CN102586643A - 一种闭孔泡沫铝的半连续生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闭孔泡沫铝的半连续生产线，由复合模具及其连续预热系统、熔体熔制与分配系统、熔体发泡系统与全自动冷却系统构成。所述连续预热系统由复合模具与带移动活动底板的隧道预热窑构成；所述复合模具由上下均无盖板的过渡坩埚与充型模具通过活动连接而组成。所述熔体熔制与分配系统由熔炼炉、真空抬包与中间包构成，所述中间包上部设有可负压吸入增粘剂的搅拌装置、下部设有流口。所述熔体发泡系统由粘度传感器、可负压吸入发泡剂的搅拌装置以及发泡炉所构成。全自动冷却系统由冷却风扇与上部带雾化蓬淋头的冷却管构成。本发明可实现泡沫铝的半连续生产，并降低了劳动强度，还有效保证了产品的性能一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫铝的生产线，特别是涉及一条闭孔泡沫铝的半连续生产线。
背景技术
泡沫铝是一类内部存在大量气泡、且气泡分布在连续金属相中形成孔隙结构的复合材料，它将连续相铝的金属特点和分散相气孔的孔隙特性有机地结合在一体，使得其具有了密度轻、能量吸收性能良好、独特的声学与热学性能以及优异电磁屏蔽等特点，也使得其在建筑、轨道交通、机械制造与航空航天等领域有着巨大的应用潜力，目前大规模工业化生产制备闭孔泡沫铝的方法是熔体发泡法。熔体发泡法具有工艺简单等优点，其制备闭孔泡沫铝工艺的大致流程为：将铝锭熔化后将铝熔体倾倒到一个增粘坩埚，在搅拌的情况下往铝熔体中加入金属钙类增粘剂，当熔体降温到合适粘度后，边搅拌边加入发泡剂，随即将含发泡剂熔体倒入发泡模具、并将发泡模具推入发泡炉，发泡完成后冷却即得到泡沫铝。尽管现有工艺简单，但也存在如下的不足：(1)所得产品性能的一致性难以有效保证。这是因为该工艺存在多次倾倒操作，此过程中的温度、时间等参数一旦控制出现差异就会导致泡沫铝产品的泡体等性能在所难免出现差异。(2)精确操作难度大。如US.pat.3743353所述用TiH2作发泡剂制备泡沫铝时的搅拌发泡时间要求控制在1～2min，但加入了增粘剂与发泡剂的熔体粘度较大导致其流动性差，在倾倒过程中容易出现倾倒困难等问题出现，最终导致不同批次产品的性能差异。(3)只能间断操作，如CN1320710A所述方法改进了国外专利，使得泡沫铝操作难度大为减小，但该方法属于间隙操作；难制备出大规格泡沫铝制品。这里主要的原因依然是倾倒不可能用太长时间，而大尺寸泡沫铝制品所需铝液的量较大、倾倒过程需要较长时间，如果倾倒时间过长，势必导致后面需倾倒铝液的流动性差，且有可能出现凝固的现象；(4)控制不当时，发泡体底部会出现一定厚度的实心体，并且泡沫体中泡体分布不均匀；(5)为了解决间隙式泡沫铝生产成本高的权限，美国专利US.pat6984356B2与中国专利ZL200610032465.0分别描述了一种泡沫铝的连续制备方法与连续发泡装备，尽管这两个专利可实现泡沫铝的低成本连续生产，但难以制备出超大规格的泡沫铝制品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可生产出性能一致性良好、泡体均匀的泡沫铝制品的闭孔泡沫铝的半连续生产线。
