CN103307900A - 一种金属浆料的多转子搅拌处理装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属浆料的多转子搅拌处理装置及其使用方法属于冶金、铸造等金属材料加工领域。装置由容器盖、容器、加热保温层、熔体扰动隔离器、转子、出口、出口阀、进液管、入口阀、加压管、液面监控器、传动齿轮、转轴组成。其中，搅拌转子为圆柱形旋转体，转子的数量可以是多个以增加有效搅拌体积，多个转子在容器内呈对称、紧凑布置并进行相向或同向旋转以制造强紊流。容器内壁轮廓与转子群旋转轮廓相似，以达到对熔体的高效剪切作用。熔体扰动隔离器可以消除搅动引起的液面卷气、卷渣等污染。使用时，液面控制在隔离器上方以稳定液面；关闭出口阀进行熔体批量搅拌处理，打开出口阀则进行熔体浆料连续供料。

Description

一种金属浆料的多转子搅拌处理装置及其使用方法
技术领域
本发明具体涉及一种用于半固态金属浆料的制备或进行大体积金属熔体的强制均匀化连续处理的金属浆料的多转子搅拌处理装置及其使用方法，属于冶金、铸造等金属材料加工领域。
背景技术
在冶金、铸造等金属材料加工领域中，常常需要对金属熔体施加各种搅拌处理(例如半固态金属浆料制备、金属熔体强制均匀化处理等)，以促进合金成份溶解，使熔体的温度、成分均匀化。这种对金属熔体或半固态浆料的剪切搅拌处理能够控制凝固，获得均质细晶的理想凝固组织。目前熟知的金属浆料搅拌处理技术包括电磁搅拌、机械搅拌等，这些装置方法在实际应用中都还不尽完善，主要挑战的问题有如下方面：
(1)需要对浆料形成强大的剪切和紊流效应，以强化处理效果，达到熔体的高度均质均匀化。
(2)应尽量减小装置体积，以便在各种加工成形场合都能得到方便灵活的应用。
(3)需消除因搅拌引起的液面扰动，造成氧化、卷渣、卷气等熔体污染弊端。
(4)搅拌装置的应用应尽量不受限制，能够进行浆料的批次供给、连续供给、大体积熔体供给。
(5)能够进行工业化应用。
发明内容
为了解决和满足以上5个问题与要求，本发明提供了一种金属浆料的多转子搅拌处理装置及其使用方法。
本发明采用的技术方案为：
容器内设置熔体扰动隔离器，在熔体扰动隔离器下方的容器内腔中设置一个至多个转子，每个转子的上端均分别与一个转轴连接，并在相应转轴的上端设置一个传动齿轮；转子群的旋转为各个转轴独立驱动旋转、或由主转轴的传动齿轮驱动其它传动齿轮旋转、或直接由转子间的齿相互啮合来驱动转子群旋转；转子间相对的进行相向或同向旋转；容器下部的底面或侧面分别设有下出口和侧出口；容器上端设置容器盖，并在容器盖上设置伸入熔体扰动隔离器下方的进液管、伸入容器内且位于熔体液面以上的加压管以及液面监控器。
所述转子为绕轴转动的圆柱形旋转体，转子横截面的外缘为齿牙、齿片或混合形，齿端线沿轴向呈平行、螺线形、交错形或混合形，使转子间能够相互交叉啮合，装置的结构就更紧凑且增大了剪切效果。
所述容器的外壁设有加热保温层。
所述容器的内壁上沿转子轴向设置齿状突起，容器内壁轮廓上各点与转子群旋转轮廓相对应的各点间距相等，即容器内壁轮廓与转子群旋转轮廓相似。
所述装置中，与金属熔体发生接触的部件使用铁合金、钛合金、镍合金、钼合金、陶瓷、硅酸铝或石墨制造。
所述下出口和侧出口分别设置出口阀，进液管上设置入口阀。
所述转轴与容器盖的连接处设置轴密封片。
本发明提供的所述金属浆料的多转子搅拌处理装置的使用方法，具体为：
将容器加热到金属处理所需的温度，关闭出口阀，启动转子群旋转，从进液管送金属熔液至高于熔体扰动隔离器所在位置的标准液面，送液过程由液面监控器控制；
搅拌后，打开出口阀并关闭入口阀，同时从加压管加压以增加浆料流出压力，将均匀化金属浆料供给加工设备；
需要进行浆料的连续铸造或大体积浆料的流变成形时，将出口阀保持开放，从进液管连续送液，由液面监控器控制标准液面高度，同时，转子群连续旋转搅拌制浆。
本发明具有以下优点：
(1)多个转子同时搅拌不仅增加了有效搅拌体积，还能对整体金属熔体施加强剪切、高紊流搅拌；容器的内壁轮廓与转子群旋转轮廓相似，容器内壁上也可以有齿状突起，也能达到对熔体整体的高效剪切作用。
(2)装置结构简单紧凑，制造成本低；装置使用方便灵活；
(3)装置配有熔体扰动隔离器可以消除搅动引起的液面卷气卷渣等污染；
(4)可进行浆料的批量或连续供给，可进行大体积金属浆料的制备。
附图说明
图1为所述装置的构造示意图；
图2(a)、图2(b)和图2(c)分别为齿牙型、齿片型以及混合型转子横截面示意图；
图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为螺线形、交错形和混合形齿端线的转子示意图；
图4(a)、图4(b)和图4(c)分别为相邻转子啮合、相切以及相离时的示意图；
图5(a)、图5(b)和图5(c)分别为转子一字形排列、矩形排列以及圆周形排列的示意图(以4个转子为例)。
图中标号：
1-容器盖；2-容器；3-加热保温层；4-熔体扰动隔离器；5-转子；6-侧出口；7-出口阀；8-下出口；9-进液管；10-入口阀；11-加压管；12-液面监控器；13-传动齿轮；14-转轴；15-轴密封片。
具体实施方式
本发明提供了一种金属熔体的多转子搅拌处理装置及其使用方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，容器2内设置熔体扰动隔离器4，在熔体扰动隔离器4下方的容器内腔中设置一个至多个转子5，每个转子5的上端均分别与一个转轴14连接，并在相应转轴14的上端设置一个传动齿轮13；如图4所示，转子群的齿可以相互啮合、相切或相离，以进行相向或同向旋转；容器2下部的底面或侧面分别设有下出口8和侧出口6；容器2上端设置容器盖1，并在容器盖1上设置伸入熔体扰动隔离器4下方的进液管9、伸入容器2内且位于熔体液面以上的加压管11以及液面监控器12。转轴14与容器盖1的连接处设置轴密封片15。容器2的外壁设有加热保温层3，容器内腔壁上沿转子轴向也可以设有齿状突起，容器内壁轮廓与转子群旋转轮廓相似。下出口8和侧出口6上分别设置出口阀7，进液管9上设置入口阀10。
如图2和图3所示，转子5为绕轴转动的圆柱形旋转体，转子横截面的外缘为齿牙、齿片或混合形，齿端线沿轴向呈平行(见图1)、螺线形、交错形或混合形。
如图5所示，多个转子时，转子可以按一字形、矩形、圆周形等方式排列。
所述装置中，与金属熔体发生接触的部件使用铁合金、钛合金、镍合金、钼合金、陶瓷、硅酸铝或石墨制造。
实施例1：用多转子搅拌处理装置制备的AZ91镁合金浆料进行流变压铸成形
使用6个转子群、圆周形布置结构，从加压管通有保护性气体。整个装置与镁合金熔体接触的部分制造材料为铁合金。采用侧出口供料。使用时，先将容器加热到580℃-650℃，关闭出口阀门，启动转子群旋转，从进液管送合金液至高于熔体扰动隔离器所在位置以上的标准液面，过程可由液面监控器控制。搅拌一定时间后，打开出口阀门并从加压管增加气压以增加浆料流出压力，将强制均匀化镁合金浆料供给压铸设备进行压铸。需要流变压铸大体积铸件时，将装置出口保持开放，从进液管连续送液，同时，转子群连续旋转搅拌制造大体积金属浆料。
实施例2：用多转子搅拌处理装置制备的A357铝合金浆料进行流变连续铸锭
使用5个转子群、圆周形布置结构。整个装置与铝合金熔体接触的部分制造材料为钛合金和硅酸铝。使用下出口供料，无需出口阀。使用时，先将容器加热到580℃-660℃，启动转子群旋转，从进液管连续输送合金液至高于熔体扰动隔离器所在位置以上的标准液面，由液面监控器控制标准液面高度。同时，转子群连续旋转搅拌，直接连续生产出铝合金流变铸锭。

