CN105992638B - 旋转注射器和在熔化铝中添加助熔固体的方法 - Google Patents

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Abstract

旋转注射器包括伸长轴，所述轴具有近端和远端，以及在该伸长轴的近端处的叶轮，所述伸长轴和叶轮在操作过程中绕着轴的轴线一起可旋转，该旋转注射器为中空的，并具有沿着所述轴延伸并横跨所述叶轮的内部供应导管，所述内部供应导管在轴的近端处具有入口，从入口延伸至排放部分的主要部分，延伸至轴向出口的排放部分，该排放部分具有与所述供应导管的主要部分连接的狭窄端，以及在轴向出口处的较宽端。

Description

旋转注射器和在熔化铝中添加助熔固体的方法
技术领域
本发明大体上涉及一种用于将颗粒固体材料加入液体的方法和设备，并尤其应用于将助熔颗粒加入熔化炉内的铝中的方法和设备。
背景技术
旋转注射器用于处理熔化铝，例如在美国专利6,589,313中公开的。在这些应用中，被称为旋转助熔注射器的旋转注射器，用于将盐引入较大体积的炉中保持的熔化铝内。
已知的旋转注射器的例子如图1所示，其具有旋转轴15，其一般由耐热材料，例如石墨组成，导向至安装在其端部的叶轮。在旋转注射器内设置供应导管，该供应导管沿着轴伸展并导向至穿过叶轮的出口处。一般以颗粒盐的混合物形式存在的助熔剂沿着供应管通过载气所掺加。该叶轮具有带叶片或类似物的盘状体，以助于混合在被称为剪切行为中熔化金属内的助熔剂。
已知的旋转助熔注射器在某种程度上来说是令人满意的。但是，由于助熔时间限制了炉的生产力，改善剪切效率、同时以缩短助熔时间和提高产率为目的，依然是人们想要的。此外，旋转助熔注射器的效率受到供应导管发生阻塞的限制，这种管道的阻塞特别在较低的熔化铝温度(例如：低于705-720℃)下发生。因此，在熔化铝达到特定的温度阈值之前不使用旋转助熔注射器，而该加热周期因此从助熔的观点来看并非有益的。
发明内容
与盐阻塞的形成相对比，系统低温阻塞的原因被鉴别为金属阻塞的形成。
现已发现，提供具有截头锥状的供应导管的排放部分可解决由金属阻塞形成引起的系统性低温阻塞的发生，以此使得用户可更早地使用旋转注射器，该旋转注射器减少整体的处理时间以及改善的效益。
此外，现惊奇地发现提供具有带尖锐边缘的截头锥状的供应导管的排放部分可导致剪切效率的显著增加，以此提供效应的更进一步改善。这种在剪切效率中的改善可在除了助熔铝的其它应用中有实用性，特别在加入颗粒固体材料或将气体与其它除了铝之外的金属材料，或甚至除了熔化金属之外的液体进行混合的方法中更实用。
因此，根据一个方面，提供了一种旋转注射器，其包括具有近端和远端的伸长轴，以及在伸长轴的远端处具有叶轮，该伸长轴和叶轮可在运作期间绕着轴的轴线共同地转动，该旋转注射器为中空，并具有供应导管，所述供应导管沿着轴伸展并穿过叶轮，该供应导管在轴的近端处具有入口，从入口延伸到排放部分的主要部分，该排放部分延伸至轴向出口，该排放部分具有狭窄端，该狭窄端将供应导管的主要部分与轴向出口的边界端进行连接。
根据另一个方面，提供了一种利用旋转注射器来处理熔化铝的方法，该方法包括：将旋转注射器的头部引入熔化铝中，当旋转注射器的头部在熔化铝内时，沿着顺着旋转注射器轴的供应导管而掺加着颗粒处理固体，并从旋转注射器的头部离开，同时在旋转注射器的头部转动该叶轮；并通过增加供应导管的横截面积而减少颗粒处理固体在排放导管的排放部分的速度。
通过以下的公开，本领域的技术人员将更明白关于本发明改善的许多其他特点，以及这些特点的结合。
附图说明
在所有的附图中，图1简要地展示了用于在炉内保温的熔化铝的旋转注射器；
图2和图3为展示了叶轮示例的两个不同的斜视图；
图4为旋转注射器在使用过程中的简要截面图；
