CN102149832B

CN102149832B - 熔液净化装置

Info

Publication number: CN102149832B
Application number: CN2009801355963A
Authority: CN
Inventors: 仓增幸雄
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: JP2010070794A; CN102149832A; KR20110051288A; JP5217828B2; WO2010032550A1

Abstract

本发明提供一种溶液净化装置。该溶液净化装置(1)用于保持金属溶液(Y)的汲出室(4)(保持室)中，对金属溶液进行脱气处理和去渣处理以提高金属溶液的清洁度，降低氢气量，并且所生成的熔渣被铸勺等汲出的可能性小，该溶液净化装置(1)的特征在于，具有筒形状的处理筒部(10)和精制装置(20)，处理筒部(10)设置在汲出室(4)中，且设置有使金属溶液(Y)流入内部的开口部(入口孔)(13)和使金属溶液(Y)向外部流出的出口孔(15)，精制装置(20)对处理筒部(10)内的金属溶液(Y)进行脱气处理和去渣处理中的至少一种处理，处理筒部(10)的上端比汲出室(4)内的金属溶液(Y)的液面突出。

Description

熔液净化装置

技术领域

本发明涉及一种除去金属熔液内的非金属杂质(夹杂物)和氢气的熔液净化装置。

背景技术

使铝锭等熔化而制成的金属熔液(melt：熔融金属)存在不可避免地包含非金属杂质和氢气等这样的问题。如果这种非金属杂质和氢气包含在金属熔液中，那么就会导致所成型的产品出现缺陷，所以并不理想。因此，已知有一种用来促进从金属熔液中分离除去非金属杂质，减少氢气量的精制装置，即所谓的脱气装置。

例如，专利文献1中的精制装置主要包括：在金属熔液中旋转的转子和驱动该转子的驱动部。在转子的下部设置有圆板形状的旋转体，不活泼气体从形成于该旋转体的底面的贯通孔喷出。根据该结构，使气泡化的不活泼气体分散在金属熔液中并搅拌金属熔液，这样，使溶解的氢扩散到不活泼气体的气泡中，并且使非金属杂质附着在不活泼气体与金属熔液的界面上，能够使熔渣上浮到液面。这样就能从金属熔液分离除去非金属杂质和氢气。

专利文献1：日本特开平7-233425号公报

发明内容

此处，例如考虑在连续熔解炉的熔解炉中设置专利文献1中记载的精制装置，制造金属熔液。根据该结构，能够利用不活泼气体处理熔解炉中的金属熔液，使溶解在金属熔液中的氢气扩散到不活泼气体的气泡中，并且使非金属杂质附着在不活泼气体与金属熔液的界面，从而能够作为熔渣上浮分离。另外，还能减少金属熔液的氢气量，从金属熔液中分离非金属杂质，提高清洁度。

另一方面，在与连续熔解炉的熔解炉并排设置的汲出室(保持室)中，由于用铸勺(汲器)等频繁地汲出金属熔液，因此，必然会在液面生成氧化膜等，清洁度降低。而且，也受汲出室的容量、结构和大气湿度的影响，在处理后的金属熔液在汲出室中的滞留时间较长的情况下，大气中的水蒸气与金属熔液的表面发生反应，生成氧化膜，并且作为反应生成物的氢溶解在金属熔液中，因此，也存在氢气量增加这样的问题。

因此，为了提高汲出室内的金属熔液的清洁度，也考虑在汲出室内设置所述精制装置，进行脱气、去渣(脱渣)处理。但是，随着处理，非金属杂质等上浮，这些熔渣与金属熔液一同被铸勺等汲出，有时会导致夹杂膜和硬点(hard spot)，出现铸件品质下降这样的问题。另外，一般情况下，汲出室空间有限，难以导入通常的精制装置。

因此，本发明的目的在于提供一种熔液净化装置，该熔液净化装置不会妨碍汲出室或坩锅炉中的铸勺操作，通过进行金属熔液的脱气处理和去渣处理来提高金属熔液的清洁度，降低氢气量，同时所生成的熔渣被铸勺等汲出的可能性小。

