有效益的。它们在处理熔化铝及其合金方面，对除去氢和固体杂质有特殊效益，本文将对此进行描述。

众所周知，由于与氢有关的气孔缺陷的影响，在铝及其合金铸件和锻制产品的生产中可能会遇到相当大的困难。可以举例说明在生产铝合金板、带和薄板时结疤的形成、当轧制后退火或固溶热处理时，在薄板上出现的这些结疤一般是由于氢的扩散，在金属中造成空隙和不均匀性（例如氧化物杂质）并在退火温度下发生金属变形。其它缺陷比如铸件中的孔隙可能和氢的存在有关。

通常的做法是使用比如氯、氩或氮或此类气体混合物清洗、除去氢和固体杂质以处理熔化铝及其合金。

在欧洲专利申请公告第EP-A-0183402号中，对在熔融金属里分布气体用的回转装置进行了描述并提出了权利要求，这种装置包括空心轴和与轴联接的转子，转子有许多从其轴向周边伸出并将转子分隔成许多隔间的叶片，每个隔间具有邻近于轴的入口和邻近于转子周边的排出口，以及使气体从轴的排出端通入各隔间的通气装置，以便当回转装置在熔融金属中旋转时，通过小孔进入隔间的金属驱散离开轴的气流，使之在轴的附近变成和熔融金属均匀拌和的气泡，从而导致熔融金属中气体的弥散，在通过隔间周边排出口前流经隔间。前述文件所公布全部内容只是与这一参考文件的结合。

在那种装置中，轴和转子可以整体成型，也可以分别成型后再装配在一起，气体从轴的主通道经过导管进入每个隔间。

现在发现，如果采用一种用于使气体从轴通往隔间的另一替换装置，就有可能以相对简单和价谦方式使转子更紧凑。

根据本发明提供的一种用于处理熔融金属的回转装置包括：空心轴与该轴联接的空心转子，转子上有许多从其轴向周边伸出并将转子划分成许多隔间的叶片，每个隔间有邻近轴的入口和邻近转子周 边的排出口，转子具有使气体从轴的排出端进入隔间的通气装置，在隔间里轴的排出端通到转子中的集流腔，隔间的入口出现在转子的集流腔壁上。

本发明的最佳特征是转子和轴分别形成，二者用可解脱的固定装置比如螺纹管状连接件装配在一起。因此，制造更紧凑的转子是简单的。本发明的转子可用实心块经机械加工而成，隔间可用滚轧加工而快速形成。块可用适当材料例如石墨制成。

本发明的装置可以快速旋转并通过大量气体。

本发明包括由容器和上述回转装置组成的处理熔融金属的设备，以及用上述回转装置在容器内熔融金属中弥散气体的处理熔融金属的方法。

用于本发明的方法设备中的容器可以是铸桶、坩埚或熔炉例如混铁（保温）炉，它可用于使用间歇操作法处理熔融金属，或者该容器可以是例如EP-A-0183402中描述的特殊结构，其中熔融金属可连续处理。

本发明的方法中使用的气体可以是例如氩、氮、氯或氯化烃或两种或两种以上这类气体的混合物。

转子的横断面最好是圆形的，以便减少装置旋转时在熔融金属中的阻力并使转子的质量减至最小。

各种大小尺寸的转子、例如直径为100-350毫米的可用于本发明的回转装置。用间歇操作法在铸桶或类似容器内处理熔化铝时，直径为175-220毫米的转子特别令人满意，而在特殊结构中在连续条件下处理铝，较大的转子，例如直径为300毫米的较佳。一般说来，转子越大，在熔融金属池内能弥散的气体越多。

转子起到一个泵的作用，转子旋转越快，能泵入的熔融金属越多，这样，由于熔融金属和气体接触增加，除气效率也增加，速度降低时，泵效率也降低。对于一定尺寸的转子，为了达到使容器内装的全部熔融金属中分布的气泡直径细小，转子具有一个必需的最低速度。这一最低速度是清洗气体的流速的函数。在一定时间内要引进熔融金属中的气体越多，对具体转子需要的转子速度越快，转子越大，弥散的气体越多。