图5图示地展示了阻塞率和熔化铝的温度之间的关系；
图6A和6B为在低温使用旋转注射器时获得的阻塞的图；
图7为在旋转注射器的操作过程中不同位置上的温度变化的详细图示代表；
图8为具有宽阔的排放部分直到供应导管的旋转注射器的简要截面图；
图9为如图8所示的旋转注射器的使用的详细代表图；
图10和11展示了当检测到暂时阻塞时由利用图9中的信息来主动中断图8中旋转注射器的使用而获得的锥状阻塞；
图12为代表剪切效率变化的详细图示；
图13A-13C为用于旋转注射器的宽阔排放部分形状的可替代实施例的截面图；
图14详细地展示了在剪切效率中的图示代表示例变化；
图15为测试的图示代表图；
图16为图15中测试步骤的描述；
图17为另一个测试的图示代表图；
图18为实验结果的图；
图19为实验结果的图；
图20展示了实验结果；
图21简要地展示了如图8所示的旋转注射器的操作；以及
图22为在使用过程中具有宽阔排放部分的旋转注射器的截面图。
在上述附图中，缩写RFI指代旋转磁通注射器。
具体实施方式
现看图1，大型铝熔炉10具有侧开口11，并包括具有熔化表面13的熔化铝12浴。延伸穿过开口11的为旋转注射器，其具有伸长轴15，所述伸长轴15具有轴线，近端27和相对的远端，安装在轴15的远端上的叶轮16。供应导管沿着轴的整个长度而内部地延伸至轴向出口，穿过叶轮16(未图示)。在使用的过程中，颗粒助熔剂固体沿着轴16的供应导管被气体所掺加，进入熔化金属浴12。在使用过程中，颗粒助熔固体注入熔化金属浴12时轴15以及叶轮转动。因此，颗粒助熔固体通过它们离开轴的远端时的速度，并且通过产生剪切应的叶轮的转动而分散到液体铝当中。该助熔固体可用于减少例如较大铝熔化以及保温炉当中的碱金属以及颗粒。
可选择性安装于轴或者从轴处拆卸的叶轮16的一个实施例详细地展示于图2和3中。在部件由石墨制成的情况下，将叶轮设置为从轴处分离的部件是有利的。在该实施例中，叶轮16在一侧具有螺纹套接口，以牢固地接纳轴15的远端，并在另一侧具有导向至供应导管的圆形出口边缘28的孔26。该叶轮16包括圆盘状板17，其直径一般为40cm，其具有被项圈20围绕的轴向开口，用于安装至轴15。该板17具有近端面18，接纳轴15和远端面19。固定在近端面18上的是多个径向安装叶片21，它们具有锥形内部端面22。这些叶片21的内部端优选地在径向距离大于项圈20的半径之处终止，以提供在项圈和叶片的内部边缘之间的环状空隙。固定在板17的底部面处的是另一系列的径向安装的，具有锥状内部端表面的叶片23，该叶轮在使用中，优选地被转动，使得锥状内部端面22位于现对于转动方向的叶片的侧部。通过叶轮的设置，该固体/气体混合物沿着轴15的供应导管和通过项圈开口20来进料，在该点上，底部叶片23可用作将固体/气体混合物与熔化金属混合。当固体为盐助熔剂时，可通过其进入熔化铝的点来熔化，并容易地通过叶片23来被剪切为小液滴，以有效地将它们分散。在替代实施例中，该圆盘状的叶轮可具有多于一个重叠板。
图7简要地展示了在熔化铝30的操作过程中，具有安装于轴15的叶轮的旋转助熔注射器14。该内部供应导管29沿着轴15以伸长圆柱的方式来延伸，并导向至圆形出口端28。该颗粒材料以速度Si掺加在供应导管内，该供应导管强烈地取决于载气的速度。该颗粒材料从出口端28处排出，并形成熔化铝30内的云32。云32的深度D直接地与供应导管中的速度Si，以及熔化铝30中的黏度有关。旋转助熔注射器14在旋转，同时加入了颗粒材料，其方式为叶轮16的转动促进颗粒材料混合，或剪切进入熔化铝当中。