Claims (8)

1.一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：容器(2)内设置熔体扰动隔离器(4)，在熔体扰动隔离器(4)下方的容器内腔中设置一个至多个转子(5)，每个转子(5)的上端均分别与一个转轴(14)连接，并在相应转轴(14)的上端设置一个传动齿轮(13)；转子群的旋转为各个转轴(14)独立驱动旋转、或由主转轴的传动齿轮驱动其它传动齿轮旋转、或直接由转子(5)间的齿相互啮合来驱动转子群旋转；转子间相对的进行相向或同向旋转；容器(2)下部的底面或侧面分别设有下出口(8)和侧出口(6)；容器(2)上端设置容器盖(1)，并在容器盖(1)上设置伸入熔体扰动隔离器(4)下方的进液管(9)、伸入容器(2)内且位于熔体液面以上的加压管(11)以及液面监控器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述转子(5)为绕轴转动的圆柱形旋转体，转子横截面的外缘为齿牙、齿片或混合形，齿端线沿轴向呈平行、螺线形、交错形或混合形。
3.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述容器(2)的外壁设有加热保温层(3)。
4.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述容器(2)的内壁上沿转子轴向设置齿状突起，容器内壁轮廓上各点与转子群旋转轮廓相对应的各点间距相等。
5.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述装置中，与金属熔体发生接触的部件使用铁合金、钛合金、镍合金、钼合金、陶瓷、硅酸铝或石墨制造。
6.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述下出口(8)和侧出口(6)上分别设置出口阀(7)，进液管(9)上设置入口阀(10)。
7.根据权利要求1所述的一种金属浆料的多转子搅拌处理装置，其特征在于：所述转轴(14)与容器盖(1)的连接处设置轴密封片(15)。
8.一种权利要求1所述的金属浆料的多转子搅拌处理装置的使用方法，其特征在于：
将容器(2)加热到金属处理所需的温度，关闭出口阀(7)，启动转子群旋转，从进液管(9)送金属熔液至高于熔体扰动隔离器(4)所在位置的标准液面，送液过程由液面监控器(12)控制；
搅拌后，打开出口阀(7)并关闭入口阀(10)，同时从加压管(11)加压以增加浆料流出压力，将强制均匀化处理的金属浆料供给加工设备；
需要进行浆料的连续铸造或大体积浆料的流变成形时，将出口阀(7)保持开放，从进液管(9)连续送液，由液面监控器(12)控制标准液面高度，同时，转子群连续旋转搅拌制浆。
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