CN104609871A - 用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子，该转子的内部基层为石墨材料层，在石墨材料层上浇注碳化硅(SiC)耐火材料外层，浇注厚度为5-8mm。其制作工艺为先把石墨材料加工成半成品，然后在外部浇注耐火材料，待养生烧结后再加工成型。在熔融铝液精炼处理设备中采用本发明复合材料转子，能有效地避免热冲击和氧化，使得使用寿命有显著地提高，提高工作效率，降低生产成本并最终改善铝液的质量。

Description

用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子及其制备方法

技术领域

本发明涉及熔融铝液精炼除气设备的技术领域，具体是一种用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子及其制备方法。

技术背景

在熔化的铝及铝合金熔体中含有少量的氢、金属及非金属夹杂，这些物质对于铝及铝合金的铸造是有害的。目前大部分精炼除气设备的采用精炼剂+气体混合精炼方法，即一定量的精炼剂以惰性气体为载体，注入铝液中，通过转子把注入的气体打散成微小的气泡并均匀地在铝液中扩散、上升，有效地除去铝液中的氢气和碱金属杂质。通过转子的搅拌，既可以使熔融铝中的合金元素更加均匀化，又能把氢、夹杂物等异物吸附并带到精炼剂表面，而精炼剂把这些固体杂物吸收，从液态金属中分离出来。

而目前在精炼除气设备采用的转子都是由石墨材料或耐火材料制成。这两种材质的转子在使用过程中均存在寿命短的问题。石墨在高温熔融铝液中，容易氧化而磨损；耐火材料转子受热冲击时容易产生裂纹和断裂。因此，使用寿命均不够长。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种能够显著延长除气设备除气转子使用寿命的复合材料转子及其制备方法，该复合材料转子能有效地避免热冲击和氧化，使用寿命有显著地提高。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子，所述转子的内部基层为石墨材料层，在石墨材料层上浇注有耐火材料外层。

所述耐火材料外层采用碳化硅(SiC)材料，浇注厚度为5-8mm。

本发明用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子的制备方法，包括如下操作步骤：

1)精车石墨模芯

将石墨材料经过抗氧化处理后，按传统要求进行车工操作得到石墨模芯；

2)铣叶片、孔

将上述的石墨模芯按传统要求进行铣孔、叶片以及周边槽；

3)浇注前的准备工作

3.1安装及调试模具

将制备模具内腔除锈、除污后将模具安装在对应的基座上，调节基座螺母，把模具调水平；

3.2搅拌浇注料，浇注料为碳化硅(SiC)；

3.3水洗石墨模芯

将石墨模芯用清水及毛刷冲洗表面及内孔粉尘、污物，轻轻甩掉石墨表面可流动的水迹；

4)浇注

先用毛刷在模具浇注表面均匀的涂上一层厚0.1-0.2mm的润滑脂层；再把浇注料均匀放入模具与内腔底面5mm厚；再用力扣入石墨模芯，拧紧销钉螺母，震动5分钟；再次拧紧销钉螺母，用钢尺检查转子表面到模具表面有5mm的高度，保持震动，均匀添加浇注料，用刮刀不断将浇注料充实到叶片与模具间隙，直至浇注料与叶片平齐并充满所有间隙；用刮刀按压，保证浇注料抹平模具表面，并不断拍打浇注表面，消除气泡；再把震动强度减弱，保持10分钟后把浇注表面抹至光滑，待浇注表面再无气泡冒起后，停止震动，最后用塑料膜把转子罩住养生36个小时；

5)脱模

先用锤子和錾子把浇注边缘外硬化的多余浇注料剔除，再将模具与转子分离，转子放置在空气中硬化1-2天；

6)烧结

把浇注转子放入烤炉内，再把烤炉放进电炉内，将烤炉与纯度在99.996％以上的高纯氮气气瓶连接，从500℃开始通氮气，气体压力0.1MPa，流量0.5立方米/小时；经烤炉烧结15小时后切断电炉电源，从950℃降至500℃过程中要保持通高纯度氮气，待电炉内温度降至500℃时，停止通氮气，直至烤炉温度降至100℃以下，再把烤炉从电炉取出；

