CN103993189B - 一种镁合金熔体精炼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁合金熔体精炼装置，主要包括高强声空化系统、熔剂定量供应系统、惰性气体供应系统和熔体保温系统四部分组成。

Description

一种镁合金熔体精炼装置
技术领域
本发明属于金属材料及冶金技术领域，具体涉及一种镁合金熔体精炼装置。
背景技术
镁合金由于具有密度小、比强度和比刚度高，良好的减震性能、散热性能、阻尼性能、电磁屏蔽能力和充型流动性以及易于回收再利用等一系列优点而在汽车、通讯设备和电子行业中具有广泛的应用前景。但是由于镁合金化学性质及其活泼，镁与氧的亲和力大大高于铝与氧的亲和力，在镁合金熔炼过程中极易与氧、氮、水蒸气发生化学反应，产生大量的夹杂物，镁熔炼时夹杂物的含量高达铝合金的约20倍以上。另外，由于氢在镁合金熔体中有很大的溶解度，氢在镁熔体中的溶解度比在铝熔体中大两个数量级，而且其凝固过程中氢的溶解度变化巨大。另外，与铝合金中氢为游离状态不同，镁合金中氢与基体还存在MgH2化合物。正是由于镁合金熔炼时熔体中夹杂物和氢含量较高这一特点不仅使镁合金凝固后组织疏松严重，而且严重影响了镁合金的力学性能、塑性变形能力和耐蚀性能，大大降低了成材率。因此，镁合金熔炼过程中必须采取有效措施控制熔体品质才能进而提高产品质量。
由于镁合金熔体中夹杂物密度与镁熔体密度相当，夹杂物大多悬浮在镁熔体中，去除其夹杂非常困难。另外，镁合金中氢含量远远大于在其他金属熔体的含量。因此，镁合金熔体中夹杂物和氢去除难度比钢铁、铝等其他金属熔体大的多。目前，工业上熔炼镁合金时主要采用熔剂精炼法、过滤器过滤法和吹气体法等处理手段来实现净化，但基本都是手工或利用简单工具进行操作，这样采用熔剂精炼时使用的熔剂量比较大，污染也比较大，易产生熔剂夹杂；采用吹气法时气体使用量较大成本高。吹气法生成的气泡尺寸较大，上浮速度也较快，需要较长的除气时间，在熔体中各个区域分布也不均匀且不能与全部熔体充分接触，除气效率低；采用过滤法时过滤器易于与化学性质活泼的镁熔体发生反应，不能长时间使用。因此，基于上述状况，有必要开发一种高效的镁合金熔体复合净化装置来大幅度提高镁合金熔体的质量。
发明内容
针对现有装置存在的问题，本发明提供一种镁合金熔体精炼装置，该装置结构简单，操作容易，精炼效率高，精炼时间短，污染小，实现镁合金熔炼与除渣除气一体化设计。
为了达到上述目的，本发明提供的一种镁合金熔体精炼装置，包括高强声空化系统、熔剂定量供应系统、惰性气体供应系统和熔体保温系统四部分组成。
所述高强声空化系统由高强声空化发生器7、高强声空化换能器、中空工具杆6、工具头22组成。高强声空化发生器7通过电线8与由线圈3和磁致伸缩体9组成的高强声空化换能器连接，高强声空化换能器外部安装一个冷却高强声空化换能器的水箱23，水箱上有一进水管11和出水管13，高强声空化换能器与中空工具杆6相连，中空工具杆6下部连接工具头22，在处理熔体时安装工具头22的中空工具杆6需要插入保温容器24里的金属熔体25中；熔剂定量供应系统包括装有熔剂14的具有防潮功能的漏斗形熔剂储存器(10)和其下方连接的熔剂定量给定控制装置12，其中熔剂定量给定控制装置12须连接到中空工具杆6与供气系统相连接的管道26上；惰性气体供应系统包括惰性气体发生装置20、减压阀19、装有干燥剂17的惰性气体干燥装置16和控制气体流量的流量计15，相关装置需要管道进行连接；熔体保温系统包括测温电偶5、保温容器24、加热体21和温控柜1，其中温控柜1用电缆2与测温电偶5和加热体21连接，保温容器24在使用时需要经通气管道4通入保护气体。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中高强声空化换能器的线圈由耐水耐热耐电压薄膜缠绕铜线制成。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中磁致伸缩体由镍薄板或高磁致伸缩材料制成。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中的中空工具杆内中空管道直径Φ2mm～Φ20mm。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中的中空工具杆下部连接工具头时中空工具杆下端面与工具头上端面须紧密接触。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中工具头下端壁上开直径Φ0.5mm～Φ8mm的孔洞，壁上孔洞数量为10～300个；工具头端面上出气孔直径Φ0.5mm～Φ5mm，数量为1～50个；工具头(6)直径为Φ20mm～Φ250mm。
所述的一种镁合金熔体精炼装置，其中高强声空化换能器外部安装一个冷却高强声空化换能器的水箱，水箱中水温须保持在5～40℃之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的镁合金熔体精炼装置与其他装置相比，高强声空化系统在熔体中的空化效应可以使通入合金熔体中的惰性气体与溶剂混合体变得弥散细小，在声流和气流的组合作用下使弥散细小惰性气体与溶剂混合体通过工具头壁上的孔快速喷出，有效保证全部熔体与其充分混合接触，有利于实现熔体的充分精炼。
(2)本发明装置的高强声空化系统在熔体中产生的空化效应可以使通入合金熔体中的惰性气体与溶剂混合体变得弥散细小，这样与其他装置相比，在相同溶剂使用量和气体使用量的情况下，接触面积和扩散面积均显著增大；另外，空化效应使通入合金熔体中的惰性气体与溶剂混合体变得弥散细小，也使其在熔体中的运动速度大大降低，也就是在熔体中的停留时间变长。因此，基于这两点该装置可以大大提高镁合金熔体的精炼效率。
(3)本发明装置在工作时形成的弥散细小惰性气泡与溶剂混合体分散缓慢上浮，可保持液面平稳不翻滚，有效避免了熔体表面的卷渣卷气；另外，均匀上浮惰性气体在液面形成保护层，有效防止液面氧化燃烧。
(4)本发明装置结构简单，操作容易，大大提高了熔剂和气体使用效率，减少了熔剂和气体使用量，污染小，成本低，是镁合金熔体净化的理想装置。
(5)通过本发明装置制备得到的镁合金具有优异的屈服强度、抗拉强度和伸长率。
附图说明
图1为本发明的镁合金熔体精炼装置的示意图；
图2为本发明的镁合金熔体精炼装置中工具头结构的剖视图；
图3为本发明的镁合金熔体精炼装置中工具头结构的俯视图；
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例：
利用本发明装置对普通商购AZ91镁合金熔体进行净化处理，装置中工具头结构如图2所示，工具头22下端壁上开直径为0.7mm的空洞，壁上空洞数量为10个；工具头端面上出气孔直径为0.8mm，数量为4个；2kg的AZ91镁合金在保温容器24中熔化，熔炼温度为720℃。在处理之前对本发明装置工具头预热至720℃。
上述工作准备好后，先启动惰性气体供应系统，调整好气体流量和压力后，将预热好的工具头伸入到加热好的熔体中，工具头距离保温容器底部30mm处；然后启动熔剂定量供应系统，快速调节熔剂定量给定控制装置；最后启动高强声空化系统，将该系统调制谐振状态。本实施利相关参数如下：声空化参数功率为770w，频率为20KHz；熔剂供用速度为12g/min；惰性气体选为氩气，压力为0.1MPa，流量为1.0L/min。在上述参数作用下处理5min后，按照先停声空化系统和熔剂供应系统，再把工具头从熔体中提出，最后关闭惰性气体供应装置。然后对凝固后的合金进行测试。测试按照GB/T228.1-2010进行。
利用本发明装置和常规合金熔体处理装置处理AZ91镁合金熔体的净化效果如下表所示。

