CN104259411B - 连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置及方法，其中：连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，包括电阻加热式连续发泡炉、安装在泡沫铝液导罩上的吹气搅拌机、氮气冷却箱、钢带传输机、飞剪以及传送辊道。上述装置，具有导流充分、搅拌充分、吹气孔充气均匀，铝液与气泡充分混合形成密度可控且均匀的泡沫铝；钢带传输机以匀速牵引速度下，移动泡沫铝液进入端部冷却空间，不以压辊的形式，而是采用石墨挡板的形式刮薄泡沫铝液(不压实表面泡密度，保证泡沫铝液密度均匀)将泡沫铝液送入后续的冷却空间实现泡沫铝内部硬化，最后可以生产出无氧化、内部无龟裂、泡沫密度均匀与可控的高质量泡沫铝板材，实现低成本生产。

Description

连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置及方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置及方法。

背景技术

泡沫铝是由金属相和气孔组成的复合材料；它把连续相铝的金属特点(如强度与刚度合适、耐高温等)和分散相气孔的特征(如冲击阻尼、隔热、隔声、消音、减震、屏蔽等)结合在一起，可广泛应用于交通运输车辆制造结构、建筑业使用屏蔽与保温、机械业使用减低运行噪声的隔音、以及冶金化工、电子通讯和航天航空、船舶、军事防爆等多个技术领域。目前局限于基础工业技术限制，泡沫铝有：参流铸造法、电沉积法、熔模铸造法、气体注入法、原味气体发泡法、粉末冶金法等工艺技术，但或多或少都存在着一个难以解决的难题，即如何连续生产较大几何尺寸，成本较低的泡沫铝板材，供车辆制造、军事防护、船舶内装饰，以及建筑内装饰等使用是个很难解决的问题。

经过研究发现，已公开与气体注入法技术相关的技术专利与信息表明：

例如：US3941182、CN100422363C等专利描述的生产方法以及生产装置不论是使用上引铸造法，还是水平浇铸法，都会导致泡沫铝材料经压力牵引辊压后形成泡沫铝材表面与中心内部的泡沫密度不均匀(说明：即无法保证泡沫铝泡孔是相近几何尺寸的要求，泡沫密度不均匀也将严重影响泡沫铝的生产质量)；

例如：WO1991/003578、US4973358、US5112697专利公开的生产方法以及生产装置采用了敞开式的钢带牵引浇铸法，虽然有可能生产出较大尺寸的泡沫铝板材，但会在生产过程中在泡沫铝中形成氧化物夹杂，还会在生产中出现铝液喷溅的危险情况；(说明：敞开式的钢带牵引装置导致其产品存在技术缺陷)；

例如：WO1991/001387专利描述的生产方法是向铝水中吹入二氧化碳气体，这是一种会在生产过程中诱发环保问题的技术，现今应禁止；例如：US5147630专利描述的生产方法是利用金属氧化物在金属液体中形成气泡的方法，这是一种无法控制泡沫密度和无法抑制金属氧化的技术；(说明：生产装置如无法控制泡沫密度、无法抑制金属氧化也将严重影响泡沫铝的生产质量)；

例如：EP0544291、US60352874等专利，以及新近公开的CN10366765A专利申请描述了利用炉底吹气的生产方法在技术实现难度上很大，还会产生铝液泄露现象，这些生产方法并不安全。特别是CN10366765A专利申请中描述的在炉底部利用通气砖隔离吹入氮气和铝液，在通气砖的空隙中将氮气吹入铝液形成泡沫，这种方法在理论上是可行的，但实际应用中还是存在铝液封闭困难的问题。(说明：氮气送入装置导致其产品存在技术缺陷)；另外利用轧辊作为浇铸牵引装置，势必会造成泡沫铝板内外泡沫的密度不均问题；(说明：轧辊作为浇铸牵引装置牵引为完全成型的泡沫，必然会因牵引挤压导致泡沫密度不均匀，影响泡沫铝的生产质量)；

例如：US5281251、US5334236等专利描述的生产装置都有一个共同的缺点，搅拌机远离铝液，这样会影响搅拌效果，这是由于无法落实搅拌电机隔热(或耐高温)的措施。还有不论采用何种牵引铸造方法都会出现泡沫铝在高温下裸露在空气中形成表面氧化，生产出的泡沫铝板会出现内部与表面的泡沫密度不均的现象，或者说表面层泡沫较小，内部泡沫较大的产品；

很显然，现有技术中即新近公开的CN102962413A专利申请描述了一种可获均一泡体闭孔泡沫铝的连续铸造系统，该铸造系统的核心部分是利用吹气管向铝液中吹气，然后搅拌破碎气泡达到均匀，利用水平铸造技术的石墨模具，再加上轧辊牵引生产连续的泡沫铝板。其存在着诸多的技术问题，如：连续发泡炉中存在着正压，即铝液面与发泡液面高差过大，泡沫铝液被压出发泡炉，这样做的结构是泡沫铝板的密度难以控制，会夹带大量的纯铝进入泡沫铝板中，还存在着密封等技术问题。吹入的气体如果是空气则存在金属氧化条件。另外水平连铸的石墨模太短，满足不了泡沫铝的冷却条件，再加上轧辊的牵引会使泡沫铝板内外泡沫密度不均匀；

综上所述，如何克服现有技术中泡沫铝板材浇铸生产装置的技术缺陷，连续生产出密度可控、无氧化、低成本的泡沫铝板材仍然是技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，包括电阻加热式连续发泡炉(1)、安装在泡沫铝液导罩上的吹气搅拌机(2)、氮气冷却箱(3)、钢带传输机(4)、飞剪(5)、以及传送辊道(6)，其中：

所述电阻加热式连续发泡炉(1)包括具有内凹形状的发泡炉坩埚105以及依次设置在所述发泡炉坩埚(105)外层的耐火砖层(103)、外保温层(102)和炉体钢结构(101)；且所述发泡炉坩埚(105)与所述耐火砖层(103)之间，沿着所述发泡炉坩埚(105)的外表面均匀设置有多个所述加热电阻丝(104)；