7)精车内牙

敲掉转子内的浇注料后精车转子内牙。

在步骤3)浇注前的准备工作中，搅拌浇注料时，将浇注料倒入搅拌机中，均匀搅拌1分钟后，再均分3—5次加入纯净水不断搅拌，纯净水的总加入量为浇注料的5—7％，搅拌过程保持环境温度为22℃～28℃，环境温度50％～85％；连续搅拌至少30分钟，直至浇注料表面光亮、粘结成团。

在熔融铝液精炼处理设备中采用本发明复合材料转子，能有效地避免热冲击和氧化，使得使用寿命有显著地提高，提高工作效率，降低生产成本并最终改善铝液的质量。

附图说明

图1是本发明复合材料转子的结构示意图。

图2是图1的侧视示意图。

图3是本发明复合材料转子的加工工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作如下说明：

图1为本发明复合材料转子的结构示意图，其内部基层为石墨材料基层1，在石墨材料基层1的外表面上浇注有一层耐火材料外层2。所述的耐火材料外层2采用碳化硅(SiC)材料浇注而成。

图2为本发明复合材料转子的加工流程图：

本发明方法主要先用石墨材料加工成半成品的石墨材料转子，然后在半成品的石墨材料转子外部浇注耐火材料层后，经过养生，最后加工成形。

具体操作过程如下：

1、精车石墨模芯

将石墨材料经过抗氧化处理，按照设计图纸精车外圆、台阶、端面槽，得到石墨模芯。

2、铣叶片、孔

将石墨模芯按设计图纸进行铣孔、叶片以及周边槽。

3、安装及调试模具

将模具内腔除锈、除污，并组装成一体；模具安装在对应的基座上，调节基座螺母，把模具调水平。

4、搅拌浇注料

(1)准备好碳化硅(SiC)材料的浇注料以及重量是浇注料重量的5-7％的纯净水；

(2)将浇注料倒入搅拌机中，均匀搅拌1分钟后，将纯净水均分3—5次倒入，不断搅拌过程中，适当的倾倒搅拌腔，使搅拌充分、均匀，搅拌过程保持环境温度为22℃～28℃，环境温度50％～85％；

(3)浇注料连续搅拌至少30分钟，直至浇注料表面光亮、粘结成团。然后停止搅拌，用刮刀压散，观察浇注料是否处于可浇注状态；

(4)浇注料搅拌好后，倒入干净的塑料桶内。

5、水洗石墨模芯

将石墨模芯用清水及毛刷冲洗表面及内孔粉尘、污物，轻轻甩掉石墨表面可流动的水迹。

6、浇注

(1)用毛刷在模具浇注表面均匀的涂上一层0.1～0.2mm厚的润滑脂。

(2)把浇注料均匀放入模具内腔底面约5mm厚，

(3)用力扣入石墨模芯，拧紧销钉螺母。震动5分钟，保证底面浇注质量。

(4)再次拧紧销钉螺母，用钢尺检查转子表面到模具表面有约5mm高度。

(5)保持震动，均匀添加浇注料。用刮刀不断将浇注料充实到叶片与模具间隙，直至浇注料与叶片平齐并充满所有间隙，保证叶片浇注质量。

(6)保持震动，均匀添加浇注料。用刮刀按压，保证浇注料抹平模具表面，并不断拍打浇注表面，消除气泡。

(7)把震动强度减弱，保持约10分钟。把浇注表面抹至光滑，轻轻的清理浇注体以外多余的浇注料。

(8)待浇注表面再无气泡冒起后，停止震动。最后用塑料膜把转子罩住养生36个小时。

7、脱模

(1)用锤子和錾子把浇注边缘外硬化的多余浇注料剔除，注意不要损伤转子。

(2)用电动螺丝批松开模具压环螺钉。

(3)用板手拧出模芯螺母，并用铁锤+撞针把模芯轻轻打沉。

(4)用电动螺丝批松开模具压板螺钉并取出。用锤子和冲棒对着压板非螺纹孔向外撞击使压板剥离模具体。

(5)用锤子和冲棒对着模具叶片的孔往外击打，使其与转子分离。

(6)用电动螺丝批松开模具压环沉孔螺钉并取出，再从对角把模具压环撬起，使转子与模体分离。

(7)待转子与模体完全分离后，把模具压环移出，取出转子。转子用塑料膜单个包装继续养生1-2天时间。

8、烧结

(1)浇注转子升温及通气

把浇注转子放入烤炉，将烤炉放进电炉内烧结15小时。烤炉与高纯氮气气瓶连接，纯度：99.996％以上，从500℃开始通氮气，气体压力0.1MPa，流量0.5立方米/小时。

