CN104073667A - 一种铝合金精炼装置及其精炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种用于铝合金熔体精炼净化处理的精炼装置及精炼方法。一种铝合金精炼装置，包括用于精炼的保温炉及安装在其炉底外部的电磁搅拌器，保温炉侧壁开设有若干精炼孔，通过精炼孔设置若干可斜向插入的精炼管，所述精炼管出气端安装在保温炉侧壁上的导向支架上，精炼管进气端固定连接于导向支架上的驱动气缸，精炼管通过软管连接气体调节控制柜，气体调节控制柜中调节控制单元对通过进气管输入的气体进行调节，并通过出气管连接到所述软管。本发明装置制造、运行、维护成本低，安全性更高。

Description

一种铝合金精炼装置及其精炼方法

技术领域

本发明属于有色金属冶炼设备技术领域，涉及一种铝合金熔体精炼净化装置，更具体地说，本发明涉及一种用于铝合金熔体精炼净化处理的装置和该精炼装置所采用的精炼方法。 

背景技术

铝合金熔体中的非金属夹杂物，既有原材料带入的，也有熔炼过程中金属与炉气或其它物质相互作用生成的化合物。同时，铝合金在加热和熔炼过程中有吸气性，会吸收H2。 

氧化物等非金属夹杂物的存在会破坏金属基体的连续性，降低铝合金的塑性、韧性和耐蚀性，使金属的工艺性能和表面质量更差。溶解于铝合金中的氢会使铸锭产生气孔、疏松，进而使加工产品起泡及分层，甚至使产品产生氢脆。因此，对铝合金熔体进行净化处理，降低金属熔体中非金属夹杂物和去除溶解于铝熔体中的气体，特别是氢，获得高纯洁度的铝合金熔体，为铸造出高品质的铸锭创造条件，是铝合金熔炼的一个重要目的，也是生产高纯航空航天铝合金材料的关键步骤。 

生产高纯航空航天铝合金用铸锭时需要采用炉内精炼和在线处理的联合净化工艺，而炉内精炼是铝合金熔体净化的重要环节，目前普遍采用的炉内精炼方法主要有熔剂喷射精炼、炉底透气砖吹气精炼和炉顶吹气精炼。 

熔剂喷射精炼是将主要成分为氯盐、氟盐等的粉状精炼剂装入喷粉罐，喷粉罐的进气口与氮气罐联接，出气口与精炼管联接，精炼时将精炼管从炉门插入炉内铝液中，打开氮气瓶的气阀，操作手将精炼管在炉内来回移动进行精炼。 

炉底透气砖精炼法是在炉底设置透气砖，同时在炉底设置相应的工艺气体管路，通过透气砖下方设置的通气管路向炉内通入精炼气体对熔体进行净化。 

专利CN202246798U一种新型铝液精炼保温炉公开了一种应用炉顶精炼方法的铝液精炼保温炉，该精炼方法是将石墨转子从炉顶伸入到炉内铝液中，通过转子把氮气通入铝熔体中实现除气和除渣净化处理。 

现有的铝合金炉内精炼装置及其精炼方法存在以下问题： 

熔剂喷射精炼设备及其方法存在以下缺陷：(1)在精炼时炉门必须打开，操作者移动精炼管，暴露在高温辐射下，工作环境恶劣，劳动强度大；(2)由于精炼过程中炉门是打开的，精炼过程中产生的含Cl或F等有害气体从炉门排出，恶化工作环境；(3)由于精炼过程中炉门始终处于开启状态，热量会散失，造成炉子热效率低，浪费能源；(4)因为是人工操作，因此该精炼装置不适用于大型炉子，否则不但劳动强度大，并且精炼效果差。 

炉底透气砖精炼主要缺点：(1)透气砖易堵塞，维护更换困难；(2)由于透气砖的更换维护时，其周围耐火材料的磨损会导致过早更换炉子内衬材料，炉子内衬寿命缩短；(3)铝液可能从透气砖与炉 衬材料的结合处渗漏，引发设备事故。 

炉顶吹气精炼的主要缺点：(1)精炼器(转轴及石墨转子)须从炉顶伸入接近炉底，精炼管太长易于断裂，因此受转轴材料及长度限制，炉顶吹气精炼不适用于大型炉子；(2)由于炉顶是炉子的热量聚集区，对炉顶精炼装置安装孔的密封性要求很高，否则热量易损失，造成炉内温差大；(3)精炼装置维护更换困难。 