其中：所述发泡炉坩埚(105)具体由弯曲成型的坩埚主不锈钢板(1053)、坩埚加筋侧板(1052)焊接围城；

所述发泡炉坩埚(105)的顶部一端作为铝液与粘稠剂添加口，所述发泡炉坩埚(105)的顶部另一端作为流出口；所述铝液与粘稠剂添加口处还设置有铝液与粘稠剂添加口隔板(106)；所述流出口处还设置有泡沫铝液导流罩(107)；且所述铝液与粘稠剂添加口隔板(106)与泡沫铝液导流罩(107)呈倒“V”字型焊接设置；所述泡沫铝液导流罩(107)的外层依次设置有炉罩保温加热元件(108)和外壳(109)；所述泡沫铝液导流罩(107)底部还设置有泡沫铝液导流罩下板(1055)，两侧还设置有泡沫铝液导流罩侧板(1056)；所述泡沫铝液导流罩(107)、泡沫铝液导流罩下板(1055)、泡沫铝液导流罩侧板(1056)焊接成为箱体；

所述吹气搅拌机(2)设置在所述泡沫铝液导流罩(107)上；

所述吹气搅拌机(2)包括自下至上依次设置的空心搅拌轴(208)、石墨搅拌头(206)、采用搅拌头固定弹簧销(209)、石墨挡圈(207)、支撑轴承座(204)、氮气吹入接口(205)、水冷盘式电机(201)、电机冷却水进出口(202)和搅拌电机安装法兰(203)；

其中，所述空心搅拌轴(208)的底部与所述石墨搅拌头(206)套接，中部与石墨挡圈(207)套接，顶部与所述支撑轴承座(204)套接，且所述空心搅拌轴(208)的顶部还设置多个通气孔；所述支撑轴承座(204)还与所述水冷盘式电机(201)的电机轴通过所述搅拌电机安装法兰(203)固定连接；所述搅拌电机安装法兰(203)的侧壁上还设置有氮气吹入接口(205)；所述搅拌电机安装法兰(203)上的所述氮气吹入接口(205)与所述空心搅拌轴(208)的顶部的通气孔相对设置；所述水冷盘式电机(201)上还设置有电机冷却水进出口(202)；

所述泡沫铝液导流罩(107)的出口处还连通有氮气冷却箱(3)；

所述氮气冷却箱(3)包括多个冷却空间，且多个冷却空间之间采用石墨挡板和/或不锈钢挡板隔离；每个挡板的高度相对所述冷却空间的高度可调整；且每个所述冷却空间的顶部均设置有氮气进出口；

所述氮气冷却箱(3)的底部还设置有所述钢带传输机(4)；

所述钢带传输机(4)作为泡沫铝板材的支撑平面，用于牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

所述飞剪(5)用于将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

所述传送辊道(6)用于输送成型后的泡沫铝板材。

优选的，作为一种可实施方案，在所述电阻加热式连续发泡炉(1)结构中：

其中：所述发泡炉坩埚(105)还包括安装在发泡炉坩埚(105)的外边缘钢结构上的固定边(1051)；

所述泡沫铝液导流罩(107)的顶面还设置有搅拌机安装内孔(1057)；在所述箱体的泡沫铝液出口处还焊接有用于固定所述氮气冷却箱(3)的固定法兰(1054)；

优选的，作为一种可实施方案，所述发泡炉坩埚(105)上的坩埚主不锈钢板(1053)、坩埚加筋侧板(1052)、固定边(1051)各个结构之间；以及所述电阻加热式连续发泡炉(1)的外部钢结构之间；以及所述泡沫铝液导流罩(107)与所述发泡炉坩埚(105)之间均设置有石棉密封条，且螺栓固定连接。

优选的，作为一种可实施方案，在所述吹气搅拌机(2)的结构中；

所述吹气搅拌机(2)上的所述支撑轴承座(204)具体包括：用于固定所述水冷盘式电机(201)的电机轴与所述空心搅拌轴(208)连接的平键套(2081)、用于固定所述空心搅拌轴(208)与平键套(2081)连接的弹簧销(2082)、搅拌机空心轴推力轴承(2041)、搅拌电机安装法兰内密封圈(2031)；所述支撑轴承座(204)与所述外壳(109)螺栓连接；

所述吹气搅拌机(2)上的所述石墨搅拌头(206)为圆柱形空腔，且沿所述圆柱形空腔的侧壁上设置有多个φ1.0～φ1.5mm吹气孔(2064)，沿所述圆柱形空腔的侧壁上还间隔设置有多个凸起腔；所述凸起腔上设置有φ3.0～φ5.0mm吹气孔(2063)；所述圆柱形空腔的顶面还设置有空心管(2061)；所述空心管的侧壁上还设置有搅拌头弹簧销穿孔(2062)；

所述吹气搅拌机(2)上的所述空心搅拌轴(208)与所述石墨搅拌头(206)的连接采用搅拌头固定弹簧销(209)销连接；所述搅拌头弹簧销穿孔(2062)与搅拌头固定弹簧销(209)销孔配合。

优选的，作为一种可实施方案，在所述吹气搅拌机(2)的结构中；

所述吹气搅拌机(2)为变频无极调速控制搅拌机，且所述吹气搅拌机的即时频率以及搅拌速度，可根据所需生产的泡沫铝板材的宽度需求进行调整。

优选的，作为一种可实施方案，在氮气冷却箱(3)的结构中：

所述氮气冷却箱(3)包括四个冷却空间，分别为第一冷却空间、第二冷却空间、第三冷却空间和第四冷却空间，且四个冷却空间之间依次采用一级石墨挡板(301)、二级不锈钢挡板(302)、三级不锈钢挡板(303)隔离；所述第二冷却空间的顶部均设置有一级氮气进出口(304)；所述第三冷却空间的顶部均设置有二级氮气进出口(305)；所述第四冷却空间的顶部均设置有三级氮气进出口(306)；且一级氮气进出口(304)、二级氮气进出口(305)、三级氮气进出口(306)用于供给输入温度依次降低的氮气。