用于解决课题的方式

为了解决这样的技术课题，本发明提供一种熔液净化装置，其用于保持连续处理炉的金属熔液的保持室中，该熔液净化装置的特征在于，具有：

筒形状的处理筒部，该处理筒部配置在所述保持室，设置有使所述金属熔液流入内部的入口孔和使所述金属熔液向外部流出的出口孔；和

精制装置，该精制装置对所述处理筒部内的所述金属熔液进行脱气处理和去渣处理中的至少一种处理，其中，

所述处理筒部的上端比所述保持室内的金属熔液的液面突出。

另外，优选所述保持室是将所述金属熔液汲出至外部的汲出室。

根据该结构，由精制装置分离的非金属杂质上浮到金属熔液的液面，成为熔渣，但是，由于处理筒部的上端比液面突出，因此，熔渣滞留在处理筒部内。这样，在保持室中，能够阻止熔渣向处理筒部的外部流出，因此，能够防止当利用铸勺等从保持室汲出金属熔液时熔渣混入其中。在本说明书中，只要没有特别说明，去渣处理是指还包括不使用熔剂(flux)时的脱气处理的广义的去渣处理。

本发明提供一种熔液净化装置，其用于加热保持金属熔液的保持炉中，该熔液净化装置的特征在于，具有：

筒形状的处理筒部，该处理筒部配置在所述保持炉，设置有使所述金属熔液流入内部的入口孔和使所述金属熔液向外部流出的出口孔；和

所述处理筒部的上端比所述保持炉内的金属熔液的液面突出。

另外，优选所述保持炉是坩锅炉。

根据该结构，被精制装置分离的非金属杂质上浮到金属熔液的液面，成为熔渣，但是，由于处理筒部的上端比液面突出，因此，熔渣停留在处理筒部内。这样，在加热保持金属熔液的保持炉中，能够阻止熔渣向处理筒部的外部流出，因此，能够防止利用铸勺等从保持炉中汲出金属熔液时熔渣混入其中。

另外，优选所述入口孔与所述出口孔相比形成在下方。根据该结构，处理筒部内的金属熔液的移动距离变大，因此，能够提高脱气、去渣效率。

另外，优选在所述处理筒部的下端设置有多个开口部，所述开口部是所述入口孔。这样，在开口部兼用作入口孔的情况下，能够利用处理筒部的金属熔液的上升旋转流，使保持室或保持炉的汲出区域的金属熔液再次从开口部(入口孔)流入，通过出口孔返回至保持室或保持炉的汲出区域，进行循环。由此，能够防止汲出区域的金属熔液的温度下降，通过延长金属熔液在处理筒内的实际滞留时间，能够减少汲出区域的金属熔液的氢气量，提高铸件的内部品质。

所述处理筒部优选具有底部。根据该结构，能够防止金属熔液及熔渣在保持室或保持炉的底面凝固、沉积(堆积)。

优选在所述出口孔形成有过滤器。根据该结构，能够进一步防止非金属杂质向处理筒部的外部流出。

另外，优选所述精制装置具有：在所述金属熔液中旋转的转子；驱动所述转子的驱动部；和支承所述驱动部的支承部。另外，优选所述转子具有：搅拌所述金属熔液的搅拌部；将所述驱动部的旋转向所述搅拌部传递的传动轴(旋转轴)；和排出孔，该排出孔形成在所述搅拌部的下部，排出不活泼气体。根据该结构，能够可靠地分离包含在处理筒部内的金属熔液中的非金属杂质，并且能够减少氢气量。

另外，优选所述精制装置具备使所述传动轴升降的升降机构。根据该结构，在传动轴上安装的搅拌部在金属熔液内升降，因此，能够提高不活泼气体的分散性。这样，能够可靠地分离包含在处理筒部内的金属熔液中的非金属杂质，并且能够减少氢气量。

发明的效果

根据本发明的熔液净化装置，能够降低当利用铸勺等从保持室或保持炉中汲出金属熔液时熔渣混入其中的可能性，并且能够提高铸件的内部品质及表面品质。

另外，处理筒部在下端具备多个开口部，在开口部兼用作入口孔的情况下，利用处理筒部的金属熔液的上升旋转流，能够使保持室的汲出区域的金属熔液再次从开口部(入口孔)流入，通过出口孔后返回至保持室的汲出区域，进行循环。由此，不仅能够防止汲出区域的金属熔液的温度下降，而且通过延长金属熔液在处理筒内的实际滞留时间，还能减少汲出区域的金属熔液的氢气量，提高铸件的内部品质。