发明内容

本发明的发明目的是：针对上述技术问题，提供一种铝合金炉内精炼装置及其精炼方法。本发明采用自动控制，同时精炼时不需要开启保温炉炉门，确保减少劳动强度，同时减少炉门开启时不必要热量损失。本发明提供一种炉内精炼方法，精炼效果更好，不添加精炼熔剂，炉内除氢效率可达50％以上，合金成分更均匀，铝合金熔体更纯洁。 

本发明技术方案为：一种铝合金精炼装置，包括用于精炼的保温炉及安装在其炉底外部的电磁搅拌器，所述保温炉侧壁开设有若干精炼孔，通过精炼孔设置若干可斜向插入的精炼管，所述精炼管出气端安装在保温炉侧壁上的导向支架上，精炼管进气端固定连接于导向支架上的驱动气缸，所述精炼管通过软管连接气体调节控制柜，所述气体调节控制柜包括调节控制单元及与调节控制单元连接的若干进气管和出气管，所述调节控制单元对通过进气管输入的气体进行调节，所述出气管连接到所述软管。 

相比现有技术，本发明应用保温炉侧壁开设用于精炼的精炼孔， 利用精炼管穿过精炼孔并伸入保温炉内，插入铝合金熔体中。精炼时，通过气体调节控制柜精确调节所需精炼气体的流量、氯气和氩气的比例，以达到在最佳的精炼效果。本发明通过在保温炉侧壁安装精炼管，第一，精炼时不需要打开保温炉炉门，保证精炼过程保温炉密闭，避免含Cl或F等有害气体从炉门排出；第二，避免炉底透气砖精炼中透气砖维护更换困难、铝液可能从透气砖与炉衬材料的结合处发生渗漏等不足；第三，避免炉顶吹气精炼中精炼管太长易于断裂不适用于大型炉子的不足。 

优选的，所述精炼孔设置在保温炉侧壁中部，所述精炼管与保温炉成15-45°夹角，所述精炼管与保温炉间为滑动密封。针对不同的保温炉规格，精炼孔的位置及精炼管的数量根据实际情况设置。 

优选的，所述精炼管在导向支架上，其进气端固定连接在平行于精炼管的驱动气缸活塞杆，驱动气缸安装在导向支架上。驱动气缸活塞杆的行程为精炼管在保温炉炉内的行程，控制驱动气缸即可控制精炼管。 

优选的，所述气体调节控制柜包括调节控制单元和与其连接的若干进气管和出气管，所述进气管上设置开关，出气管上设置单向阀，所述出气管通过金属软管连接精炼管。本发明实施中设置两根进气管和1根出气管，所述进气管和出气管还设置有气体流量表和压力表。设置气体流量表和压力表可以更好调节气体。 

优选的，所述精炼管、进气管和出气管均为无缝钢管。其中精炼管的内、外壁进行耐热涂层处理，通过耐热涂层可以很好保护精炼管， 增加使用寿命。 

本发明的精炼方法按以下步骤依次进行：(1)在保温炉将铝合金熔体合金成分及熔体温度调整合格后，对气体调节控制柜7通过氩气进气管10输入氩气，气体压力为0.4MPa，气体流量：≥80L/min；启动驱动气缸5将精炼管3伸入保温炉内并插入铝合金熔体中；(2)对气体调节控制柜7通过氯气进气管11输入氯气，进气管11气体压力为0.20～0.4Mpa。通过调节控制单元8调节氩气和氯气的流量比是：80：20；混合气出气管9气体压力：0.20～0.4Mpa，气体流量：100～400L/min；(3)启动电磁搅拌器，保持保温炉设定温度并保持步骤2在25分钟；(4)关闭氯气进气管11阀门，控制气体调节控制柜7通过氩气对氯气进气管11阀门至精炼管3之间的管路进行吹洗，检测管路氯气无残留；(5)启动驱动气缸将精炼管退出炉膛；(6)关闭氩气阀，关闭电磁搅拌器，停止电磁搅拌。 