在使用上述的旋转助熔注射器时，现发现在低温下出现显著的阻塞问题，达到了限制设备使用的程度。对此进行了研究，并发现该阻塞是由于金属阻塞在供应导管的排放部分形成。事实上，现发现当冷却金属，例如在低于约705-720℃的温度之下，与轴接触，其得到固化并形成阻塞，以此显著地降低了助熔处理的干预。这在当轴由热传导材料，例如石墨制成时特别显著，该材料可将热量从熔化金属处以显著的速度取走。阻塞发生和熔化铝的温度之间的关系的例子在图5中展示。
在生产某些合金时，例如5000铝系列，该助熔时间可为显著的，例如多于一个小时，其对炉循环具有直接影响。为了减少对循环时间的助熔影响，可理想地进行预助熔，这种做法包括当液态金属被卸入炉内时，做一部分的助熔。在预助熔中使用旋转助熔注射器被发现由于阻塞而有问题的。对于在5000系列的合金来说，该助熔温度在740到750℃之间，但预助熔在680和700℃之间的温度下进行。
如图4所示，使用典型的旋转助熔注射器来进行测试。这导致观察到如图6A和6B中所示的圆柱形金属阻塞的某些发生。更特别地，图6A中所示的金属阻塞从在具有气流速度为60L/min，30PSI之下的在熔化金属温度为679℃进行的测试中获得，但如图5B所示的金属阻塞在具有气流速度为100L/min的熔化金属温度为680℃之下获得的。
更特别地，应当明白，在将轴插入熔化金属之内时，静态金属压力允许铝渗透入供应导管的排放部分。该石墨轴形成散热器，其使在排放部分之内的金属得到固化。
阻塞机理如图7所示，接近轴的金属的温度以及被旋转助熔注射器所注入的气体的压力按照特定的趋势。在轴插入熔化金属的过程中，接近叶轮的温度由于通过旋转助熔注射器所形成的散热器快速地下降。该温度的下降引起供应导管的排放部分的金属的固化。这导致了氮供应系统的压力增加。在完成轴的解阻塞以及回到正常的注射压力之前，金属阻塞的形成包括两个步骤。
图8简要地展示了旋转助熔注射器1147的另一个替代实施例。在替代的实施例中，该旋转助熔注射器114具有扩展的排放部分，该排放部分具有相对于旋转轴136的角度。该扩展排放部分134从出口128延伸至供应导管129的圆柱主要部分138，沿着给定长度来穿过叶轮116和轴115的一部分。在该情况下，该扩展排放部分134为可见的，以具有朝着出口128的截头锥状的向外扩展，并形成具有在出口128处的叶轮的远端面的尖锐边缘。
现发现使用具有尖锐边缘的扩展排放部分134不但可允许解决低温下发生的阻塞，还可惊讶地增加剪切效率。
实施例1
测试一般与旋转助熔注射器114一起进行。在第一实施例中，排放部分的角度为10°，其在供应导管的主要部分连接之处的排放部分的直径为7/8"，并以截头锥状的方式沿着3英寸的长度向外扩展，至尖锐出口的直径21/8"处。在6吨的炉内，在680℃和氮气流动速度为150L/min下进行了6个测试。典型的结果展示于图9中。在这些测试中可见有两个连续的阻塞，然而，这些测试中没有一个能导致永久的阻塞。当温度上升时，金属阻塞被排出。因此，使用检测轴的最后解阻塞的编程环，可能在低温下助熔。这种编程还可减少盐供应网的阻塞风险，因为盐注入可仅在金属阻塞去除后开始。
进行第七个测试，该测试在阻塞期间被中断，并在该测试中，撤回了金属阻塞。该金属阻塞如图10和11所示。其展示了具有在长度上几公分的轴的排放部分的截头锥状部分足以形成阻塞的形状，该形状可轻易地被排出。如果金属的温度太低而不能允许阻塞的重新熔化时，该排出可在更高温度下的助熔步骤中自动被解除阻塞。
为了确定从熔化金属处碱金去除的动力学上的形状改变的影响，绘出了钙去除曲线，这些曲线展示于图12。此外，以下的表1展示了使用扩展排放部分的测试的不同之处，它们具有使用相同叶轮的测试，但将供应导管的先前圆柱延伸作为排放部分。
惊奇地，现发现使用具有尖锐出口边缘的截头锥状排放部分不仅可促进金属阻塞的排放，还可提供至少在该测试环境中，改善了金属处理动力学(助熔)的意料之外的优点。