(2)浇注转子降温及通气

降温时，切断电炉电源，从950℃降至500℃过程中要保持通高纯度氮气。气体压力0.1MPa，流量0.5立方米/小时。待电炉内温度降至500℃时，停止通氮气。直至烤炉温度降至100℃以下，才可以把烤炉从电炉取出。

9、精车内牙

敲掉转子Φ60内台阶的浇注料。取长度，车内孔、精车转子内牙。

表1是本发明转子与纯石墨转子、纯耐火材料转子性能比较：

表1

Claims (3)

1.用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子，其特征在于，该转子的内部基层为石墨材料层，在石墨材料层上浇注碳化硅(SiC)耐火材料外层，浇注厚度为5-8mm。

2.根据权利要求1所述用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子的制备方法，其特征在于，采用两种材料复合浇注成型，该方法包括如下操作步骤：

1)精车石墨模芯

将石墨材料经过抗氧化处理后，按传统要求进行车工操作得到石墨模芯；

2)铣叶片、孔

将上述的石墨模芯按传统要求进行铣孔、叶片以及周边槽；

3)浇注前的准备工作：

3.1安装及调试模具

将制备的模具内腔除锈、除污后将模具安装在对应的基座上，调节基座螺母，把模具调水平；

3.2搅拌浇注料，浇注料采用碳化硅(SiC)材料；

3.3水洗石墨模芯

将石墨模芯用清水及毛刷冲洗表面及内孔粉尘、污物，轻轻甩掉石墨表面可流动的水迹；

4)浇注

先用毛刷在模具浇注表面均匀的涂上一层厚0.1-0.2mm厚的润滑脂层；再把浇注料均匀放入模具与内腔底面5mm厚；再用力扣入石墨模芯，拧紧销钉螺母，震动5分钟；再次拧紧销钉螺母，用钢尺检查转子表面到模具表面有5mm的高度，保持震动，均匀添加浇注料，用刮刀不断将浇注料充实到叶片与模具间隙，直至浇注料与叶片平齐并充满所有间隙；用刮刀按压，保证浇注料抹平模具表面，并不断拍打浇注表面，消除气泡；再把震动强度减弱，保持10分钟后把浇注表面抹至光滑，待浇注表面再无气泡冒起后，停止震动，最后用塑料膜把转子罩住养生36个小时；

5)脱模

先用锤子和錾子把浇注边缘外硬化的多余浇注料剔除，再将模具与转子分离，转子放置在空气中继续自然养生1-2天；

6)烧结

将把浇注转子放入烤炉内，再把烤炉放进电炉内，将烤炉与纯度在99.996％以上的高纯氮气气瓶连接，从500℃开始通氮气，气体压力0.1MPa，流量0.5立方米/小时；经烤炉烧结15小时后切断电炉电源，从950℃降至500℃过程中要保持通高纯度氮气，待电炉内温度降至500℃时，停止通氮气，直至烤炉温度降至100℃以下，再把烤炉从电炉取出；

10)精车内牙，敲掉转子内的浇注料后精车转子内牙。

3.根据权利要求2所述用于熔融铝液精炼和除气的复合材料转子的制备方法，其特征在于，在步骤3)浇注前的准备工作中，搅拌浇注料时，先将浇注料倒入搅拌机中，均匀搅拌1分钟后，再分3—5次加入纯净水不断搅拌，纯净水的加入量为浇注料的5—7％，搅拌过程保持环境温度为22℃～28℃，环境温度50％～85％；连续搅拌至少30分钟，直至浇注料表面光亮、粘结成团。