为了解决上述技术问题，本发明提供的闭孔泡沫铝的半连续生产线，由复合模具及其连续预热系统、熔体熔制与分配系统、熔体发泡系统与全自动冷却系统构成，所述的复合模具及其连续预热系统由复合模具与带移动活动底板的隧道预热窑构成，所述的隧道预热窑带有一个炉门，所述的移动活动底板为耐火材料捣制而成，且所述的移动活动底板放置在一个可平移与升降的装置上；所述的复合模具由过渡坩埚与充型模具密封对接构成，所述的过渡坩埚的上部带有裙边，所述的第一裙边上有便于挂行车吊钩的圆孔，所述的充型模具的上部带有第二裙边，所述的第二裙边上有便于挂行车吊钩的孔；所述的熔体熔制与分配系统由熔炼炉、真空抬包与中间包构成，所述的熔炼炉的上部还有一个用来插入真空抬包的吸铝管的插孔及用于堵住所述的插孔的第一耐火材料塞子，所述的真空抬包设有吸铝管和出铝口，所述的中间包的下部带有流口及用于塞住所述的流口的塞子，所述的中间包上部还有一个与所述的出铝口对接倾倒滤液的导流孔，所述的导流孔用第二耐火材料塞子堵住；所述的中间包的上部装有可负压吸入增粘剂的搅拌装置，所述的搅拌装置上装有能调整增粘剂供给量与供给速度的调节阀；所述的熔体发泡系统包括入口、可平稳平移的履带、溜槽、粘度传感器、可负压吸入发泡剂的搅拌装置以及发泡炉，所述的粘度传感器装于一个可上下调节的装置上，可负压吸入发泡剂的搅拌装置上装有能调整发泡剂供给量与供给速度的调节阀与吊环，吊环的上方固定有升降装置，所述的发泡炉设有前炉门和后炉门；所述的熔体发泡系统前端的入口与所述的复合模具及其连续预热系统的隧道预热窑的炉门对接，所述的熔体发泡系统的后端的所述的后炉门与所述的全自动冷却系统对接。
所述的过渡坩埚与充型模具的材质为铸铁或铸钢。
所述的过渡坩埚为圆筒状或者椭圆筒状，所述的充型模具的底板上设有凹槽，所述的凹槽的截面形状为上面宽、下面窄的梯形，梯形下部的宽度与所述的过渡坩埚的下部的壁厚相等，梯形上部较其下部宽3-10mm，所述的凹槽的深度为10-20mm，所述的过渡坩埚与充型模具之间填充有浸泡了高温胶的石棉绳和用高温胶与石棉粉所调制的膏状物。
所述的全自动冷却系统由第一冷却风扇、第二冷却风扇与上部带雾化蓬淋头的冷却管构成。
所述的熔炼炉带有第一蓄热室与第二蓄热室，还带有换热器。
采用上述技术方案的闭孔泡沫铝的半连续生产线，生产线用复合模具，全部必须在隧道预热窑中进行充分预热。经预热后的复合模具，全部从发泡系统入口经履带平移进入熔体发泡系统。复合模具，是一个接一个进入生产线，从而达到实现闭孔泡沫铝的半连续生产目的。
本发明的优点与积极效果：
(1)复合模具的这种设计可保证大尺寸泡沫铝的制备，且还可将底部无泡层降低。
(2)避免了倾倒等操作，从而使泡沫铝的生产过程简单可控。
(3)通过调整发泡剂的加入量与在发泡炉中的保温时间，可实现一条生产线上制备出不同不同泡体大小的系列泡沫铝制品。
(4)本发明可以实现泡沫铝的半连续生产，从而可使泡沫铝生产成本降低；另外本发明所述生产线还可有效保证产品性能的一致性。
综上所述，本发明是一种可生产出性能一致性良好、泡体均匀的泡沫铝制品的半连续生产线，该生产线具有机械化程度高的优点。
附图说明
图1是复合模具及其连续预热系统的横断面示意图。
图2是复合模具组合过程示意图。
图3是本发明全自动生产线所包含熔体熔制与分配系统、熔体发泡系统与全自动冷却系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受此限制。
参见图1、图2与图3，本发明所述闭孔泡沫铝的半连续生产线，由复合模具及其连续预热系统、熔体熔制与分配系统、熔体发泡系统与全自动冷却系统构成。连续预热系统由复合模具000与带移动活动底板001的隧道预热窑002构成，隧道预热窑002带有一个可升降的炉门003；移动活动底板001为耐火材料捣制而成，且移动活动底板001放置在一个可平移与升降的装置上。复合模具000由过渡坩埚010与充型模具020构成，过渡坩埚010与充型模具020的材质为铸铁或铸钢中。过渡坩埚010为圆筒状或者椭圆筒状，上部带有第一裙边011，第一裙边011上有便于挂行车吊钩的圆孔012。充型模具020的上部带有第二裙边021，第二裙边021上有便于挂行车吊钩的孔022，充型模具020的底板上设计有凹槽023，凹槽023的截面形状为上面宽、下面窄的梯形，梯形下部的宽度与过渡坩埚010下部的壁厚相等，梯形上部较其下部宽3-10mm，凹槽023的深度为10-20mm。