用于表1中总结的测试的旋转注射器在图21A-21C中展示。更特别地，图21A和21B展示了具有带有尖锐出口边缘的排放部分的旋转注射器，然而，图21C展示了具有连续圆柱排放部分的旋转注射器。
实施例2
对具有轴的排放部分进行测试，所述轴的排放部分具有与上述的实施例1所述的相比的相同长度和角度，但当出口边缘围绕着1cm的半径，例如图13的半径，而不是尖锐的。
更特别地，测试在6吨的炉内进行，具有氮气的流速为150L/min，以及盐的流速为350g/min。在每个测试之前，15ppm的初始确定的钙浓度加入在6吨炉内的熔化金属中。结果展示于图14，并总结在下表2中。
现发现具有这种结构的碱去除动力学显著地下降(具有尖锐边缘的扩展排放部分)。现相信效率的减少可至少部分地通过附壁效应来解释。通过跟随排放部分的表面，盐的轨迹变得径向。该盐被叶轮所剪切，但更快速地向熔化金属表面推进，减少了熔化金属的停留时间。在金属表面上液态盐的大量积累的观察似乎符合这种理论。这些液态盐的大量积累并没有出现在表1所示的其它结果中。相应地，因此，出口的尖锐边缘，即：比1cm要更小的半径，在获得改善的优势方面有更好的特点。
实施例3
利用具有截头锥状排放部分的轴来进行21个测试，该排放区域所具有的直径在与供应导管的主要部分连接之处从2.2cm延伸至其尖锐圆形出口边缘的5.4cm，沿着7.62cm的轴向长度。
平行助熔的测试包括21个测试中的8个。其由在最后电解车间坩埚的加料过程中的助熔组成。用于这些测试的助熔周期总是在铝的总量达到90公吨时开始，以确保转子浸入液态金属中。
在平行助熔的测试的测量为以下：
·在旋转注射器轴中的压力。
使用熔炉热电偶和与"Hioki"连接的接收器的热电偶的金属温度。
通过光谱学用金属样品来测量钠。
其它的13个助熔测试在标准助熔规则的过程中来完成。在这些测试中仅使用金属样品。
如何进行两种测试的金属样品(平行助熔以及普通助熔)：
·在助熔开始之前花费一个金属样品。
·一旦开始了助熔，在下一个10分钟内，每两分钟取一次金属样品。
此后，剩余的助熔时间中每五分钟取一次金属样品(一般来说，五分钟用于平行助熔，25分钟用于标准规则)。
为了比较钠去除率，计算每个测试的动力学常数，并将其与从前述实验中而来的进行对比。
人们寻求减少旋转注射器处理对整个炉循环时间的影响。研究了三种方法来得到这个目标：
·与其它炉操作来平行操作该旋转注射器。
·减少低温时旋转注射器阻塞，以在炉循环中更早进行操作。
·减少助熔时间。
当在炉循环内更早操作时旋转注射器阻塞循环的表征。
在8个不同的时刻进行对旋转注射器阻塞循环的表征：
在这种环境下所展示了实验：当浸没在超过720℃的金属中，旋转注射器轴具有5％的阻塞概率。阻塞的几率随着温度的增加而增加。在上述所总结的测试中，八个当中只有两个测试所具有初始金属温度低得足以阻塞旋转注射器(测试2和4)。即使超过720℃的金属温度允许了助熔机会，罕有的阻塞事件限制了可以完成的分析数量。
然而，在前述的实验中更频繁地测量低温金属温度。在该实验中所测量的更高金属温度会经受被更好的钳锅管理所引起，将其浇灌在炉内之前，减少了金属热量损失。
7号测试的例子图示地展示了当图15中的金属温度高于720℃时的典型的测量。在图16中提供了7号测试的步骤的详细说明。
测试2和4具有条件来阻塞旋转注射器轴。用于2号测试的测量图示地展示于图17中。
对于特定的2号测试，初始的金属温度(≈705℃)显著地低于其它测试。在4分钟之后，压力从3.5增加到≈11PSI，其以轴内的熔化铝的固化为特征。以下的压力的下降指示了金属被排出，且轴不再阻塞，而助熔在测试的第15和24分钟期间成功地完成了。
最后，阻塞表征通过对测试阻塞的时刻的数量而受到限制。
当助熔在炉循环中更早时钠去除率分析。