直径为175-220毫米的转子，最低速度约为300-350转/分，最佳速度为400-600转/分，而直径为300毫米或300毫米以上的转子最低速度约为225转/分，最佳速度为400-450转/分。

直径为175-220毫米的较小的转子，气体流速通常为12-30升/分，氩、氮或氩和氮的混合物或惰性气体如氩和活性气体如氯的混合物，例如其中氯含量占体积的1-10%的混合物更通常地为22-24升/分。直径为300毫米的较大的转子，气体流速一般为30-80升/分，典型地为60升/分。

如上所述，直径为175-220毫米的较小的转子通常用于处理在容器如铸桶中的熔融金属。铸桶的形状能影响转子尺寸的选择，但是直径为175-190毫米的转子一般用于处理装炉量为250-600公斤的金属，直径为200-220毫米的转子用于处理装炉量为600-900公斤的金属。使用直径为175-220毫米直径的转子处理时间通常为1-10分。直径为300毫米的较大转子，用于在连续作业的条件下处理熔融金属，金属流率可高达500公斤/分，在处理容器中的滞留时间约为2-10分。

本发明转子在用于铝及铝合金的除气方面，其效果可在处理前及处理后通过用测定金属密度指数的方法予以评价，而不需对实际样品进行氢含量的测定。铝样的密度指数越高，铝的氢含量也越高。

密度指数（DI）可用公式确定：

DI＝ (Datm-D80mbar)/(Datm) ×100

式中Datm为在大气压力下可以固化的金属样品的密度，而D80mbar为在80毫巴压力的真空条件下可以固化的样品的密度。

在金属铸造实践中，公认为令人满意的铝铸造必须具有特殊的密度指数值。例如车轮的密度指数值应为5-8，汽缸盖铸造的密度指数值应小于5，砂型浇铸的密度指数值应小于2，真空/压力模铸的密度指数值必须小于1。

为了更好地了解本发明，现参考所附示意图加以描述，其中：

图1为本发明的转子的俯视平面图。

图2为穿过图1中装配有排气轴的转子的垂直断面图。

参考附图，用于在熔化的铝中弥散气体的回转 装置包括排气轴1和转子2。轴1有直径约为16毫米的通孔3，轴的下端做成内螺纹以接纳有外螺纹的螺纹管状连接件4的纵向部分。转子2由例如石墨压型的零件组成，转子通常包括圆盘或茶托状体，有环形顶5和由此伸展做为基础的圆形壁6。顶5的中央有内螺纹承窝7，以接纳连接件4底部的螺纹段。零件4有直径约为3毫米的通孔。承窝7下面是敞开的，以限定集流腔M的范围，而零件4的自由端8通向集流腔M，以便下面描述。壁6包含四个隔间c，隔间从壁6a内部延伸到限定转子体边缘的壁6b的外部。每个隔间c在壁6a上有一进口小孔9和在转子边缘形似长槽的排出口10。相邻隔间c用叶片11隔开。壁6限定面向熔融金属敞开的集流腔M的壁，以便，象下面说明的那样，离开排出口8的气体可以和熔融金属一起经过入口9进入每个隔间c，并经过排出口10出口。

轴接到空心驱动轴（未显示）的下端，其上端接到驱动装置，例如电动机（未显示），孔3通过空心驱动轴接到气体源（未显示）。

回转装置位于衬有耐火材料的铸桶或其它容器的内部。回转装置在装入铸桶中的熔化铝中旋转。气体通过轴1的孔3向下经由在集流腔M的顶部端头8排出。当装置旋转时，铝被吸引经下面开口进入集流腔M，金属在集流腔内驱散离开排出口8的气流使之成为和铝均匀拌和的极小气泡。形成的分散体经由入口9流入隔间c，通过隔间c越出周边的排出口10范围之外，通过熔化铝的整体被弥散，装在铸桶内的铝就这样和气体直接接触，被溶解的氢和杂质均被清除。

下列实例将用来说明本发明：

处理前和处理后每一实例取两个铝的样品，一个样品可在大气压力下固化，另一样品在80毫巴的真空条件下固化，必须注意保证固化时氢气泡不突破样品的上表面。密度指数（DI）值可在处理前和处理后从固化样品的密度测量中确定。