附图说明

图1是表示第一实施方式中的熔液净化装置和连续处理炉的立体图。

图2是图1的I-I线截面图。

图3是表示第二实施方式中的熔液净化装置和连续处理炉的截面图。

图4是表示第三实施方式中的熔液净化装置和坩锅炉的截面图。

具体实施方式

(第一实施方式)

参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。如图1及图2所示，在第一实施方式中，以在连续处理炉2中使用熔液净化装置1的情况为例进行说明。

如图1及图2所示，连续处理炉2具有：例如使铝锭E熔化的熔解炉3；和保持在熔解炉3中熔化的金属熔液Y的汲出室4。熔解炉3包括未图示的燃烧器(炉)，加热至720℃～900℃，使铝锭E熔化从而生成金属熔液Y。

汲出室4隔着炉壁5与熔解炉3并排设置，设置有后述的熔液净化装置1，并且保持净化后的金属熔液Y。汲出室4相当于权利要求书中的“保持室”。如图2所示，在熔解炉3的炉壁5的下部贯穿设置有出液口6，金属熔液Y从熔解炉3一侧流入至汲出室4一侧。在汲出室4中，金属熔液Y一般被保持在680℃～790℃左右，以使金属熔液Y不会结块。优选在汲出室4设置加热器等加热机构，以稳定金属熔液Y的保持温度。

此处，将汲出室4中的、处理筒部10的外部区域作为汲出区域4a。在汲出区域4a中保持的金属熔液Y被未图示的铸勺等汲出至外部，铸成金属模具等。另外，令构成汲出室4的三个壁为壁部7、7、7。

如图1及图2所示，熔液净化装置1设置在汲出室4内，对在熔解炉3中熔化的金属熔液Y进行脱气处理及去渣处理，分离除去包含在金属熔液Y中的非金属杂质，并且减少氢气量，使处理后的金属熔液Y流入至汲出区域4a。

熔液净化装置1具有：呈圆筒形状的处理筒部10；和在处理筒部10设置的精制装置20。处理筒部10是俯视时(在平面视图中)呈圆形的筒状部件，该处理筒部10具有：俯视时呈圆形的筒部11；和在筒部11的下端形成的脚部12、12……；在相邻的脚部12之间切出切口而得的开口部(入口孔)13、13……；在筒部11的上部贯穿设置的出口孔15；以及在出口孔15的外侧形成的过滤器17。另外，在本实施方式中，筒部11及脚部12采用陶瓷形成，但是并不限制材料。

筒部11形成为具有俯视时呈圆形的中空部，与炉壁5及壁部7相隔规定的间隔地设置。筒部11的大小并没有特别的限制，在本实施方式中，形成为汲出室4的容量的四分之一左右。

在筒部11的下端，隔开规定的间隔形成有脚部12、12……。脚部12按照能够稳定地设置筒部11的方式形成。另外，在相邻的脚部12、12之间形成有多个开口部13。开口部13(入口孔)是用来使筒部11外部(汲出区域4a)的金属熔液Y流入筒部11的内部的孔。

另一方面，在筒部11的侧面的上部贯穿设置有出口孔15。出口孔15是用来使处理筒部10内的金属熔液Y向筒部11的外部(汲出区域4a)流出的孔。这样，通过在筒部11设置开口部13及出口孔15，能够从开口部13向筒部11的内部取入金属熔液Y，并使金属熔液Y从出口孔15向筒部11的外部(汲出区域4a)流出。由此，就能使筒部11内外的金属熔液Y循环。开口部13及出口孔15的形状及大小等没有特别的限制，只要根据连续处理炉2的大小及精制装置20的处理能力适当设定即可。

