CN104818392B - 铝熔体净化精炼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝熔体净化精炼装置，它包括除气箱和主控制器，所述除气箱的底部设有惰性气体输入装置，除气箱的顶部设有抽真空装置，惰性气体输入装置和抽真空装置均与除气箱相通；所述惰性气体输入装置和抽真空装置均与主控制器电连接；所述除气箱的两侧分别开有铝液进口和铝液出口，铝液进口和铝液出口位于除气箱的底部；所述除气箱上的铝液进口端电连接有激光测距传感器，激光测距传感器与主控制器电连接。具有以下优点：除杂效果更好，可以在完全真空状态下对铝液进行精炼净化，在生产过程中可以随意变化各种合金的除氢要求，不需要释放残液，大大减少了金属损耗。

Description

铝熔体净化精炼装置

技术领域

本发明产品属于铝熔体技术领域，是一种新型铝熔体净化精炼装置。

背景技术

目前最直接的技术，就是将惰性气体源注入铝液底部，通过搅拌与铝液混合接触精炼，在惰性气体上浮过程中，将这些有害杂质去除。

依靠这种技术，传统的铝熔体净化精炼装置，例如美国SNIF、法国Alpur及美国Pyrotek提供的铝熔体净化精炼装置，通过一个除气箱（封闭储存铝液的箱体）顶端插入一至两根石墨转子，在外接传动装置的带动下转子快速旋转，转子下端（插入铝液的部分）的叶轮在铝液中实行高速旋转搅拌，箱体外置的惰性气源柜中的气源通过插入铝液的石墨转子的空心管道将惰性气体经过转子叶轮的输出点输入铝液。高速旋转的叶轮把输出的惰性气泡搅碎，以期达到惰性气泡最大化的比面积接触铝液中的有害杂质，获得最佳的除氢效果。

但是这种除氢设备存在着下列无法避免的工艺缺陷：

A、在实际操作中，由于惰性气泡的热膨胀原因，无法实行与铝液中有害杂质饱和接触，因此会产生除氢盲点，在金属处理量10T/H时，除氢效果只能达到50%（即0.14ml/100g）；

B、箱体结构的箱盖与箱体无法有效密封,导致箱体外的空气渗入到箱体内部会造成铝液表面氧化物重新生成，在石墨转子的高速旋转时产生涡流使这些渣层重新带入铝液中，形成了铝液二次污染；

C、石墨转子露出液面部分会产生氧化，大大降低了石墨转子的使用寿命；

D、因铝液进、出口设在除气箱的上方，在生产置换不同牌号合金种类时须将除气箱内残留的铝液放空，直接造成了金属量的损耗；

E、石墨转子的结构方式不能将惰性气泡与铝液中的氢、渣和碱金属进行充分有效的接触，达不到理想的除氢效果。

发明内容

本发明产品所要解决的技术问题是，提供的一种铝熔体净化精炼装置，除杂效果更好，可以在完全真空状态下对铝液进行精炼净化，在生产过程中可以随意变化各种合金的除氢要求，不需要释放残液，大大减少了金属损耗。

为解决上述技术问题，本发明产品提供的铝熔体净化精炼装置，它包括除气箱和主控制器，所述除气箱的底部设有惰性气体输入装置，除气箱的顶部设有抽真空装置，惰性气体输入装置和抽真空装置均与除气箱相通；所述惰性气体输入装置和抽真空装置均与主控制器连接；所述除气箱的两侧分别开有铝液进口和铝液出口，铝液进口和铝液出口位于除气箱的底部；所述除气箱上的铝液进口端连接有激光测距传感器，激光测距传感器与主控制器连接。因将铝液出口设置在除气箱的底部，在生产过程中真空除气箱内铝液可以完全使用干净，没有残留铝液。在生产过程中可以随意变化各种合金的除氢要求，不需要释放残液，大大减少了金属损耗。