实例1

一种含硅7%的铝-硅-镁合金在500公斤的混合（保温）炉内使用氮结合如图所示的直径为190毫米的转子的装置处理。转子速度为600转/分，氮流率为22升/分，3和5分钟完成处理。结果见下表。

实例2

一种含硅8%和铜3%的铝-硅-铜合金在500公斤的转移铸桶中，使用氮结合如图所示的直径为190毫米的转子的装置处理。转子速度为600转/分，氢流率为24升/分，3、4和5分钟完成处理。结果见下表。

实例3

一种含硅9%的铝-硅-镁合金在500公斤的坩埚炉中，使用氮结合如图所示的直径为190毫米的转子的装置处理。转子速度为600转/分，氮流率为22升/分，4分钟完成处理。结果见下表。

实例4

一种含镁10%的铝-硅-镁合金在400公斤的坩埚炉中，使用氩结合如图所示的直径为190毫米的转子的装置处理。处理在使用钠片合金变态后立即发生。转子速度为600转/分。氩流率为22升/分，3、5和6分钟完成处理。结果见下表。

实例5

一种含硅11%的铝-硅-镁合金在500公斤的转移铸桶中，使用氩结合如图所示的直径为190毫米的转子的装置处理。转子速度为600转/分，氩流率为24升/分，2、3和4分钟完成处理。结果见下表。

DI    DI

时间    金属温度

实例    （密度指数）    （密度指数）

（分）    （℃）

处理前    处理后

3    810    18.1    6.8

1

5    810    16.2    3.4

3    751    17.2    2.0

2    4    741    11.3    0.4

5    806    14.9    0.1

3    4    740    14.6    2.1

3    795    7.4    2.9

4    5    780    12.7    0.4

6    748    5.2    0.04

2    760    12.0    7.9

5    3    760    12.5    3.9

4    780    13.8    2.2

Claims (10)

1、一种用于处理熔融金属的回转装置，该装置包括空心轴和与该轴联接的空心转子，转子上有许多从其轴向周边伸出并将转子划分为许多隔间的叶片，每个隔间有邻近于轴的入口和邻近于转子周边的排出口，转子具有使气体从轴的排出端转入隔间的通气装置，其特征是轴的排出端向转子内的集流腔开口，隔间的入口开在转子的集流腔壁上。

2、按照权利要求1所述的回转装置，其特征是转子和轴是分别构成的，转子和轴用可解脱的固定装置装配在一起。

3、按照权利要求1所述的回转装置，其特征是可解脱的固定装置是螺纹管状连接件。

4、按照权利要求1-3中任一项所述的回转装置，其特征是转子的横断面是圆形的，其直径为100-350毫米。

5、用于处理熔融金属的设备由一具容器和一台上述回转装置组成，回转装置包括空心轴，与该轴联接的空心转子，转子具有许多从其轴向周边伸出并将转子划分为许多隔间的叶片，每个隔间有邻近于轴的入口和邻近于转子周边的排出口，转子具有使气体从轴的排出端转入隔间的通气装置，其特征是轴的排出端向转子中的集流腔开口，隔间的入口开在转子的集流腔壁上。

6、按照权利要求5所述的设备，其特征是容器为铸桶、坩埚或熔炉。

7、一种使用权利要求5的设备，处理熔融金属的方法，该法包括将气体弥散在装于容器内的熔融金属里，通过（a）转动回转装置，使熔融金属经其开口端进入集流腔，和（b）通过对轴供气，使气体从轴的空心内部转入集流腔，由此气体弥散在熔融金属里经入口流入隔间并经排出口流出。

8、按照权利要求7所述的处理熔融金属的方法，其特征是回转装置以225-600转/分的速度旋转。

9、按照权利要求7或权利要求8所述的处理熔融金属的方法，其特征是气体以12-80升/分的流率进入回转装置。

10、按照权利要求7-9中任何一项所述的处理熔融金属的方法，其特征是所用气体为氩、氮、氯或氯化烃或两种或两种以上此类气体的混合物。