另外，筒部11的上端形成为位于与壁部7的上端在同一平面上的位置。即，如图2所示，筒部11的上端比金属熔液Y的液面更向上方突出。

过滤器17形成于在筒部11的侧面贯穿设置的出口孔15的外侧。过滤器17是用来使得金属熔液Y内的非金属杂质、特别是尺寸较大的氧化膜不会向汲出区域4a流出的过滤装置。就过滤器17的材料而言，只要是能够保持所捕获的非金属杂质特别是尺寸较大的氧化膜并且使金属熔液Y通过的材料即可，没有特别的限制，但是，在本实施方式中，例如采用玻璃布。过滤器17借助环状的安装部16安装。

另外，处理筒部10的形状仅是一个例子，也可以是其他的形状。例如，处理筒部10也可以形成为在俯视时呈矩形(角形)的形状。另外，在本实施方式中，使处理筒部10与熔解炉3的炉壁5及汲出室4的壁部7相互分离，但是，也可以按照将它们紧贴的方式来设置。

如图1及图2所示，精制装置20设置在处理筒部10的上部，对处理筒部10内的金属熔液Y进行脱气处理及去渣处理，分离除去在金属熔液Y中存在的非金属杂质，并且减少氢气量。本实施方式的精制装置20主要具有：在金属熔液Y内旋转的转子21；使转子21驱动的驱动部22；支承驱动部22的支承部23；以及供给不活泼气体的气体供给部25。精制装置20能够通过转子21向金属熔液Y内供给不活泼气体，使溶解在熔液中的氢气扩散至不活泼气体的气泡中，并使非金属杂质附着在不活泼气体和金属熔液Y的界面上，作为熔渣而上浮分离。

转子21具有：埋设在金属熔液Y内的传动轴31；在传动轴31的下端形成的搅拌部32；以及在搅拌部32的底面形成的、排出不活泼气体的排出口(图示省略)。在本实施方式中，传动轴31及搅拌部32一体成型，采用石墨(黑铅：graphite)或者陶瓷制成。

传动轴31通过驱动部22的驱动沿圆周方向旋转。在传动轴31的内部形成有中空部，使得不活泼气体流入搅拌部32一侧。传动轴31的旋转数并没有特别的限制，在本实施方式中，将其设定为300rpm。

搅拌部32大致呈圆柱形状，形成于传动轴31的前端，在下端隔开规定的间隔切出切口而形成有多个旋转齿32a。在搅拌部32的底面(下部)的中央形成有排出(释放)不活泼气体的排出口(图示省略)。搅拌部32由于在下端形成有旋转齿32a，因此，能够使从排出口排出的不活泼气体分成小的部分，并且能够适当地搅拌金属熔液Y。这样就能提高金属熔液Y的脱气、去渣处理效率。

其中，搅拌部32只要能搅拌金属熔液Y即可，其形状并没有限制。也可以通过在搅拌部32设置螺旋翼(螺旋片)等方式，提高搅拌效率。另外，排出口的形状、大小及个数等根据处理筒部10的大小等适当设定即可。

驱动部22是使转子21旋转的动力源。驱动部22通过连接器(joint)28及轴承29与传动轴31连结。驱动部22具有：使传动轴31旋转的电机M1；和控制电机M1的旋转方向及转速的逆变器等的控制部22a。驱动部22被固定在横跨筒部11的上部而形成的支承部23上。

气体供给部25是供给氩气、氮气等不活泼气体的气体供给管，不活泼气体被设定为按照规定的量流入至转子21一侧。在本实施方式中，气体供给部25被设定为按照1～10L/分的量进行供给。另外，作为不活泼气体，优选使用露点例如为零下60以下的Ar(氩)气。如果不活泼气体中包含水蒸气，那么，不活泼气体成为气泡并排出至金属熔液Y中后，因金属熔液Y和气泡中的水蒸气发生反应，在气泡的内表面生成氧化膜，并且，也会发生作为反应生成物的氢气溶解在金属熔液Y中的反应，因此，脱气效率可能下降。

在本实施方式中，按照仅从转子21排出不活泼气体的方式形成精制装置20，但是并非局限于此，例如，也可以并排设置熔剂供给装置，使不活泼气体和熔剂(flux)扩散至金属熔液Y中。