作为优选，所述抽真空装置包括与除气箱顶部相通的主管道以及与主管道分别相通的第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道上设有压力传感器；第二分支管道上依次设有真空发生器和压缩空气控制器，第二分支管道的端部连接有压缩空气源柜，所述压缩空气控制器设在真空发生器和压缩空气源柜之间，所述压缩空气控制器和压缩空气源柜之间的管道上设有压缩空气控制阀；所述主控制器分别与压缩空气控制器和压力传感器连接。压缩空气控制器通过负压传感器对除气箱内的压力进行实时监测，同时对送入真空发生器内的压缩空气进行控制。通过调整压缩空气的量化来改变除气箱内的负压值，该量化是经过真空发生器来实现的。整个过程，压缩空气控制器将负压传感器及真空发生器形成一个闭环控制，实时监测实时改变，直接控制铝液所需的输入/输出量。

作为优选，所述惰性气体输入装置包括位于除气箱内底部的转子以及设在除气箱外的惰性气体源柜和带动转子转动的电机，转子上设有与其配合使用的定子和转轴，所述定子为空心，转轴设在定子内部，转轴和定子之间留有空隙，电机通过皮带与转轴上旋转轴承座连接；所述惰性气体源柜通过管道将惰性气体输送到定子内进而进入到转子内，该管道上设有惰性气体控制器和惰性气体控制阀，惰性气体控制阀设在惰性气体控制器和惰性气体源柜之间；所述主控器分别与电机和惰性气体控制器连接。下置式的石墨转子的设计方式使整个转子均在铝液内部工作，不会造成氧化磨损，大大延长了转子使用寿命。

主控制器实时监测除气箱内的负压、转子转速、惰性气体进气量、转子备压值、除气箱内液位的变化，所有这些数据会被限定在一个安全的数值范围内，为了安全起见，如控制中央处理系统在检测到反馈值超过这些范围，设备会强制结束。

作为优选，所述转子内设有与转子同轴的空腔体，所述定子的顶部与空腔体的顶部留有空隙；所述转子壁上设有多个周向间隔的排放口，所述排放口与空腔体相通；所述转子的底部设有进铝口，进铝口与空腔体相通。转子高速旋转时，利用虹吸原理将铝液吸入到转子的开放式内空腔体中，使之在小于箱体500倍的空腔体内与惰性气源充分混合搅拌，达到饱和搅拌的目的，形成了比传统方式细微的气幕源，这层形成的惰性气幕在漂浮上升过程中将铝液中的氢和渣带出，从而达到铝液净化目的。

作为优选，所述空腔体为阶梯形，由上到下依次包括第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，所述第一阶梯处的空腔体直径小于第二阶梯处的空腔体直径，第二阶梯处的空腔体直径小于第三阶梯处的空腔体直径，所述排放口和进铝口均与第三阶梯处的空腔体相通。将空腔体设置为阶梯形，可以使从定子输入到空腔体内的惰性气源随高速旋转的转子在每个阶梯拐角处搅碎成细小的惰性气泡，形成更为细微的气幕源，以增大惰性气泡的表面接触面积，达到最大化的接触铝液中的有害物质，获得最佳的除氢效果。

作为优选，所述定子的上端部由上到下依次设有两个环形凸台，所述环形凸台的纵向截面由靠近定子的一侧到远离定子的一侧逐渐减小；所述上环形凸台位于第一阶梯拐角处，所述下环形凸台位于第二阶梯拐角处，所述上环形凸台到第一阶梯拐角处的间隙小于下环形凸台到第二阶梯拐角处的间隙。在环形凸台的最大直径处，该处相当于切刀的作用，可以进一步提高惰性气源的被搅碎效果。这两个间隙处具有限流的作用，使惰性气源可以进行充分的搅碎。

作为优选，所述除气箱内设有两个转子，一个转子靠近铝液进口，另一个转子靠近铝液出口，两个转子之间设有隔板，隔板的后方设有中间气动闸板；所述铝液出口设有出口气动闸板。转子高速旋转时会产生涡流，为了防止两个高速旋转的转子相互干扰，因此在他们之间设有隔板。