优选的，作为一种可实施方案，在所述钢带传输机(4)结构中；

所述钢带传输机(4)包括传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)以及分别套接在所述第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)两端的传动钢带(403)。

优选的，作为一种可实施方案，在所述钢带传输机(4)结构中；

所述传输机驱动电机为变频调速电机；所述传输机驱动电机用于驱动第一张紧驱动辊(401)和/或第二张紧驱动辊(402)同步旋转。

优选的，作为一种可实施方案，所述氮气冷却箱(3)与所述钢带传输机(4)结合在一起形成氮气保护状态下的水平浇铸装置。

相应地，本发明还提供了一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸方法，利用上述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置实施，具体包括如下步骤：

经添加增稠剂的保温铝液，由所述发泡炉坩埚(105)的一端的铝液与粘稠剂添加口按照发泡与水平浇铸的速度和进料需求量，缓慢倾倒入电阻加热式连续发泡炉(1)的所述发泡炉坩埚(105)内；

在所述铝液与粘稠剂添加口隔板(106)的阻隔引导作用下，将铝液与粘稠剂进行充分混合，并引导至吹气搅拌机(2)的石墨搅拌头(206)处；

利用安装在泡沫铝液导流罩(107)上的吹气搅拌机(2)，在所述水冷盘式电机(201)旋转驱动石墨搅拌头(206)作用下，以可变速的转速执行搅拌操作至合适温度的铝液；

同时经由吹气搅拌机(2)上的氮气吹入接口(205)输入氮气，与铝液混合，并待形成的氮气气泡破碎，上升至发泡炉坩埚(105)顶部的铝液表面，再经泡沫铝液导流罩(107)的导流作用，导出所述发泡炉坩埚(105)的顶部另一端的流出口，进入安装在端口法兰上的氮气冷却箱(3)内；

设置在氮气冷却箱(3)下部的钢带传输机(4)，在可变速调节的传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)的驱动作用下，带动传动钢带(403)以匀速的牵引速度移动泡沫铝液进入氮气冷却箱(3)的多个冷却空间；并采用石墨挡板(301)的形式刮薄泡沫铝液将泡沫铝液送入一级冷却段，在由一级氮气冷却进出口(12)的较高温度冷却下泡沫铝液表面硬化；在进入二级氮气冷却段内后有进一步由二级氮气冷却进入口(13)的次高温氮气冷却下泡沫铝内部硬化；最后由三级氮气进出口(14)的输送的较低冷却温度的氮气冷却泡沫铝板材；

所述钢带传输机(4)牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

所述飞剪(5)将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

所述传送辊道(6)输送成型后的泡沫铝板材。

本发明提出的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置及方法，其具有如下技术优势：

本发明实施例提供的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，发泡炉坩埚(105)、铝液与粘稠剂添加口隔板(106)以及泡沫铝液导流罩(107)可以形成较为封闭的发泡室，具有导流充分、搅拌充分、吹气孔充气均匀，铝液与气泡充分混合形成密度可控且均匀的泡沫铝；钢带传输机(4)以匀速牵引速度下，移动泡沫铝液进入端部冷却空间，不以压辊的形式，而是采用石墨挡板(301)的形式刮薄泡沫铝液(不压实表面泡密度，保证泡沫铝液密度均匀)将泡沫铝液送入后续的冷却空间实现泡沫铝内部硬化，最后可以生产出无氧化、内部无龟裂、泡沫密度均匀与可控的高质量泡沫铝板材，实现低成本生产的技术效果，解决了本专利申请中提出的主题问题。

附图说明

图1：连续生产密度可控无氧化泡沫铝板材生产线示意图；

图1a：为图1中连续生产密度可控无氧化泡沫铝板材生产线另一视角的示意图；

图2：连续发泡炉坩埚结构；

图3：吹气搅拌机外形；

图4：吹气搅拌机进气口结构截面图；

图5：吹气搅拌机的搅拌头结构；

图6：吹气搅拌机在坩埚上安装位置；

图7：氮气泡在铝液中剪切分离机理示意；

图8：氮气冷却箱内泡沫铝板冷却温度曲线。

图中标记说明：

1—电阻加热式连续发泡炉；101—炉体钢结构；102—外保温层；103—耐火砖层；104—加热电阻丝；105—发泡炉坩埚；1051—固定边；1052—坩埚加筋侧板；1053—坩埚主不锈钢板；1054—固定法兰；1055—泡沫铝液导流罩下板；1056—泡沫铝液导流罩侧板；1057—搅拌机安装内孔；106—铝液与粘稠剂添加口隔板；107—泡沫铝液导流罩；108—炉罩保温加热元件；109—外壳；

2—吹气搅拌机；201—水冷盘式电机；202—电机冷却水进出口；203—搅拌电机安装法兰；2031—搅拌电机安装法兰内密封圈；204—支撑轴承座；2041—搅拌机空心轴推力轴承；205—氮气吹入接口；206—石墨搅拌头；2061—空心管；2062—搅拌头弹簧销穿孔；2063—φ3.0～φ5.0mm吹气孔；2064—φ1.0～φ1.5mm吹气孔；207—石墨挡圈；208—空心搅拌轴；2081—平键套；2082—弹簧销；209—搅拌头固定弹簧销；

