CN102560160B - 铝合金真空静置除气熔炼装置 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金真空静置除气熔炼装置，包括主要由主炉体和与主炉体相配合的真空罩构成的熔炼炉本体，在熔炼炉本体上设有抽气管且抽气管的一端位于真空罩内，在抽气管的另一端上连接有冷却管，且抽气管的另一端通过真空快卸法兰与冷却管的一端连接，冷却管的另一端连接有抽真空泵。浇铸前开启真空泵对炉体抽真空，炉腔中氢分压降低，氢不断析出，从而降低熔体氢含量，随后解除真空进行浇铸。铝合金熔体除气后再次吸氢倾向小，故浇铸后能使熔体保持较低氢含量，不容易产生孔洞缺陷。本铝合金真空静置除气熔炼装置结构简单，易操作，除氢效果佳，适用于生产易形成孔洞或气密性要求高的铝合金铸件。

Description

铝合金真空静置除气熔炼装置
一技术领域
本发明涉及一种铝合金真空静置除气熔炼装置。
二背景技术
铝合金具有密度小、比强度高、易成形等优点，广泛应用于航空航天，交通运输，机械等领域。在铝合金生产过程中，尤其在铝锭制备、铸件制造过程中会产生大量的孔洞缺陷，造成铝锭或铝合金铸件性能，特别是力学性能，大幅下降甚至报废，导致成品率低、能源浪费大。研究表明，导致铝合金孔洞的主要原因是熔体中氢及氧化夹杂的存在。氢在固态铝中的溶解度很小，而在液态铝中的溶解度很大，使得凝固过程中氢在固液界面前沿大量聚集，不能完全逸出，夹杂形核并长大形成孔洞缺陷。
传统的熔体净化主要是依靠精炼剂的吸附净化达到除气和除杂目的。精炼工艺为向熔体中加入精炼剂，如C2Cl6、JDLF-1等，但效率低；或者通过旋转喷吹惰性气体、氮气，但是效果不够稳定，通入的气泡尺寸大或产生合泡时效果不好，通入的气体除湿不够反而会增加孔洞缺陷，尤其通入氮气时，温度控制不当会与铝熔体发生反应，反而污染熔体。
三发明内容
为克服传统的熔体净化中效率低及效果不稳定等缺陷，本发明提供了一种铝合金真空静置除气熔炼装置，通过基于亨利定律的非吸附净化方法进行真空静置除气，实现了铝合金熔炼与除气一体化的装置设计。
本铝合金真空静置除气熔炼装置，包括主要由主炉体和与主炉体相配合的真空罩构成的熔炼炉本体，在熔炼炉本体上设有抽气管且抽气管的一端位于真空罩内，在抽气管的另一端上连接有冷却管，且抽气管的另一端通过真空快卸法兰与冷却管的一端连接，冷却管的另一端连接有抽真空泵。
所述主炉体与真空罩之间通过真空法兰和活结螺栓连接，主炉体内部紧贴炉壁的为耐火棉，耐火棉环裹内侧为炉膛，所述炉膛上方通过炉膛盖密封，主炉体底部铺设耐火砖，所述真空罩上设有真空把手和真空计。所述主炉体上焊接有真空电极引入机构，所述真空电极引入机构由不锈钢的法兰、O型密封圈和聚四氟乙烯的法兰端盖组成，不锈钢法兰通过不锈钢管焊接到主炉体炉壳上，所述聚四氟乙烯法兰端盖上加工有带沉孔的通孔，带有凸台和螺纹的紫铜电极棒插入通孔，通过螺母紧固，在紫铜电极棒的凸台与聚四氟乙烯法兰端盖的沉孔面上形成密封。所述冷却管呈螺旋状，浸入放有冷却液的冷却槽中。所述抽真空泵为机械真空泵。
本铝合金真空静置除气熔炼装置，还包括控制电源，所述控制电源通过真空电极引入机构与主炉体内的加热元件相连。
本发明是一种集铝合金熔炼与除气于一体的熔炼装置，通过在熔炼炉本体上设有抽气管，并将抽气管的一端置于真空罩内，另一端通过真空快卸法兰与冷却管的一端连接，冷却管的另一端连接有抽真空泵的技术措施，实现了在熔炼同时在铝合金熔体表面抽真空，降低氢分压，降低了氢气在铝合金熔体中的溶解度从而实现了除氢功能，大量氢气泡上浮也可以带走非金属夹杂物，使铝熔体净化。本发明是一种具有很强的除氢效率，结构简单，便于操作，无污染，适用于易形成孔洞的、或气密性要求较高的铝合金铸件的熔体制备。
四附图说明
图1铝合金的熔炼及真空静置除气装置结构图。
图2真空电极引入机构结构图。
图3近共晶铝硅镁合金φ60mm铸锭横截面：六氯乙烷精炼。
图4近共晶铝硅镁合金φ60mm铸锭横截面：六氯乙烷精炼同时进行真空静置处理。
图中：
1.熔炼炉本体  2.主炉体  3.真空电极引入机构  4.控制电源  5.真空法兰  6.活结螺栓  7.真空罩  8.真空罩把手  9.炉膛盖  10.真空计  11.O型密封圈  12.抽气管13.真空快卸法兰  14.冷却管  15.抽真空阀  16.破真空阀  17.橡胶软管  18.抽真空泵  19.冷却槽  20.耐火棉  21.耐火砖  22.炉膛  23.紫铜电极棒  24.聚四氟乙烯法兰端盖  25.不锈钢法兰  26.O型密封圈  27.螺栓  28.不锈钢管
五具体实施方式
图1所示，本铝合金真空静置除气熔炼装置，包括主要由主炉体2和与主炉体2相配合的真空罩7构成的熔炼炉本体1，在熔炼炉本体1上设有抽气管12且抽气管12的一端位于真空罩7内，在抽气管12的另一端上连接有冷却管14，且抽气管12的另一端通过真空快卸法兰13与冷却管14的一端连接，冷却管14的另一端通过橡胶软管17与抽真空泵18连接，橡胶软管17上分别设有抽真空阀15和破真空阀16。
所述主炉体1与真空罩7之间通过真空法兰5和活结螺栓6连接，两片真空法兰5之间设有O型密封圈11，主炉体2内部紧贴炉壁的为耐火棉20，耐火棉20环裹内侧为炉膛22，所述炉膛22上方通过炉膛盖9密封，主炉体2底部铺设耐火砖21，所述真空罩7上设有真空把手8和真空计10。
本铝合金真空静置除气熔炼装置，还包括所述焊接在主炉体2上的真空电极引入机构3和控制电源4，所述控制电源4通过真空电极引入机构3与主炉体2内的加热元件相连。所述冷却管14呈螺旋状，浸入放有冷却液的冷却槽19中。所述抽真空泵18为机械真空泵。
图2所示，所述主炉体2上焊接有真空电极引入机构3，所述真空电极引入机构3主要由不锈钢法兰25、O型密封圈26和聚四氟乙烯的法兰端盖24构成，不锈钢法兰25通过不锈钢管28焊接到主炉体2的炉壳上，所述聚四氟乙烯法兰端盖24上加工有带沉孔的通孔，带有凸台和螺纹的紫铜电极棒23插入通孔，通过螺母紧固，在紫铜电极棒23的凸台与聚四氟乙烯法兰端盖24的沉孔面上形成密封。
在使用本铝合金真空静置除气熔炼装置进行熔炼时，可对同时铝合金熔体表面抽真空，降低氢分压，使其在铝合金熔体中的溶解度降低而进行除气。真空静置时，铝熔体中产生的大量氢气泡上浮也可以带走非金属夹杂物，使铝熔体净化。
图3、图4所示为传统熔体净化除气装置与本发明采用的真空静置除气装置生产出的近共晶铝硅镁合金φ60mm铸锭横截面对比图。
第一炉原料为ZL102，加热到760℃熔清后保温30分钟，加入0.4wt％的纯镁，保温30分钟后降温到730℃，加六氯乙烷精炼，静置10分钟后加Sr变质，保温30分钟后浇铸到腔体尺寸为φ60×150的铸铁模具中，冷却后从中部锯开即得到图3，可见明显的孔洞缺陷。
第二炉在熔炼工艺上与第一炉相似，只是在浇铸前用本专利所述的装置进行真空静置处理，从中部锯开即得到图4，没有肉眼可见的孔洞缺陷。除气效果非常明显。
原料为铝硅合金A356，加热到760℃熔清后保温30分钟，其后降温到730℃，浇铸到测氢样专用铜模中，加工出1号测氢样。随后在剩余的熔体中加六氯乙烷精炼，静置10分钟后加Sr变质，保温30分钟后，浇铸到测氢样专用铜模中，加工出2号测氢样。接着，对剩余的熔体用本专利所述的装置进行真空静置处理，浇铸到测氢样专用铜模中，加工出3号测氢样。对所得的样品进行氢含量的测试，得到如下表1结果：
表1A356合金不同状态下的氢含量测试结果(ppm)：
Figure BSA00000647433200041