作为优选，所述转子的下方设有铝液中转箱，中转箱上设有进口和出口，出口与转子上的进铝口相通。工作初期时，保证铝液通过中转箱进入到转子的空腔体内。

作为优选，所述转子的表面设有吸附沟槽，所述吸附沟槽上涂有抗氧化涂层。根据石墨的特性，石墨转子的表面比较光滑，因此通过增设吸附沟槽以增大抗氧化涂层的吸附能力。

为了获得更多的气幕源，转子的转速比传统的转速提高了近50%，从而造成了铝熔体净化精炼装置的磨损，为了解决这个问题，在转子的表面涂覆有高温抗氧化抗磨损的涂层，提高了转子的使用寿命。

作为优选，所述主管道和真空发生器之间的第二分支管道上设有除尘器。真空发生器在对除气箱抽负压的同时会带走除气箱内铝液上部的浮渣，浮渣经过除尘器时会掉落在其下部的积渣箱内，这对于改善现场生产环境有很大的改善。另外，在抽吸的过程过热的气体同样会进入真空发生器，此时除尘器充当了冷却器的作用，极大的提高了真空发生器的使用寿命。

采用以上结构后，本发明产品的铝熔体净化精炼装置与现有技术相比，具有以下优点：

A、在完全真空状态下对铝液进行精炼净化，杜绝外界空气进入除气箱内，而造成铝液的二次污染，并且密封的除气箱真空结构确保其在高温条件下长期工作的稳定性；

B、下置式的石墨转子的设计方式使整个转子均在铝液内部工作，不会造成氧化磨损，大大延长了转子使用寿命；

C、在生产过程中真空除气箱内铝液可以完全使用干净，没有残留铝液，在生产过程中可以随意变化各种合金的除氢要求，不需要释放残液，大大减少了金属损耗；

D、由于石墨转子的特种结构，除氢效果超出传统除氢效果的50%（即除氢总量达到75%以上，0.09ml/100g）；

E、通过增设主控制器可以使整套设备适应于全自动操作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构俯视图；

图3为本发明转子结构示意图；

图4为图3中A处局部放大图。

其中：1、除气箱，2、主控制器，3、铝液进口，4、铝液出口，5、激光测距传感器，6、压力传感器，7、真空发生器，8、压缩空气控制器，9、压缩空气源柜，10、压缩空气控制阀，11、转子，12、惰性气体源柜，13、电机，14、定子，15、旋转轴承座，16、惰性气体控制器，17、惰性气体控制阀，18、空腔体，19、排放口，20、进铝口，21、第一阶梯，22、第二阶梯，23、第三阶梯，24、环形凸台，25、隔板，26、中间气动闸板，27、出口气动闸板，28、中转箱，29、吸附沟槽，30、除尘器。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1-4示，本实施例提供的铝熔体净化精炼装置，它包括除气箱1和主控制器2，所述除气箱1的底部设有惰性气体输入装置，除气箱1的顶部设有抽真空装置，惰性气体输入装置和抽真空装置均与除气箱1相通；所述惰性气体输入装置和抽真空装置均与主控制器2连接；所述除气箱1的两侧分别开有铝液进口3和铝液出口4，铝液进口3和铝液出口4位于除气箱1的底部；所述除气箱1上的铝液进口端电连接有激光测距传感器5，激光测距传感器5与主控制器2连接。

所述抽真空装置包括与除气箱1顶部相通的主管道以及与主管道分别相通的第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道上设有压力传感器6；第二分支管道上依次设有真空发生器7和压缩空气控制器8，第二分支管道的端部连接有压缩空气源柜9，所述压缩空气控制器8设在真空发生器7和压缩空气源柜9之间，所述压缩空气控制器8和压缩空气源柜9之间的管道上设有压缩空气控制阀10；所述主控制器2分别与压缩空气控制器8和压力传感器6连接。

所述惰性气体输入装置包括位于除气箱1内底部的转子11以及设在除气箱1外的惰性气体源柜12和带动转子转动的电机13，转子11上设有与其配合使用的定子14和转轴，所述定子14为空心，转轴设在定子内部，转轴和定子14之间留有空隙，电机13通过皮带与转轴上旋转轴承座15连接；所述惰性气体源柜12通过管道将惰性气体输送到定子14内进而进入到转子11内，该管道上设有惰性气体控制器16和惰性气体控制阀17，惰性气体控制阀17设在惰性气体控制器16和惰性气体源柜12之间；所述主控器2分别与电机13和惰性气体控制器16连接。

