CN103582712A - 熔剂注射组件和方法 - Google Patents

Abstract

一种熔剂注射器装置和方法，适于将预定量的熔剂分布至熔融铝的相关联熔池。熔剂注射器装置包括适于在压力下存储并供给熔剂的加压罐。进给机构用于将预定量的熔剂排出至出口，控制器用于监控并操作装置。进给机构包括具有限定具有入口和出口的腔体的内壁的壳体。进给轮定位在腔体内并用于从入口接收预定量的熔剂、在腔体内传送熔剂并通过加压罐的出口排出预定量的熔剂。

Description

熔剂注射组件和方法

背景技术

本示例性实施例涉及一种将精制剂引入熔融金属的装置和方法。发现了与将预定量的氯化物熔剂（flux）引入熔融的铝的槽的系统一起的特定应用，并特别参照其进行描述。然而，要理解的是，本示例性实施例也符合其他类似应用。

已知熔融金属（比如铝）包括对特定合金的固化有副作用的高水平的氧化物和/或氮化物碎片。熔融或液化形式的铝还引起熔融铝内的氢气的形成和吸收。氢气在固化铝合金期间随孔隙度（porosity）逐步形成且不利于固态合金的机械性能。脱气是降低氢气造成的孔隙度的有效方法。

脱气的一个实例涉及将惰性气体（比如氩气或氮气）与活性气体（比如氯气或高效氟化硫（sulfur hepa-fluoride））的混合物引入熔融铝以收集氢气并给固体杂质脱水。气体混合物浮出具有氢气和氧化物杂质的表面。

然而，这些材料都是高度有毒的并且可导致有害的排出衍生产品（bi-product）。这些气体的不正当使用会产生环境问题。相应地，存在有效的政府监管。适当的存储、运输并使用这些气体因其有害作用及相关联联邦法规而变得难以负担且成本昂贵。

熔融铝还可以进行熔剂脱气处理。熔剂脱气是经由载运气体（carriergas，或气体载体）（比如氮气或氩气）将粉状或粒状盐混合物（比如氯化物和/或氟化物）引入熔融铝的过程。可以利用旋转脱气装置引入盐熔剂。示例性旋转装置包括中空轴，其附接至转子，转子插入熔融铝的熔池中并旋转使得盐熔剂沿中空轴向下行进并通过转子中的孔口分散在熔融铝内。

还需要提供一种有效且安全处理将预定量的脱气熔剂注入熔融金属的装置和方法。

发明内容

在一个实施例中，本公开涉及一种适于将预定量的熔剂分布至熔融铝的相关联熔池的熔剂注射器装置。熔剂注射器装置包括适于在压力下存储并供给熔剂的加压罐。进给机构用于将预定量的熔剂排出至加压罐的出口以及控制器用于监控并操作装置。进给机构包括具有限定具有入口和出口的腔体的内壁的壳体。进给轮定位在腔体内并用于从入口接收预定量的熔剂、在腔体内传送熔剂并通过加压罐的出口排出预定量的熔剂。

在另一实施例中，提供了一种将预定量的熔剂分布至熔融铝的相关联熔池的方法。所述方法包括将连续量的熔剂提供给进给机构的入口。通过进给机构中的进给轮的至少一个凹口接收预定量的熔剂。将熔剂传送至进给机构的出口。将惰性气体与预定量的熔剂混合并将熔剂和惰性气体的混合物引入熔融铝的熔池。

根据本发明的进一步实施例，提供了一种将熔剂分布至熔融金属的熔池的熔剂注射器装置。组件包括加压罐内的进给机构。罐适于存储熔剂并将熔剂引入进给机构的入口。进给机构包括位于具有入口和出口的壳体的腔体内的进给轮。进给轮包括与入口和出口选择性旋转对齐的用于通过入口接收预定量的熔剂并通过出口排出熔剂的多个凹口。进给机构的入口具有位于前缘用于防止阻塞的底切部分。进给机构的出口与加压罐的出口对齐并适于被引入到熔融金属的相关联熔池。