下面，对本实施方式中的熔液净化装置1的作用及效果进行说明。

如图2所示，在熔解炉3中熔化的金属熔液Y流入汲出室4内，并且通过开口部13流入处理筒部10内。流入处理筒部10内的金属熔液Y被导向在处理筒部10的上部形成的出口孔15。

此时，由于不活泼气体从在搅拌部32形成的排出口(图示省略)排出、分散在金属熔液Y中，因此，能够使溶解在金属熔液Y中的氢扩散至不活泼气体的气泡中，并且使非金属杂质附着在不活泼气体和金属熔液Y的界面上，作为熔渣上浮分离。

此处，如图2所示，上浮至液面的熔渣是指在金属熔液Y内存在的氧化膜、非金属杂质等。即，在金属熔液Y内存在的氧化膜、非金属杂质附着在不活泼气体的细小气泡和熔液界面上，与气泡一同上浮分离。而且，金属熔液Y内的氢等的溶解气体扩散至与熔液相比化学势(Chemical potential)低的气泡中的不活泼气体中，于是进入气泡中，上浮至熔液表面，作为泡破裂并向大气中排出。

上浮至金属熔液Y的液面的熔渣滞留在液面，但是，由于筒状的筒部11的顶端比液面更向上方突出，因此，不会向筒部11的外部流出。另外，即使熔渣从出口孔15流出，非金属杂质、特别是尺寸较大的氧化膜等也会被过滤器17捕获，在一定程度上能够防止熔渣向汲出室4的汲出区域4a流出。

在本实施方式中，在筒部11的下端设置有开口部13，在筒部11的上部设置有出口孔15，因此，处理筒部10内的金属熔液Y的移动距离长，能够提高脱气、去渣效率。另外，筒部11在下端设置有多个开口部13，在开口部13兼用作入口孔的情况下，利用筒部11中的金属熔液Y的上升旋转流，能够使汲出室4的汲出区域4a一侧的金属熔液Y再次从开口部13流入，通过开口部13返回至汲出室4的汲出区域4a，进行循环。由此，不仅能够防止汲出区域4a中的金属熔液Y的温度下降，而且通过延长金属熔液Y在处理筒部10内的实际滞留时间，还能减少汲出区域4a中的金属熔液Y的氢气量，提高铸件的内部品质。由于能够提高汲出室4内的金属熔液Y的流动性，因此，能够防止金属熔液Y在汲出室4的底面凝固、沉积。

由于熔液净化装置1仅配置在汲出室4中，因此，能够很容易地对汲出室4仅取放熔液净化装置1。这样就能容易地进行熔液净化装置1的维护。

(第二实施方式)

下面，对本发明的第二实施方式进行说明。图3是表示第二实施方式中的熔液净化装置及连续处理炉的截面图。如图3所示，第二实施方式的熔液净化装置51在处理筒部10形成有底部19这一点以及设置有用来使转子21升降的升降机构50这一点与第一实施方式不同。另外，对于与第一实施方式共同(共通)的部分，标注相同的附图标记并省略其说明。

第二实施方式的熔液净化装置51主要具有处理筒部10和精制装置20。处理筒部10具有：俯视时呈圆形的筒部11、在筒部11的下端形成的底部19、在筒部11的下部贯穿设置的入口孔14、在筒部11的上部贯穿设置的出口孔15、以及在出口孔15的外侧形成的过滤器17。

第二实施方式的处理筒部10是具有底部19的有底筒状。入口孔14在筒部11的下部贯穿设置，用来使金属熔液Y流入筒部11的内部。出口孔15在筒部11的上部且在与入口孔14相对的侧面贯穿设置。

精制装置20具有使转子21升降的升降机构50。升降机构50在本实施方式中由上下驱动的气缸(cylinder)构成，通过保持部件50a保持驱动部22。

另外，也可以在支承部23设置升降机构50，以支承部23升降的方式形成。升降机构50并非局限于气缸，也可以是其他的方式。

下面，对本实施方式的熔液净化装置51的作用及效果进行说明。

如图3所示，通过熔液净化装置51也能获得与第1实施方式同样的效果。在处理筒部10形成有底部19，因此，即使比重大的非金属杂质沉积，也会滞留在处理筒部10内，不会沉积在汲出室4的底面。这样就能减轻汲出室4的维护。另外，通过将入口孔14形成于底部19的上方，能够使得当金属熔液Y从入口孔14流入时，不会扬起沉淀在底部19的非金属杂质，因此，能够使非金属杂质沉淀。