复合模具组合时，先将浸泡了高温胶的石棉绳置于充型模具020底板上的凹槽023中，然后将过渡坩埚010吊入、使过渡坩埚010的底部嵌入凹槽023，随后，用高温胶与石棉粉所调制的膏状物将过渡坩埚010与充型模具020相接处填充满。熔体熔制与分配系统由熔炼炉100、真空抬包110与中间包120构成。熔炼炉100带有第一蓄热室101与第二蓄热室102，还带有换热器103；熔炼炉100上部还有一个用来插入真空抬包110的吸铝管111的插孔104，在正常熔炼时，插孔104用第一耐火材料塞子105堵住。真空抬包110的作用是将熔炼炉100中铝液转移到中间包120，真空抬包110设有吸铝管111和出铝口112，中间包120的下部带有流口121，中间包120正常保温时流口由塞子122塞住；中间包120上部还有一个与出铝口112对接倾倒滤液的导流孔123，导流孔123在中间包120正常保温时用第二耐火材料塞子124堵住。中间包120的上部还装有可负压吸入增粘剂的搅拌装置125，搅拌装置125上装有能调整增粘剂供给量与供给速度的调节阀126。熔体发泡系统包括入口200、可平稳平移的履带400、溜槽201、粘度传感器202、可负压吸入发泡剂的搅拌装置204以及发泡炉208。粘度传感器202装于一个可上下调节的装置203上，通过摇动装置203上的摇柄可实现粘度传感器202的上下移动；可负压吸入发泡剂的搅拌装置204上装有能调整发泡剂供给量与供给速度的调节阀205与吊环206，吊环206的上方固定有升降装置207，发泡炉208设有前炉门209和后炉门210，熔体发泡系统前端的入口200与复合模具及其连续预热系统的隧道预热窑002的炉门(003)对接，熔体发泡系统的后端的后炉门210与所述的全自动冷却系统对接；全自动冷却系统由第一冷却风扇301、第二冷却风扇303与上部带雾化蓬淋头302的冷却管构成。生产线用复合模具000，全部必须在隧道预热窑002中进行充分预热；且经预热后的复合模具000，全部从发泡系统入口200经履带400平移进入熔体发泡系统；另外，复合模具000，是一个接一个进入生产线，从而达到实现闭孔泡沫铝的半连续生产目的。
下面结合附图与实施例对本发明的使用进行说明。
实施例1，以纯铝为原料来制备闭孔泡沫铝的半连续生产工艺。
本实施例用金属钙为增粘剂，氢化钛为发泡剂。
本实施例的具体实施包括如下步骤：
第1步，组装复合模具000多个。首先将浸泡了高温胶的石棉绳置于充型模具020底板上的凹槽023中，然后将过渡坩埚010吊入、使过渡坩埚010的底部嵌入凹槽023，随后，用高温胶与石棉粉所调制的膏状物将过渡坩埚010与充型模具020相接处填充满，即得到复合模具000；
第2步，对复合模具000、真空抬包110、中间包120与发泡炉208进行预热，它们的预热温度分别为680℃、900℃、900℃、650℃，预热温度允许有±10℃的偏差；
第3步，将纯铝锭加入熔炼炉100熔化，熔化温度为850℃，并在该温度下对熔体进行保温，熔化与保温温度允许有±10℃的偏差；
第4步，用真空抬包110将熔炼炉100中熔体转入中间包120，中间包温度控制在850℃～900℃；并在搅拌的情况下，加入转入中间包120熔体质量1％的金属钙，加入时必须在1000rpm的转速下对熔体实施搅拌；
第5步，启动移动活动底板001下的移动装置，将预热后复合模具000按顺序平移到发泡系统的入口200外；然后启动履带400，使复合模具000到达位置A处；
第6步：打开塞子122使含增粘剂的熔体流入复合模具000的过渡坩埚010中，并放下粘度传感器202，当过渡坩埚010中熔体粘度达到120cp后，启动履带400使复合模具000到达位置B处；