本公开的一个优点是用于熔剂注射器装置以将精确量的熔剂提供给熔融铝的熔池的组件和方法。本发明的另一个优点是安全存储并测量熔剂以防止提供给熔融铝的熔池的熔剂溢出的组件和方法。组件还防止熔剂溢出以及环境污染。本公开的又一优点是在隔离加压罐时维持加压气体流至中空轴的机构。

附图说明

图1是根据本公开的熔剂注射器组件的透视图；

图2是熔剂注射器组件的横截面侧视图；

图3是熔剂注射器组件的放大横截面侧视图；

图4是根据本公开的熔剂注射器组件的进给机构的透视图；

图5是熔剂注射器组件的进给机构的分解透视图；

图6是熔剂注射器组件的进给机构的壳体的前视图；

图7是熔剂注射器组件的进给机构的壳体的透视图；

图8是熔剂注射器组件的进给机构的进给轮的透视图。

具体实施方式

要理解的是，详图仅用于说明示例性实施例且不旨在限制。另外，要了解的是，附图没有按比例绘制且为了清晰和易于说明的目的某些元件的部分可以被放大。

参照图1，熔剂注射器组件10由结构基底12支撑，该结构基底12将熔剂注射器组件10保持在直立位置。如本文所使用的术语“熔剂（flux）”用于指的是粒状颗粒。示例性颗粒尺寸在大约1mm至大约3mm的范围内。熔剂注射器组件10包括与隔离机构18连通的加压罐14。在一个实施例中，隔离机构18固定在结构基底12上并配置为使罐14与流至旋转装置（未示出）的中空轴的独立直接惰性气体流分离。而且，机构18包括用于控制罐14内的压力并防止熔融液体回流进入中空轴的气动阀。

压力罐是通常密封的具有圆柱体20的箱体，圆柱体具有在第一端26和与第一端26相对设置的第二端28处经由固定罩24封闭的开口部22。在一个实施例中，开口部22配置为接收熔剂并包括防止异物或熔剂块进入罐14的隔板。加压罐14适于在控制压力下存储一定量的熔剂。控制器30（比如基于可编程逻辑控制器（PLC）的电气控制面板）设置在外壳32中。在一个实施例中，控制器30安装在结构基底12上。然而，控制器30可以设置在远离结构基底12的位置。

加压罐14可以在圆柱体20上设置有至少一个观察窗34以便对组件10的内部操作进行视觉检查。更具体地，观察窗34允许用户检查其中的熔剂的流动并识别罐14内的正常工作的部件。在一个实施例中，加压罐14设计为以小于十五（15）磅/平方英寸（表压）（psig）的阈值压力操作。在另一实施例中，加压罐14在二（2）psig和十（10）psig之间的工作压力下操作。压力罐14包括防止不必要程度的加压的冗余压力安全阀36。还设置有罐排泄口38以放空或清理组件10。在一个实施例中，罐用粉末涂敷材料构建而成以防止由于熔剂和其他化学品反应导致的腐蚀和堵塞。

参照图2，罐14包括定位在加压罐14内与存储罐50连通的进给机构40。进给机构40操作成在喂入入口42从存储罐50接收熔剂并从喂入出口44排出预定量的熔剂。喂入出口44在收集器46上方与其间隔开，收集器靠近加压罐14的第二端28定位以从喂入出口44接收预定量的熔剂。收集器46以密封方式与管道48连接以允许将熔剂从罐14传送至定位在结构基底12上的隔离机构18。

存储罐50在加压罐14的第一端26靠近开口部22设置在加压罐14内，使得可以通过开口部22提供额外的熔剂。罩24设置在开口部22处以提供密封配合以防止湿气累积在罐14内并防止过量的熔剂和与要释放的熔剂相关联的烟雾在存储罐50内。在一个实施例中，存储罐50包括抵靠罐14的内壁54的锥形形状的基底52。存储罐50由第一端26和锥形形状的基底52之间的内壁54内的区域限定。锥形形状的基底52配置为允许熔剂累积在基底孔口56处，该基底孔口56与进给机构40的喂入入口42连通。存储罐50可以包括与加压罐14的下部分57流体连通的平衡管55以允许压力平衡，同时防止不必要的熔剂传输。在一个实施例中，存储罐50适于容纳大约100磅（45.36千克）的熔剂。