Claims (4)

1.一种镁合金熔体精炼装置，其特征是：包括高强声空化系统、熔剂定量供应系统、惰性气体供应系统和熔体保温系统四部分组成，其特征在于：所述高强声空化系统由高强声空化发生器(7)、高强声空化换能器、中空工具杆(6)、工具头(22)组成；高强声空化发生器(7)通过电线(8)与由线圈(3)和磁致伸缩体(9)组成的高强声空化换能器连接，高强声空化换能器外部安装一个冷却高强声空化换能器的水箱(23)，水箱上有一进水管(11)和出水管(13)，高强声空化换能器与中空工具杆(6)相连，中空工具杆(6)下部连接工具头(22)，在处理熔体时安装工具头(22)的中空工具杆(6)需要插入保温容器(24)里的金属熔体(25)中；熔剂定量供应系统包括装有熔剂(14)的具有防潮功能的漏斗形熔剂储存器(10)和其下方连接的熔剂定量给定控制装置(12)，其中熔剂定量给定控制装置(12)须连接到中空工具杆(6)与供气系统相连接的管道(26)上；惰性气体供应系统包括惰性气体发生装置(20)、减压阀(19)、装有干燥剂(17)的惰性气体干燥装置(16)和控制气体流量的流量计(15)，相关装置需要管道进行连接；熔体保温系统包括测温电偶(5)、保温容器(24)、加热体(21)和温控柜(1)，其中温控柜(1)用电缆(2)与测温电偶(5)和加热体(21)连接，保温容器(24)在使用时需要经通气管道(4)通入保护气体；所述的工具头(22)下端壁上开直径Φ0.5mm～Φ8mm的孔洞，壁上孔洞数量为10～300个；工具头(22)端面上出气孔直径Φ0.5mm～Φ5mm，数量为1～50个；工具头(22)直径为Φ20mm～Φ250mm。
2.根据权利要求1所述的镁合金熔体精炼装置，其特征在于所述的线圈(3)由耐水耐热耐电压薄膜缠绕铜线制成；所述的磁致伸缩体(9)由镍薄板或高磁致伸缩材料制成；所述的中空工具杆(6)内中空管道直径Φ2mm～Φ20mm。
3.根据权利要求1所述的镁合金熔体精炼装置，其特征在于所述的中空工具杆(6)下部连接工具头(22)时中空工具杆下端面与工具头上端面须紧密接触。
4.根据权利要求1所述的镁合金熔体精炼装置，其特征在于所述的高强声空化换能器外部安装一个冷却高强声空化换能器的水箱(23)，水箱中水温须保持在5～40℃之间。
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