第7步：放下可负压吸入发泡剂的搅拌装置204，并在1500rpm的搅拌强度下往熔体中加入发泡剂，发泡剂加入量为过渡坩埚010中熔体质量的1.0％。待发泡剂加入完毕后，继续在1500～2500rpm的搅拌强度下搅拌熔体3min；然后，用升降装置207将过渡坩埚010从复合模具000中吊出，实现过渡坩埚010与充型模具020的分离，并完成过渡坩埚010中熔体全部流入充型模具020中；
第8步，打开发泡炉208的前炉门209，启动履带400使充型模具020进入发泡炉208中，并使其在发泡炉208中保温3min；
第9步，打开发泡炉208的后炉门210，启动履带400使充型模具020进入全自动冷却系统，并启动第一冷却风扇301和第一冷却风扇303，同时打开雾化蓬淋头302，充型模具020在全自动冷却系统中的冷却时间为20min；
第10步，待充型模具020冷却完毕后，将其吊开，即顺序得到泡沫铝坯锭，最终完成泡沫铝的半连续生产。
通过本实施例工艺可以获得泡体均匀，密度在0.5～0.6g/cm3的纯铝泡沫。
实施例2，以ZL102为原料来制备闭孔泡沫铝的半连续生产工艺。
本实施例用金属钙为增粘剂，氢化钛为发泡剂。
本实施例的具体实施与实施例1基本相同，所不同的是下面几个工艺参数。
①、复合模具000、真空抬包110、中间包120与发泡炉208的预热温度分别为650℃、900℃、900℃、620℃，预热温度允许有±10℃的偏差。
②、ZL102铝锭在熔炼炉100熔化中熔化温度为780，并在该温度下对熔体进行保温，熔化与保温温度允许有±10℃的偏差。
③、本实施例的增粘剂钙加入量为3％，发泡剂加入量为1.5％，发泡剂加入完毕后继续搅拌的时间7min；充型模具020在发泡炉208的保温时间为6min。
通过本实施例工艺，可实现材质为ZL102的泡沫铝半连续生产，所获材料泡体均匀，密度在0.3～0.4g/cm3。
实施例3，以粉煤灰为增粘剂来制备闭孔泡沫铝的半连续生产工艺。
本实施例用粉煤灰为增粘剂，氢化锆为发泡剂，纯铝为生产原料。
本实施例的具体实施与实施例1基本相同，与实施例1的主要差异如下：
①、真空抬包110与中间包120的预热温度同为780℃，预热温度允许有±10℃偏差。
②、纯铝锭在熔炼炉100熔化中熔化温度为800，并在该温度下对熔体进行保温，熔化与保温温度允许有±10℃的偏差。
③、本实施例的增粘剂粉煤灰加入量为5％；本实施例进行到“第6步”时，必须在不断搅拌的情况下才可打开塞子122使含增粘剂的熔体流入复合模具000的过渡坩埚010。另外，当过渡坩埚010中熔体粘度达到60cp后，即启动履带400使复合模具000到达位置B处。
通过本实施例工艺，可实现纯铝泡沫铝的半连续生产，所获材料泡体均匀，密度在0.6～0.7g/cm3。
实施例4，以粉煤灰为增粘剂，ZL102为原料来制备闭孔泡沫铝的半连续生产工艺。
本实施例用粉煤灰为增粘剂，氢化锆为发泡剂，ZL102为原料。
本实施例的具体实施与实施例1基本相同，与实施例1的主要差异如下：
①、真空抬包110与中间包120的预热温度同为720，发泡炉的温度为620，预热温度允许有±10℃偏差。
②、纯铝锭在熔炼炉100熔化中熔化温度为720，并在该温度下对熔体进行保温，熔化与保温温度允许有±10℃的偏差。
③、本实施例的增粘剂粉煤灰加入量为5％；本实施例进行到“第6步”时，必须在不断搅拌的情况下才可打开塞子122使含增粘剂的熔体流入复合模具000的过渡坩埚010。另外，当过渡坩埚010中熔体粘度达到120cp后，即启动履带400使复合模具000到达位置B处。
④、本实施例的发泡剂加入量为1.5％，发泡剂加入完毕后在1500～2500rpm的搅拌强度下的搅拌时间3min；充型模具020在发泡炉208的保温时间为6min。