至少一个观察窗34允许用户在进给机构40在加压罐14内工作时查看进给机构。另外，软管16a和16b适于连接在隔离机构18和气体/气动控制器（未示出）之间。软管16a为惰性气体流的气体旁通管路，其中软管16b是用于致动隔离机构18中的阀的气动控制供应管路。控制器30配置为控制罐14内的压力水平并识别并分程传递警报信号或可听见的声音以指示罐14的过压状况。过压警报信号可以显示存在轴从隔离机构18的下游（尤其是管道48中）堵塞于系统中的情况。

控制器30适于监控并操作熔剂注射器组件10。控制器30可以操纵进给机构40、隔离机构18并调节加压罐14内的压力水平。控制器30操纵进给机构40以将预定量的熔剂从入口42提供至出口44并且本文将进行更全面的描述。第一光学传感器58设置在基底孔口56附近以监控存储罐50中的熔剂水平。光学传感器58向控制器30发送指示罐50内的熔剂水平的信号。任选地，第二光学传感器59可以靠近进给机构40的喂入出口44设置以与控制器30通信以体现熔剂正通过喂入出口44传输。

参照图3-8，尤其是在图6中，进给机构40包括具有限定与喂入入口42和喂入出口44连通的腔体64的内壁62的壳体60。壳体60的内壁62一般为圆形且适于接收进给轮70。在一个实施例中，壳体60的喂入入口42由具有螺纹外表面68的细长中空颈部66限定。颈部66经由耦接适配器53固定在存储罐50的基底孔口56（参见图2和图3）上以在壳体60的接收区域65接收熔剂。接收区域65包括倾斜以使熔剂集中通过传送口67到进给轮70的倾斜表面。传送口67在与入口42的陡峭凸出部分71相对的前缘处具有底切部分69。底切部分69和陡峭凸出部分71配置为防止熔剂累积在存储罐52和壳体60之间。在一个实施例中，传送口67包括在入口42附近的大致椭圆形周边，该周边沿底切部分69向外扩展，靠近进给轮64具有大致圆形的表面。

进给轮70定位在腔体64内并且能够在方向R上沿中心旋转轴82利用与电机90连接的转子80进行旋转（参见图3和图5）。进给轮70通过传送口67从入口42接收预定量的熔剂。在一个实施例中（图6到8），多个凹口72定位在进给轮70的径向周壁74周围。作为一个实例，每个凹口72可以具有适于接收并传递大约十分之一（1/10）克熔剂的体积。多个凹口72与传送口67旋转对齐，使得当进给轮70在壳体60内旋转时在每个凹口72处接收测量的或预定量的熔剂。进给轮70在进给轮70的径向周壁74和壳体60的内壁62之间配置有精公差，以便除了由凹口72运输时之外防止熔剂进入腔体64。当进给轮70旋转时，在凹口72处接收熔剂，以便陡峭凸出部分71用以限制每个凹口72内接收的熔剂。在一个实施例中，陡峭凸出部分71具有距进给轮的间隙尺寸（clearance dimension），该间隙尺寸小于0.05英寸（1.27mm）。在另一实施例中，间隙尺寸在0.01英寸（0.25mm）和0.02英寸（0.51mm）之间，以便优选的间隙尺寸大约为0.016英寸（0.4mm）。控制器30配置为操纵电机90以按控制的旋转速率来旋转进给轮70，使得通过出口44从壳体60排出的熔剂的量是已知且受控制的。

参照图8，进给轮70从喂入入口42接收多个凹口72中的熔剂并通过喂入出口44排出预定量的熔剂。进给轮70在径向周壁74处设置有第一轴承76和第二轴承78以帮助进给轮70在壳体60的腔体64内的旋转运动。第一和第二轴承76、78可以由摩擦轴承材料制成，该摩擦轴承材料紧密地与内壁62对齐并适于在进给轮70在壳体60内旋转时防止摩擦磨损。