3—氮气冷却箱；301—一级石墨挡板；302—二级不锈钢挡板；303—三级不锈钢挡板；304—一级氮气进出口；305—二级氮气进出口；306—三级氮气进出口；

4—钢带传输机；第一张紧驱动辊401)和；第二张紧驱动辊402；403—传动钢带；

5—飞剪；

6—传送辊道；

7—铝液(增稠剂)添加方向；

8—泡沫铝液流动方向；

9—传输钢带转动方向；

10—泡沫铝板浇铸运动方向；

11—吹氮气进气口；

12—一级氮气冷却进出口；

13—二级氮气冷却进入口；

14—三级氮气进出口；

15—铝液剪切面；

16—原始氮气泡；

17—剪切后氮气泡；

18—分离气泡。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，包括电阻加热式连续发泡炉1、安装在泡沫铝液导罩上的吹气搅拌机2、氮气冷却箱3、钢带传输机4、飞剪5、以及传送辊道等设备以及氮气干燥系统和电气控制系统(未示出，不作为创新内容)，按照气体注入法和无氧化保护的水平连铸技术集成实现大尺寸泡沫铝板的连续生产。

下面对本发明实施例提供的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置的具体结构做一下详细说明：

关于上述电阻加热式连续发泡炉1结构：

所述电阻加热式连续发泡炉1主要包括具有内凹形状的发泡炉坩埚105以及依次设置在所述发泡炉坩埚105外层的耐火砖层103、外保温层102和炉体钢结构101；且所述发泡炉坩埚105与所述耐火砖层103之间，沿着所述发泡炉坩埚105的外表面均匀设置有多个所述加热电阻丝104；

其中：所述发泡炉坩埚105具体由弯曲成型的坩埚主不锈钢板1053、坩埚加筋侧板1052焊接围城；

所述发泡炉坩埚105的顶部一端作为铝液与粘稠剂添加口，所述发泡炉坩埚105的顶部另一端作为流出口；所述铝液与粘稠剂添加口处还设置有铝液与粘稠剂添加口隔板106；所述流出口处还设置有泡沫铝液导流罩107；且所述铝液与粘稠剂添加口隔板106与泡沫铝液导流罩107呈倒“V”字型焊接设置；所述泡沫铝液导流罩107的外层依次设置有炉罩保温加热元件108和外壳109；所述泡沫铝液导流罩107底部还设置有泡沫铝液导流罩下板1055，两侧还设置有泡沫铝液导流罩侧板1056；所述泡沫铝液导流罩107、泡沫铝液导流罩下板1055、泡沫铝液导流罩侧板1056焊接成为箱体；

与此同时，在电阻加热式连续发泡炉1更为细节的结构中：

其中：所述发泡炉坩埚105还包括安装在发泡炉坩埚105的外边缘钢结构上的固定边1051；所述泡沫铝液导流罩107的顶面还设置有搅拌机安装内孔1057；在所述箱体的泡沫铝液出口处还焊接有用于固定所述氮气冷却箱3的固定法兰1054；所述发泡炉坩埚105上的坩埚主不锈钢板1053、坩埚加筋侧板1052、固定边1051各个结构之间；以及所述电阻加热式连续发泡炉1的外部钢结构之间；以及所述泡沫铝液导流罩107与所述发泡炉坩埚105之间均设置有石棉密封条，且螺栓固定连接。

具体如图2所示，电阻加热式连续发泡炉1的坩埚采用320不锈钢板弯曲与切割后焊接而成。坩埚主不锈钢板1053的边均按焊接要求切斜口，弯曲成所需的形状，然后与机加工出的两坩埚加筋侧板1052，加强筋可以直接焊接在不锈钢板上，焊接在一起。将机加工出的坩埚上的固定边1051与其他部分焊接，并钻螺栓固定孔。坩埚上部泡沫铝液导流罩下板1055、泡沫铝液导流罩侧板1056、泡沫铝液导流罩107等均以焊接方式形成壳体，然后将与固定法兰1054焊接在泡沫铝液流出口上。按照吹气搅拌机布置的位置，见图6所示，将搅拌机安装内孔1057焊接在泡沫铝液导流罩107上，作为吹气搅拌机的内密封结构。每条焊缝都经过探伤检测，确保不会出现铝液泄露。其余坩埚制造方法，如铸造不锈钢、耐火泥砌衬、石英砂坩埚浇铸等，如能达到本发明所示形状与功能，均属于本发明实施例的其他方式。

需要说明的是，发泡炉坩埚105的顶部一端作为铝液与粘稠剂添加口，可满足经粘稠剂添加口按照发泡与水平浇铸的速度和进料需求量，缓慢倾倒入电阻加热式连续发泡炉1的所述发泡炉坩埚105内的需求，然后首先经过铝液与粘稠剂添加口隔板106导流后，上述铝液与粘稠剂在隔板底部相对流并实现混合，进而充分实现和发挥粘稠剂的作用，被铝液与粘稠剂添加口隔板106引导至发泡炉坩埚105的底部即靠近吹气搅拌机的石墨搅拌头处，之后经过搅拌、吹入氮气后形成泡沫上升至发泡炉坩埚105的顶部另一端(即流出口)。

关于上述吹气搅拌机2具体结构：

所述吹气搅拌机2设置在所述泡沫铝液导流罩107上；所述吹气搅拌机2包括自下至上依次设置的空心搅拌轴208、石墨搅拌头206、采用搅拌头固定弹簧销209、石墨挡圈207、支撑轴承座204、吹气接口205、水冷盘式电机201、电机冷却水进出口202(即通入水源为水冷盘式电机提供动力)和搅拌电机安装法兰203；

其中，所述空心搅拌轴208的底部与所述石墨搅拌头206套接，中部与石墨挡圈207套接，顶部与所述支撑轴承座204套接，且所述空心搅拌轴208的顶部还设置多个通气孔；所述支撑轴承座204还与所述水冷盘式电机201的电机轴通过所述搅拌电机安装法兰203固定连接；所述搅拌电机安装法兰203的侧壁上还设置有氮气吹入接口205；所述搅拌电机安装法兰203上的所述氮气吹入接口205与所述空心搅拌轴208的顶部的通气孔相对设置；所述水冷盘式电机201上还设置有电机冷却水进出口202；