为了评估助熔效率，对每个助熔测试进行动力学常数k(min-1)计算。数值越高，钠浓度的降低将越快，因此，旋转注射器的处理更有效。从之前测量的所使用的参考常数值为0.04min-1。
以下的等式描述了钠去除率：
其中，
c0 初始的钠浓度(ppm)
c 给定时刻t时的钠浓度(ppm)
t 时间(分钟)
k 动力学常数(min-1)
由于发生许多炉活动，计算用于平行助熔的动力学常数为不可靠的。这些行为连续地改变了金属钠的浓度，干扰了与钠去除率的计算。例如，在固体金属熔化或液体金属被倒入炉内时。以下的表4展示了用于每个测试的信息，包括所计算的动力学常数k。
为了增加钠去除率计算的准确性，继续进行测试，但这次没有任何钠浓度干扰。为了这样做，在标准的助熔期间(在炼制合金之后)进行了许多的助熔测试。
在标准助熔行为期间的钠去除率分析
前述的实验展示了当用锥形轴助熔时，旋转注射器钠去除率的增加。为了测量去除速率，计算在标准助熔期间所进行的用于助熔测试的动力学常数。关于所有13个测试的信息展示在表5中。
完成了十三次助熔测试，尽管如此，编号为1、3和7的测试不予考虑，因为钠浓度过低，使得光谱测量变得不可靠。许多测试都具有非常高的碱去除率值，其大约是参考数据值的两倍。据信，锥形旋转注射器轴减缓了气体流速，允许更多的盐流经旋转注射器转子。因此，剪切增强了，反应的动力学增强了。
然而，所获得的动力学值被分成两种不同的组。事实上，9号实验展示了与前述实验很不同的动力学常数，以及具有类似于参考数据(k《0.04min"1)的数值。对于该特定的实验，在旋转注射器中的盐流速率比通常速度要更慢。后来，研究展示了锥形轴被金属处理的残留物部分地阻塞。该事件之后的测试(10to 13)都展示了显著低于第一个8次实验的动力学常数。图18展示了在测试9之后的部分阻塞的截头旋转注射器。
如图18所示，金属处理残留物固化并覆盖所述轴的锥形部段。锥形轴的端点在直径上减少了约25％(从5.4减少到4cm)。这种阻塞似乎减少了新轴设计的有效性。
图19将在测试时获得的三组动力学常数进行比较。第一组由用于在利用锥形轴助熔时所取的测量值的动力学常数值构成(1-8号测试)。该第二组为当锥形轴部分阻塞时的动力学常数(9-13号测试)。最后一组为在利用标准旋转注射器轴助熔时来自之前测试的参考数据。
如图19所示，新锥形轴所具有的动力学值为0.092min"1，其稍微多于在使用标准旋转注射器轴时获得的动力学值的两倍。这种改善表示了旋转注射器处理2倍的快速，减少了所需要的时间和盐的量的一半，以达到相同的最后钠浓度。
该动力学值如图20所示。在1部分内的虚线代表了高动力学值(测试1-8)，而在部分2内的实线代表了测试9(测试9-13)之后的动力学值。该部分2内的虚线为如参考值所使用的标准动力学值。
助熔对整个炉循环影响的潜在减少
基于生产的历史数据，现发现在炉内更早地低温助熔与改善的动力学结合可对炉循环时间的助熔影响减少85％。助熔可在热金属装料期间进行，炼制合金以及其它的炉操作。
实施例4
使用6的角度来进行其它测试。这些测试似乎展示了可与10°或12°下进行的测试比较的剪切效率。
结论
具有尖锐边缘的本发明的轴的排放部分的宽阔形状减缓了气体在助熔过程中，离开轴之前的速率，这反过来有利于上述实施例中叶轮的剪切效应，以此潜在地改善了在熔化金属中脱碱的动力学。
其简要地在图22中得以展示，其中的颗粒盐的速率为处于供应导管的主要部分中的Si，并由于在该区域中的载气的减缓，根据流体机械原则而减缓为在排放部分的出口处的S2。因此，颗粒材料“云”的深度D与排放部分将连续地与供应导管的主要部分成柱形的情况相对比起来则减少。反过来，在“云”中的具有较少深度的颗粒材料对应地更接近于叶轮，以此改善了剪切效率。
如上的示例，实验证明了对于5°到15°之间角度的剪切效率的潜在增加，并应当相信，可使用0-90°之内的更宽锥度角度范围，例如达到20°的角度。