所述转子11内设有与转子同轴的空腔体18，所述定子14的顶部与空腔体18的顶部留有空隙；所述转子11壁上设有多个周向间隔的排放口19，所述排放口19与空腔体18相通；所述转子11的底部设有进铝口20，进铝口20与空腔体18相通。

所述空腔体18为阶梯形，由上到下依次包括第一阶梯21、第二阶梯22和第三阶梯23，所述第一阶梯处的空腔体直径小于第二阶梯处的空腔体直径，第二阶梯处的空腔体直径小于第三阶梯处的空腔体直径，所述排放口19和进铝口20均与第三阶梯处的空腔体相通。

所述定子14的上端部由上到下依次设有两个环形凸台24，所述环形凸台24的纵向截面由靠近定子的一侧到远离定子的一侧逐渐减小；所述上环形凸台位于第一阶梯拐角处，所述下环形凸台位于第二阶梯拐角处，所述上环形凸台到第一阶梯拐角处的间隙小于下环形凸台到第二阶梯拐角处的间隙。

所述除气箱1内设有两个转子11，一个转子靠近铝液进口，另一个转子靠近铝液出口，两个转子之间设有隔板25，隔板25的后方设有中间气动闸板26；所述铝液出口设有出口气动闸板27。

所述转子11的下方设有铝液中转箱28，中转箱28上设有进口和出口，出口与转子上的进铝口20相通。

所述转子11的表面设有吸附沟槽29，所述吸附沟槽29上涂有抗氧化涂层。吸附沟槽有效的扩大了涂层在转子的比面积，增强了涂层与转子的粘附力。

所述主管道和真空发生器7之间的第二分支管道上设有除尘器30。

铝液和更为细小的惰性气泡从排气口排出，更为细小的惰性气泡弥散在除气箱的铝液中，形成了一层惰性气幕，这层惰性气幕在漂浮上升中将铝液中的氢和渣带出，以达到铝液净化的目的。

使用步骤：

1、在使用之前需对箱体进行预热，确保箱体在470℃以上时方可使用；

2、在进铝液前，中间气动闸板抬起，出口气动闸板降下，电机启动并通过主控制器使其保持在一个较低的转速，启动同时通过惰性气体控制器开始向转子内少量供气，对旋转轴承座的冷却气亦同时开启，此时激光测距传感器进入检测准备阶段；

3、铝液开始进入除气箱，激光测距传感器检测到液位的变化，达到设定值时，主控制器触发压缩空气控制器；

4、压缩空气控制器通过压力传感器对除气箱内的压力进行实时监测，同时对送入真空发生器内的压缩空气进行控制，通过调整压缩空气的量化来改变除气箱内的负压值，该变化是经过真空发生器来实现的，该过程中，压缩空气控制器将压力传感器及真空发生器形成一个闭环控制，实时监测实时改变，直接控制铝液所需的输入、输出量；

5、在整个过程中的随动控制，主控制器同时对惰性气体控制器及电机进行调整，随着真空除气箱内液位的变化，对转子的转速及进气量进行实时调整，由于转子位于除气箱的底部，除气箱内的液位变化直接导致转子上部的静压改变，同时增大惰性气体的排放阻力，在一定量化时会出现铝液的反向进入（这个过程是不被允许的），此将带来对设备的极大破坏，因此根据负压的变化（或者液位的变化）必须要调整转子的气量；

6、除气箱内液面根据不同合金密度自动换算箱内铝液容量，除气箱内的负压根据不同合金及不同处理量会设定在不同的值，负压的变化直接体现在箱体内铝液的高度；在达到需要的值后，中间气动闸板下降，将除气箱分成进流腔与出流腔，每个腔体内独立的转子通过进入的惰性气体对铝熔体进行精炼，在中间气动闸板降下的同时，出口气动闸板不完全开启，其在初始阶段保持一个较小的开度，当铸造设备内的铝液达到稳定状态后方完全打开；