需要说明的是，在铝液经过搅拌、吹入氮气后形成泡沫上升至发泡炉坩埚105的流出口的过程中，主要利用上述吹气搅拌机实现吹气以及搅拌作用。空心搅拌轴208的底部与所述石墨搅拌头206套接即套装固定连接；例如键连接等等，空心搅拌轴208的中部与石墨挡圈207套接，空心搅拌轴208的顶部与所述支撑轴承座204套接，且所述空心搅拌轴208的顶部还设置多个通气孔；所述支撑轴承座204还与所述水冷盘式电机201的电机轴通过所述搅拌电机安装法兰203固定连接；根据上述结构分析可知，水冷盘式电机201可以作为驱动空心搅拌轴208以及石墨搅拌头206等结构的电机设备；当水冷盘式电机201启动工作后，可以带动石墨搅拌头实施对铝液的搅拌；与此同时，氮气吹入接口205可以将通入的氮气，经过支撑轴承座204、空心搅拌轴208最终传输到石墨搅拌头的φ1.0～φ1.5mm吹气孔2064和φ3.0～φ5.0mm吹气孔上。

另外，需要说明的是，水冷盘式电机是在变频调速、特种辊道及炉用多速等系列电机的基础上根据冶金连铸机、出坯现场工况需要开发设计的内循环水冷变频调速特种电动机。水冷盘式电机适用于高温环境、变频调速系统。其特点是调速范围广、运行稳定、可靠性高、运行效率高，尤其适应于连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸工艺生产过程中。

关于吹气搅拌机2的具体结构；

所述吹气搅拌机2上的所述支撑轴承座204具体包括：用于固定所述水冷盘式电机201的电机轴与所述空心搅拌轴208连接的平键套2081、用于固定所述空心搅拌轴208与平键套2081连接的弹簧销2082、搅拌机空心轴推力轴承2041、搅拌电机安装法兰内密封圈2031；所述支撑轴承座204与所述外壳109螺栓连接；需要说明的是，支撑轴承座的多个结构可以保证其与空心搅拌轴208以及与水冷盘式电机201的电机轴的紧固连接和传动。

所述吹气搅拌机2上的所述石墨搅拌头206为圆柱形空腔，且沿所述圆柱形空腔的侧壁上设置有多个1.0～1.5mm吹气孔2064，沿所述圆柱形结构的侧壁上还间隔设置有多个凸起腔；所述凸起腔上设置有3.0～5.0mm吹气孔；所述圆柱形空腔的顶面还设置有空心管2061；所述空心管的侧壁上还设置有搅拌头弹簧销穿孔2062；需要说明的是，通过两种不同尺寸规格的吹气孔可以实施对铝液形成的泡沫大小实现控制，并通过多个凸起腔的均匀分布的吹气孔，对铝液实施连续密度均匀发泡；上述吹气搅拌机搅拌效果明显，泡沫密度均匀，可以提升泡沫铝的生产质量；吹气搅拌机具备隔热(或耐高温)的构造，可以实现上述技术动作。同时，所述吹气搅拌机2为变频无极调速控制搅拌机，且所述吹气搅拌机的即时频率以及搅拌速度，可根据所需生产的泡沫铝板材的宽度需求进行调整。

所述吹气搅拌机2上的所述空心搅拌轴208与所述石墨搅拌头206的连接采用弹簧销209销连接；所述搅拌头弹簧销穿孔2062与弹簧销209销孔配合。需要说明的是，上述石墨搅拌头采用石墨的材质，具有化学稳定性、耐高温、可塑性强等特点。

在所述吹气搅拌机2搅拌处理后，铝液泡沫上升并通过泡沫铝液导流罩107的出口处导通进入氮气冷却箱3；

综上所述，如图3所示，吹气搅拌机2是一个组装件，选用的水冷盘式电机201为固体化绕组的盘式电机，可以承受500℃高温工作环境。在电机冷却水的两组电机冷却水进出口202内循环的冷却水可以保证电机的安全运行，另外冷却水的密封也很可靠，确保了无冷却水外泄发生。电机轴与搅拌空心轴208通过搅拌机空心轴内平键套2081与平键连接，再采用空心轴与平键套固定弹簧销2082与搅拌空心轴208固定。如图4所示，特殊设计的支撑轴承座204，内安装了依靠在空心搅拌轴208上的搅拌机空心轴推力轴承2041，外安装了吹气接口205，预热干燥氮气可以直接吹入搅拌机空心轴上对应的4个进气口。为了防止氮气泄露，在搅拌电机安装法兰203内安装了搅拌电机安装法兰内密封圈2031，在1.1～1.2Bar的氮气吹入压力下确保不泄露。吹入氮气的压力与搅拌速度相协调，以满足发泡几何尺寸的要求。

为了实现好的搅拌效果，如图5所示，石墨搅拌头206为特殊设计形状，含有中央的空心管2061部分和搅拌头上φ3.0～φ5.0mm吹气孔2063、搅拌头上φ1.0～φ1.5mm吹气孔2064，作为不同几何尺寸氮气泡的吹入铝液孔。利用搅拌头弹簧销穿孔2062和搅拌头固定弹簧销209与空心搅拌轴208固定，形成便于拆卸维修的结构。如图7所示，原始氮气泡16离开石墨搅拌头的出气孔后是较大的气泡，在石墨搅拌头206的高速转动作用下，铝液会形成剪切面，将氮气泡剪切成剪切后氮气泡17，由此形成两个分离气泡18，达到所要求的气泡几何尺寸，所以吹氮气压力与搅拌速度应相互协调。

关于氮气冷却箱3结构；

所述氮气冷却箱3包括多个冷却空间，且多个冷却空间之间采用石墨挡板和/或不锈钢挡板隔离；每个挡板的高度相对所述冷却空间的高度可调整；且每个所述冷却空间的顶部均设置有氮气进出口；所述氮气冷却箱3的底部还设置有所述钢带传输机4；