本发明有益效果是： 

1.本发明不受保温炉规格的影响，适用于各种大、小规格的保温炉。 

2.本发明精炼时不需人工操作，可以极大减轻操作者劳动强度。 

3.本发明精炼时炉门始终关闭，一方面操作人员不会受到热辐射，另一方面没有热量散失，可提高保温炉热效率，节约能源。 

4.本发明精炼时炉门关闭，精炼过程中产生的含Cl或F等有害气体不会从炉门排出，可改善工作环境。 

5.本发明工艺气体可精确控制，精炼效率高。 

6.本发明精炼管不易堵塞，寿命长，维护量小，精炼管更换、拆装方便。该精炼装置在使用、维护过程中不会对保温炉结构和耐火材料造成任何不利影响。 

7.本发明的精炼装置制造、运行、维护成本低，安全性更高。 

附图说明

图1是本发明功能结构示意图。 

其中，1-保温炉、2-电磁搅拌器、3-精炼管、4-导向支架、5-驱动气缸、6-金属软管、7-气体调节控制柜、8-调节控制单元、9-混合气出气管、10-氩气进气管、11-氯气进气管。 

具体实施方式

本发明公开了一种铝合金精炼装置，包括用于精炼的保温炉1及安装在其炉底外部的电磁搅拌器2，所述保温炉1侧壁开设有若干精炼孔，通过精炼孔设置若干可斜向插入的精炼管3，所述精炼管3出气端安装在保温炉1侧壁上的导向支架4上，精炼管3进气端连接驱动气缸5，所述精炼管3通过软管6连接气体调节控制柜7，所述气体调节控制柜7中调节控制单元8对通过进气管10、11输入的气体进行调节，所述出气管9连接到所述软管6。 

现有技术中，熔剂喷射精炼设备及其方法、炉底透气砖精炼和炉顶吹气精炼均存在各自不足。这些不足影响生产效率和生产成本。 

对此，本发明应用保温炉1侧壁开设用于精炼的精炼孔，利用精 炼管3穿过精炼孔并伸入保温炉1内铝合金熔体中。精炼时，通过气体调节控制柜7精确调节所需精炼气体的流量、氯气和氩气的比例，以达到在最佳的精炼效果。本发明通过保温炉1侧壁安装精炼管3：第一，精炼时，不需要打开保温炉1炉门，保证精炼过程保温炉1密闭，避免含Cl或F等有害气体从炉门排出；第二，避免炉底透气砖精炼中透气砖维护更换困难、铝液可能从透气砖与炉衬材料的结合处发生渗漏等不足；第三，避免炉顶吹气精炼中精炼管太长易于断裂不适用于大型炉子的不足。 

以下将结合附图进行具体说明。 

图1是本发明中功能结构图，如图1所示：本发明的一种铝合金精炼装置，包括用于精炼的保温炉1及安装在其底部外侧的电磁搅拌器2，保温炉1侧壁中部对称位置开设有两个精炼孔，通过精炼孔设置斜向插入的精炼管3，精炼管3与保温炉1侧壁成30°夹角，精炼管3与保温炉1间采用滑动密封。这里精炼管3与保温炉1侧壁夹角较优选择范围在15°-45°。精炼管3安装在导向支架4上，其进气端连接于与之平行的驱动气缸5的活塞杆，驱动气缸5安装在导向支架4上。精炼管3通过金属软管6连接气体调节控制柜7。导向支架4安装在保温炉1侧壁上，导向支架4根据精炼管3不同需要设置不同角度。 

进一步，气体调节控制柜7包括调节控制单元8和与其连接的氩气进气管10、氯气进气管11和混合气出气管9，氩气进气管10和氯气进气管11上设置开关阀门，混合气出气管9上设置单向阀，混合 气出气管9通过金属软管6连接精炼管3。为对气体精确控制，混合气出气管9、氩气进气管10和氯气进气管11均设置气体流量表和压力表。 

其中，精炼管3、混合气出气管9、氩气进气管10和氯气进气管11为无缝钢管。精炼管3内、外表面进行耐热涂层处理，这样可以增加精炼管3使用寿命。 

本发明的一种铝合金精炼装置的精炼方法，在保温炉1将铝合金熔体合金成分及熔体温度调整合格后，按照以下步骤依次进行： 

步骤1：对气体调节控制柜7通过氩气进气管10输入氩气，气体压力为0.4MPa，气体流量：140L/min；启动驱动气缸5将精炼管3伸入保温炉内并插入铝合金熔体中； 