进一步参照图4和图5，喂入电机90支撑在加压罐12内。第一支撑托架92沿中心旋转轴介于壳体60和电机90之间。第一支撑托架92包括与转子80对齐且适于支撑其中的旋转运动的开口部。第一支撑托架具有可用于沿旋转轴82坚固地附接至电机90并将电机90支撑在位的一组电机紧固件84。进给轮70利用键结构附接至转子80以防止旋转滑移。第一轴轴承81和第二轴轴承83沿转子80定位在进给轮70的任一侧，用于固定的连接。具有大致U形的第二托架94附接至壳体60并配置为能轻松拆除以允许访问进给机构40。第二托架94包括与喂入出口44对齐的开口88以及从第二托架94的臂向外延伸的至少一个支撑杆96。支撑杆96附接至沿旋转轴线82定位的喂入器壳体60。任选地，第二托架94可以包括臂98的内部处的沿壳体60与凹部63对齐的凸起99。凸起99适于配合在凹部63中并沿旋转轴线82与加压罐14内的壳体对齐。将盖95固定在壳体60上以沿中心旋转轴线82将进给轮70保持在腔体64内。壳体60通过一组壳体紧固件86附接至盖95和第一托架92。

在一个实施例中，控制器30编程为向熔融铝的熔池提供阈值量的熔剂。电机90以控制的旋转速率使进给轮70旋转，使得精确量的熔剂从出口44排出并通过收集器46传递至隔离机构18。进给轮70每分钟的转数可由控制器30标度（scalable），以便进给轮70旋转速度的变化改变通过出口44注射或排出的熔剂的量。在一个实施例中，进给轮70设置有十个（10个）凹口72，以便每个凹口72适于保持十分之一（1/10）克的熔剂。进给轮70的每次全程旋转可排出一（1）克熔剂。任选地，每个凹口72的体积可以配置为包括或多或少的熔剂。进一步地，可以在进给轮70的周围设置任意数量的凹口72。控制器30和进给机构40配置安全地传送小于或等于由控制器30确定的编程或阈值量的熔剂量。尤其是，当凹口72旋转通过入口42的传送口67时，每个凹口72中接收的熔剂的量可以小于但不大于每个凹口72的体积。该特征防止排出比所期望的熔剂多的熔剂。

在一个实施例中，电机90包括齿轮减速器，以便转子80的一次旋转大约等于进给轮70的部分旋转。进给轮70的部分旋转可以适于大约等于单个凹口72保持熔剂以穿过喂入出口44并从单个凹口72排出熔剂的旋转距离。电机90可以向控制器提供信号以指示穿过喂入出口44的每个凹口72。另外，电机90可以是步进电机类型，具有小额定功率（fractionalhorsepower rating，）以便以控制器30控制的旋转速率驱动或旋转转子80和进给轮70。

在一个实施例中，惰性气体（比如氩气或氮气）在隔离机构18处与预定量的熔剂混合。可替代地，惰性气体可以在例如收集器46处与加压罐14内的预定量的熔剂混合。隔离机构18配置为在压力下与管的系统（未示出）连通以将熔剂/气体混合物引入熔融铝的熔池。熔剂注射器组件10的隔离机构18可以适于将如由惰性气体携带的熔剂排出至铝熔池内的中空转子（未示出）中。中空转子附接至叶轮，以便转子的旋转通过叶轮内的多个孔口或翅片将熔剂分布到熔融铝中。该方法有效给熔融铝脱气，以便从熔融铝中减少氢气和其他杂质。在一个实施例中，该方法使氢气增加量上升至熔融铝的最高水平，其中氢气释放到大气中或燃烧。隔离机构18很容易与管的系统和中空转子分离并连接，以便隔离机构18和罐14内的压力控制尤其是在初始连接到管的系统期间适于防止熔融材料回流进入加压中空轴（未示出）和连接管道。

根据本发明的又一实施例，提供了一种将熔剂分布至熔融金属的熔池的熔剂注射器装置。熔剂材料可以包括氯化镁和氯化钾的混合物。熔剂呈粉状或颗粒状形式，具有1mm到3mm的颗粒尺寸。将熔剂注射器控制为以在2克/分和25克/分之间的速率排出熔剂。熔剂与惰性气体（比如氩气）以20标准立方英尺每小时（scfh）和200scfh的流速混合。