在氮气冷却箱3更为具体细节的结构中：

所述氮气冷却箱3包括四个冷却空间，分别为第一冷却空间、第二冷却空间、第三冷却空间和第四冷却空间，且四个冷却空间之间依次采用一级石墨挡板301、二级不锈钢挡板302、三级不锈钢挡板303隔离；所述第二冷却空间的顶部均设置有一级氮气进出口304；所述第三冷却空间的顶部均设置有二级氮气进出口305；所述第四冷却空间的顶部均设置有三级氮气进出口306；且一级氮气进出口304、二级氮气进出口305、三级氮气进出口306用于供给输入温度依次降低的氮气。所述氮气冷却箱3与所述钢带传输机4结合在一起形成氮气保护状态下的水平浇铸装置。

综上所述，如图1所示，氮气冷却箱3与钢带传输机4结合在一起形成氮气保护状态下的水平浇铸装置。其中钢带传输机4的钢带穿入氮气冷却箱3，在相中以可控的速度按泡沫铝板浇铸运动方向10传动，保证泡沫铝液按水平方向移动。实际上，钢带传输机4为变频调速的牵引输送带形式，含有第一张紧驱动辊401和第二张紧驱动辊402和传动钢带403，作为泡沫铝的支撑平面。氮气冷却箱3内设有四个冷却空间，采用一级是石墨挡板301、二级不锈钢挡板302、三级不锈钢挡板303隔离，每隔挡板的高度可调整以适应不同厚度的泡沫铝板材生产要求。氮气冷却箱3顶部设有一级氮气进出口304、二级氮气进出口305、三级氮气进出口306，采取分割空间不同氮气温度输入的冷却方式。在经过升温过程中可以利用每级冷却的氮气进行串行的通气方式，以节省气体使用量，还可以循环冷却使用氮气。

关于所述钢带传输机4结构；

所述钢带传输机4作为泡沫铝板材的支撑平面，用于牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

所述钢带传输机4包括传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊401和第二张紧驱动辊402以及分别套接在所述第一张紧驱动辊401和第二张紧驱动辊402两端的传动钢带403。

上述所述传输机驱动电机为变频调速电机；所述传输机驱动电机用于驱动第一张紧驱动辊401和/或第二张紧驱动辊402同步旋转。

所述飞剪5用于将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

所述传送辊道6用于输送成型后的泡沫铝板材。

相应地，本发明还提供了一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸方法，利用上述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置实施，具体包括如下步骤：

步骤100、经添加增稠剂的保温铝液，由所述发泡炉坩埚105的一端的铝液与粘稠剂添加口按照发泡与水平浇铸的速度和进料需求量，缓慢倾倒入电阻加热式连续发泡炉1的所述发泡炉坩埚105内；

步骤200、在所述铝液与粘稠剂添加口隔板106的阻隔引导作用下，将铝液与粘稠剂进行充分混合，并引导至吹气搅拌机2的石墨搅拌头206处；

步骤300、利用安装在泡沫铝液导流罩107上的吹气搅拌机2，在所述水冷盘式电机201旋转驱动石墨搅拌头206作用下，以可变速的转速执行搅拌操作至合适温度的铝液；

步骤400、同时经由吹气搅拌机2上的氮气吹入接口205输入氮气，与铝液混合，并待形成的氮气气泡破碎，上升至发泡炉坩埚105顶部的铝液表面，再经泡沫铝液导流罩107的导流作用，导出所述发泡炉坩埚105的顶部另一端的流出口，进入安装在端口法兰上的氮气冷却箱3内；

步骤500、设置在氮气冷却箱3下部的钢带传输机4，在可变速调节的传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊401和第二张紧驱动辊402的驱动作用下，带动传动钢带403以匀速的牵引速度移动泡沫铝液进入氮气冷却箱3的多个冷却空间；并采用一级石墨挡板301的形式刮薄泡沫铝液将泡沫铝液送入一级冷却段，在由一级氮气冷却进出口12的较高温度冷却下泡沫铝液表面硬化；在进入二级氮气冷却段内后有进一步由二级氮气冷却进入口13的次高温氮气冷却下泡沫铝内部硬化；最后由三级氮气进出口14的输送的较低冷却温度的氮气冷却泡沫铝板材；

步骤600、所述钢带传输机4牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

步骤700、所述飞剪5将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

步骤800、所述传送辊道6输送成型后的泡沫铝板材。

如图1所示，经过保温搅拌炉未示出，不作为创新内容添加增稠剂的铝液由铝液与粘稠剂添加口按照发泡与水平浇铸的速度和进料需求量缓慢倾倒入电阻加热式连续发泡炉1内，此时的铝液温度约600～650℃。在上述铝液与粘稠剂添加口隔板106的阻隔下，利用安装在泡沫铝液导流罩107的外保温层以及外壳109上的吹气搅拌机2，以速度可控的转速搅拌温度控制在585～620℃的铝液，经氮气吹入口205吹入干燥氮(吹氮气进气口11)形成气泡破碎达到所需的大小。上升至铝液表面的铝泡沫按照泡沫铝液流动方向8流出泡沫铝液导流罩107的流出口，进入安装在端口法兰上的氮气冷却箱3内。