步骤2：对气体调节控制柜7通过氯气进气管11输入氯气，进气管11气体压力为0.20～0.4Mpa，流量为：35L/min。出气管9气体压力：0.20～0.4Mpa，流量为175L/min。 

步骤3：启动电磁搅拌器2，对保温炉1保持设定温度及保持步骤2在25分钟； 

步骤4：关闭氯气进气管11阀门，控制气体调节控制柜7通过氩气对氯气进气管11阀门至精炼管3之间的管路进行吹洗，检测管路氯气无残留； 

步骤5：启动驱动气缸将精炼管退出保温炉； 

步骤6：关闭氩气进气管10阀门；关闭电磁搅拌器2，停止电磁搅拌。 

采用电磁搅拌器2，铝熔体在电磁力的作用下在保温炉内作旋转运动，一方面对精炼管3吹出的工艺气体产生剪切作用从而将大气泡打散成许多的小气泡，另一方面通过搅拌使整个炉内的熔体质点可充分与工艺气体接触。熔体中的非金属夹杂物与气泡相遇时，夹杂物被吸附在气泡的表面并随气泡上浮到熔体表面。由于吹入熔体中的气泡其初始的氢分压几乎为零，气泡内外存在氢分压差，使溶于铝熔体中的氢不断扩散进入气泡，随着气泡上浮到熔体表面，气泡内的氢逸出从烟道排入大气。 

本发明提供的一种铝合金炉内精炼方法，与现有的炉内精炼方法比较，本发明的一种炉内精炼方法精炼效果更好，炉内除氢效率可达50％以上，合金成分更均匀，不添加精炼熔剂，因而不会污染合金，特别适合于生产有高纯、高均匀化要求的航空航天铝合金金铸锭。 

Claims (7)

1.一种铝合金精炼装置，包括用于精炼的保温炉及安装在其炉底外部的电磁搅拌器，其特征在于：所述保温炉侧壁开设有若干精炼孔，通过精炼孔设置若干可斜向插入的精炼管，所述精炼管出气端安装在保温炉侧壁上的导向支架上，精炼管进气端固定连接于导向支架上的驱动气缸，所述精炼管通过软管连接气体调节控制柜，所述气体调节控制柜包括调节控制单元及与调节控制单元连接的若干进气管和出气管，所述调节控制单元对通过进气管输入的气体进行调节，所述出气管连接到所述软管。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金精炼装置，其特征在于：所述精炼孔设置在保温炉侧壁中部，所述精炼管与保温炉侧壁成15-45°夹角，所述精炼管与保温炉间为滑动密封。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金精炼装置，其特征在于：所述精炼管安装在导向支架上，其进气端连接平行于精炼管的驱动气缸活塞杆，驱动气缸安装在导向支架上。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金精炼装置，其特征在于：所述气体调节控制柜包括调节控制单元和与其连接的若干进气管和出气管，所述进气管上设置开关，出气管上设置单向阀，所述出气管通过金属软管连接精炼管。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金精炼装置，其特征在于：设置两根进气管和1根出气管连接调节控制单元，所述进气管和出气管均设置气体流量表和压力表。

6.根据权利要求1-5中任一所述的一种铝合金精炼装置，其特征在于：所述精炼管、进气管和出气管均为为无缝钢管或经耐热涂层处理的无缝钢管。

7.根据权利要求1所述的一种铝合金精炼装置的精炼方法，其特征在于：在保温炉将铝合金熔体合金成分及熔体温度调整合格后，按照以下步骤依次进行：

步骤1：对气体调节控制柜输入氩气，压力大于或等于0.4MPa，启动驱动气缸将精炼管伸入保温炉内并插入铝合金熔体中；

步骤2：对气体调节控制柜输入氩气和氯气，氩气进气管气体压力大于或等于0.4MPa，氯气进气管气体压力为0.2～0.4Mpa。调节控制单元调节氩气和氯气流量比是：80～100：0～20；混合气出气管气体压力：0.2～0.4MPa，气体流量：0～400L/min；

步骤3：启动电磁搅拌器，对保温炉保持设定温度及保持步骤2在20-25分钟；

步骤4：关闭氯气进气管阀门，控制气体调节控制柜通过氩气对氯气进气管阀门至精炼管之间的管路进行吹洗，检测管路氯气无残留；

步骤5：启动驱动气缸将精炼管退出保温炉；

步骤6：关闭氩气进气管；关闭电磁搅拌器，停止电磁搅拌。