在本实施方式中，设置升降机构50，转子21在金属熔液Y内升降，因此，能够有效地使不活泼气体在金属熔液Y内分散。这样就能更加有效地除去金属熔液Y内的氧化膜、非金属杂质等，有效地减少氢气量。

(第三实施方式)

图4是表示第三实施方式中的熔液净化装置及坩锅炉的截面图。在第一及第二实施方式中，对在连续处理炉2设置熔液净化装置的情况进行了说明，但是并非局限于此，也可以如第三实施方式所述，在坩锅炉82设置熔液净化装置。

也可以如第三实施方式所述，在坩锅炉82中，在进行铸锭的熔化并保持所熔化的金属熔液Y的保持炉84中设置熔液净化装置1。这样，设置本发明的熔液净化装置的对象就不局限于连续处理炉2的汲出室4，也可以是在利用铸勺等汲出金属熔液Y时加热保持金属熔液Y的保持炉82。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，也可以在不违背本发明的主旨的范围内适当地进行更改。例如，本实施方式中的精制装置用来进行脱气处理及去渣处理两种处理，但是，也可以使用至少进行其中一种处理的装置。

附图标记的说明

1 熔液净化装置

2 连续处理炉

3 熔解炉

4 汲出室(保持室)

4a 汲出区域

6 出液口

10 处理筒部

13 开口部(入口孔)

15 出口孔

17 过滤器

19 底部

20 精制装置

21 转子

22 驱动部

23 支承部

25 气体供给部

31 传动轴

32 搅拌部

Y 金属熔液

Claims

1.一种熔液净化装置，其用于保持连续处理炉的金属熔液的保持室中，该熔液净化装置的特征在于，具有：

筒形状的处理筒部，该处理筒部配置在所述保持室，并设置有使所述金属熔液流入内部的入口孔和使所述金属熔液向外部流出的出口孔；和

所述处理筒部的上端比所述保持室内的金属熔液的液面突出，

所述入口孔形成在所述出口孔的下方，

利用所述处理筒部的金属熔液的上升旋转流，使所述保持室的汲出区域的金属熔液再次从所述入口孔流入，通过所述出口孔返回至所述保持室的汲出区域，进行循环。

2.如权利要求1所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述保持室是所保持的所述金属熔液被汲出至外部的汲出室。

3.一种熔液净化装置，其用于加热保持金属熔液的保持炉中，该熔液净化装置的特征在于，具有：

筒形状的处理筒部，该处理筒部配置在所述保持炉，并设置有使所述金属熔液流入内部的入口孔和使所述金属熔液向外部流出的出口孔；和

所述处理筒部的上端比所述保持炉内的金属熔液的液面突出，

所述入口孔形成在所述出口孔的下方，

利用所述处理筒部的金属熔液的上升旋转流，使所述保持炉的汲出区域的金属熔液再次从所述入口孔流入，通过所述出口孔返回至所述保持炉的汲出区域，进行循环。

4.如权利要求3所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述保持炉是坩锅炉。

5.如权利要求1～4中任一项所述的熔液净化装置，其特征在于：

在所述处理筒部的下端设置有多个开口部，所述开口部是所述入口孔。

6.如权利要求1～4中任一项所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述处理筒部具有底部。

7.如权利要求1～4中任一项所述的熔液净化装置，其特征在于：

在所述出口孔形成有过滤器。

8.如权利要求1～4中任一项所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述精制装置具有：

在所述金属熔液中旋转的转子；

驱动所述转子的驱动部；和

支承所述驱动部的支承部。

9.如权利要求8所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述转子具有：

搅拌所述金属熔液的搅拌部；

将所述驱动部的旋转向所述搅拌部传递的传动轴；和

排出孔，该排出孔形成在所述搅拌部的下部，排出不活泼气体。

10.如权利要求9所述的熔液净化装置，其特征在于：

所述精制装置具备使所述传动轴升降的升降机构。