设置在氮气冷却箱3下部的钢带传输机4的钢带在第一张紧驱动辊401和第二张紧驱动辊402的传输钢带转动方向9的传动下，以匀速的牵引速度下，移动泡沫铝液进入端部冷却空间，不以压辊的形式，而是采用石墨挡板301的形式刮薄泡沫铝液(不压实表面泡密度)将泡沫铝液送入一级冷却段，在由一级氮气冷却进出口12的较高温度冷却下泡沫铝液表面硬化，在进入二级氮气冷却段内后有进一步由二级氮气冷却进入口13的次高温氮气冷却下泡沫铝内部硬化，最后由三级氮气进出口14的接近室温氮气彻底冷却泡沫铝板材。后续配置的飞剪5定尺裁剪冷却后的泡沫铝板材，形成交货尺寸。再由无动力的传送辊道送泡沫铝进入后续加工(不作为创新内容)，如切边、铣面、黏贴装饰表面等。由此可以生产出无氧化、内部无龟裂、泡沫密度均匀与可控的高质量泡沫铝板材，实现低成本生产的技术效果，解决了本专利申请中提出的主题问题。

本发明提出的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇筑方法的核心是在增加了铝液表面张力(按照公知的泡沫铝生产方法采取的增稠剂添加)和控制铝液温度的条件下，利用气体注入法和氮气保护水平浇铸法的合理集成。在装置设计上有一些与现有公知的技术不同，详细的有：

如图8所示，氮气冷却箱内泡沫铝液冷却凝固过程的温度曲线成直线下降至接近无氧化铝材温度。如果在设备调试中出现其他不定因素，可以适当调整氮气冷却箱内的温度曲线，以达到合适的泡沫铝液冷却温度。

在本发明实施例提供的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，能连续获得泡体均匀性良好的闭孔泡沫铝产品的可获均一泡体闭孔泡沫铝的连续铸造系统。本发明实施例提供的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，操作简单易控，能连续获得泡体均匀性良好的闭孔泡沫铝产品。

本发明实施例提供的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，发泡炉坩埚、铝液与粘稠剂添加口隔板以及泡沫铝液导流罩可以形成较为封闭的发泡室，具有导流充分、搅拌充分、吹气孔充气均匀，铝液与气泡充分混合形成密度可控且均匀的泡沫铝；钢带传输机以匀速牵引速度下，移动泡沫铝液进入端部冷却空间，不以压辊的形式，而是采用石墨挡板的形式刮薄泡沫铝液(不压实表面泡密度，保证泡沫铝液密度均匀)将泡沫铝液送入后续的冷却空间实现泡沫铝内部硬化，最后可以生产出无氧化、内部无龟裂、泡沫密度均匀与可控的高质量泡沫铝板材，实现低成本生产的技术效果，解决了本专利申请中提出的主题问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，其特征在于，包括电阻加热式连续发泡炉(1)、安装在泡沫铝液导罩上的吹气搅拌机(2)、氮气冷却箱(3)、钢带传输机(4)、飞剪(5)、以及传送辊道(6)，其中：

所述电阻加热式连续发泡炉(1)包括具有内凹形状的发泡炉坩埚(105)以及依次设置在所述发泡炉坩埚(105)外层的耐火砖层(103)、外保温层(102)和炉体钢结构(101)；且所述发泡炉坩埚(105)与所述耐火砖层(103)之间，沿着所述发泡炉坩埚(105)的外表面均匀设置有多个加热电阻丝(104)；

其中：所述发泡炉坩埚(105)具体由弯曲成型的坩埚主不锈钢板(1053)、坩埚加筋侧板(1052)焊接围城；

所述发泡炉坩埚(105)的顶部一端作为铝液与粘稠剂添加口，所述发泡炉坩埚(105)的顶部另一端作为流出口；所述铝液与粘稠剂添加口处还设置有铝液与粘稠剂添加口隔板(106)；所述流出口处还设置有泡沫铝液导流罩(107)；且所述铝液与粘稠剂添加口隔板(106)与泡沫铝液导流罩(107)呈倒“V”字型焊接设置；所述泡沫铝液导流罩(107)的外层依次设置有炉罩保温加热元件(108)和外壳(109)；所述泡沫铝液导流罩(107)底部还设置有泡沫铝液导流罩下板(1055)，两侧还设置有泡沫铝液导流罩侧板(1056)；所述泡沫铝液导流罩(107)、泡沫铝液导流罩下板(1055)、泡沫铝液导流罩侧板(1056)焊接成为箱体；

所述吹气搅拌机(2)设置在所述泡沫铝液导流罩(107)上；

所述吹气搅拌机(2)包括自下至上依次设置的空心搅拌轴(208)、石墨搅拌头(206)、采用搅拌头固定弹簧销(209)、石墨挡圈(207)、支撑轴承座(204)、氮气吹入接口(205)、水冷盘式电机(201)、电机冷却水进出口(202)和搅拌电机安装法兰(203)；

其中，所述空心搅拌轴(208)的底部与所述石墨搅拌头(206)套接，中部与石墨挡圈(207)套接，顶部与所述支撑轴承座(204)套接，且所述空心搅拌轴(208)的顶部还设置多个通气孔；所述支撑轴承座(204)还与所述水冷盘式电机(201)的电机轴通过所述搅拌电机安装法兰(203)固定连接；所述搅拌电机安装法兰(203)的侧壁上还设置有氮气吹入接口(205)；所述搅拌电机安装法兰(203)上的所述氮气吹入接口(205)与所述空心搅拌轴(208)的顶部的通气孔相对设置；所述水冷盘式电机(201)上还设置有电机冷却水进出口(202)；

所述泡沫铝液导流罩(107)的出口处还连通有氮气冷却箱(3)；

所述氮气冷却箱(3)包括多个冷却空间，且多个冷却空间之间采用石墨挡板和/或不锈钢挡板隔离；每个挡板的高度相对所述冷却空间的高度可调整；且每个所述冷却空间的顶部均设置有氮气进出口；