⑤、充型模具020在发泡炉208的保温时间为6min。
通过本实施例工艺，可实现ZL102的泡沫铝半连续生产，所获材料泡体均匀，密度在0.5～0.7g/cm3。
Claims (5)
1.一种闭孔泡沫铝的半连续生产线，由复合模具及其连续预热系统、熔体熔制与分配系统、熔体发泡系统与全自动冷却系统构成，其特征在于：所述的复合模具及其连续预热系统由复合模具(000)与带移动活动底板(001)的隧道预热窑(002)构成，所述的隧道预热窑(002)带有一个炉门(003)，所述的移动活动底板(001)为耐火材料捣制而成，且所述的移动活动底板(001)放置在一个可平移与升降的装置上；所述的复合模具(000)由过渡坩埚(010)与充型模具(020)密封对接构成，所述的过渡坩埚(010)的上部带有第一裙边(011)，所述的第一裙边(011)上有便于挂行车吊钩的圆孔(012)，所述的充型模具(020)的上部带有第二裙边(021)，所述的第二裙边(021)上有便于挂行车吊钩的孔(022)；所述的熔体熔制与分配系统由熔炼炉(100)、真空抬包(110)与中间包(120)构成，所述的熔炼炉(100)的上部还有一个用来插入所述的真空抬包(110)的吸铝管(111)的插孔(104)及用于堵住所述的插孔(104)的第一耐火材料塞子(105)，所述的真空抬包(110)设有吸铝管(111)和出铝口(112)，所述的中间包(120)的下部带有流口(121)及用于塞住所述的流口(121)的塞子(122)，所述的中间包(120)上部还有一个与所述的出铝口(112)对接倾倒滤液的导流孔(123)，所述的导流孔(123)用第二耐火材料塞子(124)堵住；所述的中间包(120)的上部装有可负压吸入增粘剂的搅拌装置(125)，所述的搅拌装置(125)上装有能调整增粘剂供给量与供给速度的调节阀(126)；所述的熔体发泡系统包括入口(200)、可平稳平移的履带(400)、溜槽(201)、粘度传感器(202)、可负压吸入发泡剂的搅拌装置(204)以及发泡炉(208)，所述的粘度传感器(202)装于一个可上下调节的装置(203)上，可负压吸入发泡剂的搅拌装置(204)上装有能调整发泡剂供给量与供给速度的调节阀(205)与吊环(206)，吊环的上方固定有升降装置(207)，所述的发泡炉(208)设有前炉门(209)和后炉门(210)；所述的熔体发泡系统前端的入口(200)与所述的复合模具及其连续预热系统的隧道预热窑(002)的炉门(003)对接，所述的熔体发泡系统的后端的所述的后炉门(210)与所述的全自动冷却系统对接。
2.根据权利要求1所述的闭孔泡沫铝的半连续生产线，其特征在于：所述的过渡坩埚(010)与充型模具(020)的材质为铸铁或铸钢。
3.根据权利要求1或2所述的闭孔泡沫铝的半连续生产线，其特征在于：所述的过渡坩埚(010)为圆筒状或者椭圆筒状，所述的充型模具(020)的底板上设有凹槽(023)，所述的凹槽(023)的截面形状为上面宽、下面窄的梯形，梯形下部的宽度与所述的过渡坩埚(010)的下部的壁厚相等，梯形上部较其下部宽3-10mm，所述的凹槽(023)的深度为10-20mm，所述的过渡坩埚(010)与充型模具(020)之间填充有浸泡了高温胶的石棉绳和用高温胶与石棉粉所调制的膏状物。
4.根据权利要求1或2所述的闭孔泡沫铝的半连续生产线，其特征在于：所述的全自动冷却系统由第一冷却风扇(301)、第二冷却风扇(303)与上部带雾化蓬淋头(302)的冷却管构成。
5.根据权利要求1或2所述的闭孔泡沫铝的半连续生产线，其特征在于：所述的熔炼炉(100)带有第一蓄热室(101)与第二蓄热室(102)，还带有换热器(103)。
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