控制器30配置为调节压力、计量熔剂并监控进入注射系统的熔剂的量。控制器30可以传输警报信号或可听见的声音以识别第一或第二光学传感器58，59是否已经与控制器30通信，识别熔剂流动已经停止。控制器30可以指示加压罐14内剩余的熔剂的水平且包括用于感测并指示罐14内的压力的压力表并报警以识别低压水平或高压水平。尤其是，高压水平信号可以指示与隔离机构18通信的管的系统和中空转子（未示出）内存在熔融回流或其他阻塞。另外，有利于在常见加压罐14中组装具有进给机构40的存储罐50以允许沿不包括压差的界面对熔剂进行计量的受控分布。没有压差界面的熔剂的计量降低了对密封和加压传送设备的需求，由此降低了成本并增加了熔剂注射器组件10的操作的连贯性。

已经参照优选实施例描述示例性实施例。显然，在阅读和理解前述详细描述之后将产生其他修改和改变。示例性实施例旨在被解释成包括所有这些修改和改变，只要其在所附权利要求或其等同内容的范围之内即可。

Claims (20)

1.一种熔剂注射器装置，所述装置适于将预定量的熔剂分布至熔融铝的相关联熔池，所述装置包括：

容纳熔剂的罐；

用于将预定量的熔剂排出至出口的进给机构；以及

控制器。

2.根据权利要求1所述的熔剂注射器，其中，所述进给机构进一步包括：

壳体，具有限定具有入口和出口的腔体的内壁；以及

进给轮，位于所述腔体内并用于从所述入口接收预定量的熔剂、在所述腔体内传送所述熔剂并通过所述出口排出所述预定量的熔剂。

3.根据权利要求2所述的熔剂注射器，其中，所述进给机构的所述壳体包括位于所述入口的前缘处的用于防止阻塞的底切部分。

4.根据权利要求2所述的熔剂注射器，其中，所述进给轮以小于0.05英寸的间隙与所述壳体的内壁相关联。

5.根据权利要求2所述的熔剂注射器，其中，所述进给轮进一步包括与所述入口和所述出口选择性旋转对齐并用于接收和传送所述预定量的熔剂的多个凹口。

6.根据权利要求5所述的熔剂注射器，其中，所述预定量的熔剂大约为十分之一（1/10）克。

7.根据权利要求5所述的熔剂注射器，其中，所述控制器使所述进给轮以控制速率在所述壳体的所述腔体内旋转以将所述预定量的熔剂从所述入口传递至所述出口。

8.根据权利要求1所述的熔剂注射器，其中，惰性气体存储在加压罐中并频繁与预定量的熔剂混合。

9.根据权利要求1所述的熔剂注射器，其中，所述控制器监控所述罐中的压力、所述罐中的熔剂水平以及所述进给机构的状态。

10.根据权利要求9所述的熔剂注射器，其中，至少为所述出口或所述入口设置光学传感器以监控所述熔剂的流量。

11.根据权利要求1所述的熔剂注射器，其中，存储结构和进给机构容纳在加压罐内。

12.一种将预定量的熔剂引入熔融铝的熔池中的方法，所述方法包括：

将熔剂提供给进给机构的入口；

在所述进给机构中的进给轮的凹口处接收预定量的熔剂；

将所述熔剂传送至所述进给机构的出口；

将惰性气体与所述熔剂混合；以及

将熔剂和惰性气体的混合物引入熔融铝的熔池中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，传送熔剂的步骤包括：以受控的旋转量旋转所述进给轮，使得引入所述熔融铝的熔剂的量小于预定阈值量。

14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括监控在所述进给机构的所述入口处提供的熔剂的量。

15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括监控与所述惰性气体混合的熔剂的量。

16.一种熔剂注射器装置，用于将熔剂分布至熔融铝的相关联熔池中，所述装置包括：适于容纳所述熔剂的加压罐；监控器，确定所述罐内的压力，所述监控器与适于增加和降低所述压力的控制器通信；靠近所述罐的出口的进给轮，所述进给轮接收选定量的所述熔剂并贯穿所述出口排出所述熔剂。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述罐被加压到约2psig到10psig之间。

18.根据权利要求16所述的装置，进一步包括允许检查所述罐内的熔剂的流量的窗口。

19.根据权利要求16所述的装置，其中，所述进给轮包括多个熔剂接收凹口。

20.根据权利要求16所述的装置，其中，步进电机驱动所述进给轮。

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