Claims (6)

1.一种铝合金真空静置除气熔炼装置，包括：熔炼炉本体(1)，所述熔炼炉本体(1)包括主炉体(2)和与主炉体(2)相配合的真空罩(7)，其特征在于：在熔炼炉本体(1)上设有抽气管(12)且抽气管(12)的一端位于真空罩(7)内，在抽气管(12)的另一端上设有冷却管(14)且抽气管(12)的另一端通过真空快卸法兰(13)与冷却管(14)的一端连接，冷却管(14)的另一端连接有抽真空泵(18)。
2.如权利要求1所述的铝合金真空静置除气熔炼装置，其特征在于：所述主炉体(2)与真空罩(7)之间通过真空法兰(5)和活结螺栓(6)连接，主炉体(2)内部紧贴炉壁的为耐火棉(20)，耐火棉(20)环裹空腔为炉膛(22)，所述炉膛(22)上方通过炉膛盖(9)密封，主炉体底部铺设耐火砖(21)，所述真空罩(7)上设有真空把手(8)和真空计(10)。
3.如权利要求1或2所述的铝合金真空静置除气熔炼装置，其特征在于：所述主炉体(2)上焊接有真空电极引入机构(3)，所述真空电极引入机构(3)由不锈钢的法兰(25)、O型密封圈(26)和聚四氟乙烯的法兰端盖(24)组成，不锈钢法兰(25)通过不锈钢管(28)焊接到主炉体(2)炉壳上，所述聚四氟乙烯法兰端盖(24)上加工有带沉孔的通孔，带有凸台和螺纹的紫铜电极棒(23)插入通孔，通过螺母紧固，在紫铜电极棒(23)的凸台与聚四氟乙烯法兰端盖(24)的沉孔面上形成密封。
4.如权利要求3所述的铝合金真空静置除气熔炼装置，其特征在于：还包括控制电源(4)，所述控制电源(4)通过真空电极引入机构(3)与主炉体(2)内的加热元件相连。
5.如权利要求1、2或4其中任一项所述的铝合金真空静置除气熔炼装置，其特征在于：所述冷却管(14)呈螺旋状，浸入放有冷却液的冷却槽(19)中。
6.如权利要求1、2或4其中任一项所述的铝合金真空静置除气熔炼装置，其特征在于：所述抽真空泵(18)为机械真空泵。
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