所述氮气冷却箱(3)的底部还设置有所述钢带传输机(4)；

所述钢带传输机(4)作为泡沫铝板材的支撑平面，用于牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

所述飞剪(5)用于将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

所述传送辊道(6)用于输送成型后的泡沫铝板材；

在所述电阻加热式连续发泡炉(1)结构中：

其中：所述发泡炉坩埚(105)还包括安装在发泡炉坩埚(105)的外边缘钢结构上的固定边(1051)；

所述泡沫铝液导流罩(107)的顶面还设置有搅拌机安装内孔(1057)；在所述箱体的泡沫铝液出口处还焊接有用于固定所述氮气冷却箱(3)的固定法兰(1054)；

所述发泡炉坩埚(105)上的坩埚主不锈钢板(1053)、坩埚加筋侧板(1052)、固定边(1051)各个结构之间；以及所述电阻加热式连续发泡炉(1)的外部钢结构之间；以及所述泡沫铝液导流罩(107)与所述发泡炉坩埚(105)之间均设置有石棉密封条，且螺栓固定连接；

在所述吹气搅拌机(2)的结构中；

所述吹气搅拌机(2)上的所述支撑轴承座(204)具体包括：用于固定所述水冷盘式电机(201)的电机轴与所述空心搅拌轴(208)连接的平键套(2081)、用于固定所述空心搅拌轴(208)与平键套(2081)连接的弹簧销(2082)、搅拌机空心轴推力轴承(2041)、搅拌电机安装法兰内密封圈(2031)；所述支撑轴承座(204)与所述外壳(109)螺栓连接；

所述吹气搅拌机(2)上的所述石墨搅拌头(206)为圆柱形空腔，且沿所述圆柱形空腔的侧壁上设置有多个1.0～1.5mm吹气孔(2064)，沿所述圆柱形空腔的侧壁上还间隔设置有多个凸起腔；所述凸起腔上设置有3.0～5.0mm吹气孔(2063)；所述圆柱形空腔的顶面还设置有空心管(2061)；所述空心管的侧壁上还设置有搅拌头弹簧销穿孔(2062)；

所述吹气搅拌机(2)上的所述空心搅拌轴(208)与所述石墨搅拌头(206)的连接采用搅拌头固定弹簧销(209)销连接；所述搅拌头弹簧销穿孔(2062)与搅拌头固定弹簧销(209)销孔配合；

在所述吹气搅拌机(2)的结构中；

所述吹气搅拌机(2)为变频无极调速控制搅拌机，且所述吹气搅拌机的即时频率以及搅拌速度，可根据所需生产的泡沫铝板材的宽度需求进行调整。

2.如权利要求1所述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，其特征在于，

在氮气冷却箱(3)的结构中：

所述氮气冷却箱(3)包括四个冷却空间，分别为第一冷却空间、第二冷却空间、第三冷却空间和第四冷却空间，且四个冷却空间之间依次采用一级石墨挡板(301)、二级不锈钢挡板(302)、三级不锈钢挡板(303)隔离；所述第二冷却空间的顶部均设置有一级氮气进出口(304)；所述第三冷却空间的顶部均设置有二级氮气进出口(305)；所述第四冷却空间的顶部均设置有三级氮气进出口(306)；且一级氮气进出口(304)、二级氮气进出口(305)、三级氮气进出口(306)用于供给输入温度依次降低的氮气。

3.如权利要求2所述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，其特征在于，

在所述钢带传输机(4)结构中；

所述钢带传输机(4)包括传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)以及分别套接在所述第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)两端的传动钢带(403)。

4.如权利要求3所述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，其特征在于，

在所述钢带传输机(4)结构中；

所述传输机驱动电机为变频调速电机；所述传输机驱动电机用于驱动第一张紧驱动辊(401)和/或第二张紧驱动辊(402)同步旋转。

5.如权利要求4所述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置，其特征在于，

所述氮气冷却箱(3)与所述钢带传输机(4)结合在一起形成氮气保护状态下的水平浇铸装置。

6.一种连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸方法，其特征在于，利用权利要求5项所述的连续生产密度可控无氧化的泡沫铝板材浇铸装置实施，具体包括如下步骤：

经添加增稠剂的保温铝液，由所述发泡炉坩埚(105)的一端的铝液与粘稠剂添加口按照发泡与水平浇铸的速度和进料需求量，缓慢倾倒入电阻加热式连续发泡炉(1)的所述发泡炉坩埚(105)内；

在所述铝液与粘稠剂添加口隔板(106)的阻隔引导作用下，将铝液与粘稠剂进行充分混合，并引导至吹气搅拌机(2)的石墨搅拌头(206)处；

利用安装在泡沫铝液导流罩(107)上的吹气搅拌机(2)，在所述水冷盘式电机(201)旋转驱动石墨搅拌头(206)作用下，以可变速的转速执行搅拌操作至合适温度的铝液；

同时经由吹气搅拌机(2)上的氮气吹入接口(205)输入氮气，与铝液混合，并待形成的氮气气泡破碎，上升至发泡炉坩埚(105)顶部的铝液表面，再经泡沫铝液导流罩(107)的导流作用，导出所述发泡炉坩埚(105)的顶部另一端的流出口，进入安装在端口法兰上的氮气冷却箱(3)内；

设置在氮气冷却箱(3)下部的钢带传输机(4)，在可变速调节的传输机驱动电机以及第一张紧驱动辊(401)和第二张紧驱动辊(402)的驱动作用下，带动传动钢带(403)以匀速的牵引速度移动泡沫铝液进入氮气冷却箱(3)的多个冷却空间；并采用石墨挡板(301)的形式刮薄泡沫铝液将泡沫铝液送入一级冷却段，在由一级氮气冷却进出口(12)的较高温度冷却下泡沫铝液表面硬化；在进入二级氮气冷却段内后有进一步由二级氮气冷却进入口(13)的次高温氮气冷却下泡沫铝内部硬化；最后由三级氮气进出口(14)的输送的较低冷却温度的氮气冷却泡沫铝板材；

所述钢带传输机(4)牵引输送冷却形态的泡沫铝板材至所述飞剪；

所述飞剪(5)将大尺寸的泡沫铝板材切割为成型的泡沫铝板材；

所述传送辊道(6)输送成型后的泡沫铝板材。