7、系统获得铸造结束的指令后，主控制器通过压缩空气控制器对箱体内负压进行调控，整个过程中真空是逐步递减的，在铸造收尾过程中，转子的转速及气量也会根据真空负压的变化进行调整，从而会增加转子使用寿命和减少后期的清理难度。

铝液的流入步骤：

1、铝液由铝液进口进入到除气箱内，转子高速旋转，利用虹吸原理将铝液由中转箱吸入到转子的开放式内空腔体中，使之在小于箱体500倍的空腔体内与惰性气源充分混合搅拌，达到饱和搅拌的目的，使惰性气体形成更为细微的气幕源，从排放口排入到除气箱内；

2、当铝液液面高度高于设定液面值时，中间气动闸板下降，将除气箱分为两个腔室单独对铝液进行精炼。

Claims (7)

1.一种铝熔体净化精炼装置，它包括除气箱，其特征在于：它还包括主控制器，所述除气箱的底部设有惰性气体输入装置，除气箱的顶部设有抽真空装置，惰性气体输入装置和抽真空装置均与除气箱相通；所述惰性气体输入装置和抽真空装置均与主控制器电连接；所述除气箱的两侧分别开有铝液进口和铝液出口，铝液进口和铝液出口位于除气箱的底部；所述除气箱上的铝液进口端电连接有激光测距传感器，激光测距传感器与主控制器电连接；所述抽真空装置包括与除气箱顶部相通的主管道以及与主管道分别相通的第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道上设有压力传感器；第二分支管道上依次设有真空发生器和压缩空气控制器，第二分支管道的端部连接有压缩空气源柜，所述压缩空气控制器设在真空发生器和压缩空气源柜之间，所述压缩空气控制器和压缩空气源柜之间的管道上设有压缩空气控制阀；所述主控制器分别与压缩空气控制器和压力传感器电连接；所述惰性气体输入装置包括位于除气箱内底部的转子以及设在除气箱外的惰性气体源柜和带动转子转动的电机，转子上设有与其配合使用的定子和转轴，所述定子为空心，转轴设在定子内部，转轴和定子之间留有空隙，电机通过皮带与转轴上旋转轴承座连接；所述惰性气体源柜通过管道将惰性气体输送到定子内进而进入到转子内，该管道上设有惰性气体控制器和惰性气体控制阀，惰性气体控制阀设在惰性气体控制器和惰性气体源柜之间；所述主控制器分别与电机和惰性气体控制器电连接；所述转子内设有与转子同轴的空腔体，所述定子的顶部与空腔体的顶部留有空隙；所述转子壁上设有多个周向间隔的排放口，所述排放口与空腔体相通；所述转子的底部设有进铝口，进铝口与空腔体相通。

2.根据权利要求1所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述空腔体为阶梯形，由上到下依次包括第一阶梯、第二阶梯和第三阶梯，所述第一阶梯处的空腔体直径小于第二阶梯处的空腔体直径，第二阶梯处的空腔体直径小于第三阶梯处的空腔体直径，所述排放口和进铝口均与第三阶梯处的空腔体相通。

3.根据权利要求2所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述定子的上端部由上到下依次设有两个环形凸台，所述环形凸台的纵向截面由靠近定子的一侧到远离定子的一侧逐渐减小；位于定子上端部上方的上环形凸台位于第一阶梯拐角处，位于定子上端部下方的下环形凸台位于第二阶梯拐角处，所述上环形凸台到第一阶梯拐角处的 间隙小于下环形凸台到第二阶梯拐角处的间隙。

4.根据权利要求3所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述除气箱内设有两个转子，一个转子靠近铝液进口，另一个转子靠近铝液出口，两个转子之间设有隔板，隔板的后方设有中间气动闸板；所述铝液出口设有出口气动闸板。

5.根据权利要求4所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述转子的下方设有铝液中转箱，中转箱上设有进口和出口，出口与转子上的进铝口相通。

6.根据权利要求1所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述转子的表面设有吸附沟槽，所述吸附沟槽上涂有抗氧化涂层。

7.根据权利要求1所述的铝熔体净化精炼装置，其特征在于：所述主管道和真空发生器之间的第二分支管道上设有除尘器。