增加还可通过扩展排放部分的效应来获得，其可阻止低温下的金属阻塞阻塞。更特别地，该轴的排放部分的宽阔形状允许了用于冷温度下的助熔金属的设备的使用，该冷温度例如在680℃和720℃之间，以此增加了整体铸造中心的效率。确实，在冷温度下处理金属允许了要执行的助熔同时地与其它炉操作一起进行，该其它的炉操作例如为热金属装料和/或炼制合金之前的操作。由于阻塞问题在类似的背景技术中的设备中出现，助熔不可在更冷的金属温度下执行，并因此在熔化金属炼制合金之后执行。
轴可由合适的材料，优选为石墨来制成。可使用许多类型的石墨，包括结合物。例如，轴的锥形排放部分可由第一材料制成，而轴的剩余部分可由第二材料制成。
根据本发明的公开，本领域的技术人员将显然地明白如何将本发明的公开用于其它的利用旋转注射器将颗粒固体或气体混合到液体内的申请中。应当相信，剪切效率的提高可明显地应用于包括将气体或颗粒材料引入除了铝的其它类型金属中，甚至将气体或颗粒材料一起引入除了金属之外的其它材料中。例如，宽阔的排放部分可用于钢处理的氧切割，或在采矿工业的污泥悬浮细胞中的气体注射。
在替代的实施例中，宽阔排放部分的长度可变化。该长度的改变可成为轴的角度和尺寸的函数。例如，15°的角度可具有非常大的转子以达到深于约3英寸。此外，测试展示了长度对结果具有限制的效果，主要的效果来自于角度。另一方面，如果寻求与低温的妨碍性阻塞关联的增加，排放部分的长度应当至少为约金属阻塞的预期尺寸。以这种逻辑，当需要在高温下操作旋转注射器时，所需要的长度较小；反之亦然。为了产生可在一个条件的范围下进行操作的旋转注射器，该供应导管的宽阔排放部分的长度可被设置为鉴于预期金属阻塞尺寸而允许最差的情况，同时将期望的剪切效率作为考虑因素。应当明白在妨碍性低温金属阻塞形成中的宽阔形状的优点与金属阻塞和供应导管的排放部分之间的摩擦的减少有关。更特别地，为了从圆柱形排放部分中排出金属阻塞，穿过阻塞的压力差必须克服金属阻塞和排放部分内壁之间的动力学摩擦，而该动力学摩擦可实际地通过使用合适成形的排放部分来去除，在给定的角度和形状中，宽阔的排放部分的长度是足够的，以使得充分掺加并分散在剪切区域内的气体/流混合的方式来允许从出口处喷出的速度减少和宽阔喷射。
在一些实施例中，长度可根据比例和排放部分的入口端和轴向出口之间的角度来选择，并更特别地以获得在1.25和7.25之间的排放部分入口端和轴向出口之间的表面比例的方式来进行。例如，在内部供应导管为7/8"，并对应于排放部分的入口端的直径的情况下，并具有从在排放部分的入口端和轴向出口之间的轴的7°角度，该排放部分的轴向长度可为0.5和6英寸之间，其中在内部供应导管直径为7/8"并对应于排放部分的入口端的直径时，并具有在排放部分的入口端和轴向出口之间的轴的15°角度，该排放部分的轴向长度可在0.2和2.75英寸之间。在一些实施例中，优选地，保持3和5之间的比例要比1.25和7.25之间的比例要好。
在替代的实施例中，扩展排放部分的实际范围可随着将扩张形状保持在可工作范围内的同时而变化。图13B和13C展示了具有如角度a所示的两个特定示例。如图13B所示的实施例具有多个连续扩展的圆柱阶段。应当明白，在替代的实施例中，某些或所有的这些阶段可为锥状而不是圆柱形。图13C展示了以扩散器形状提供的另一个变形例。在任何情况下，要注意：设计或选定形状的任何肩部或特点应当适于阻碍柯安达效应下的混合物到内表面的粘合。此外，应当注意避免那些会阻碍要获得理想效应的流扩宽或速度减小的形成的特征。
正如上述所理解的，上述的例子仅限于示例。例如，在替代的实施例中，轴和叶轮可为单一部件而不是两个组合部件，轴可为不同长度，且扩展排放部分可制成叶轮的轴的部分，或部分地成为轴和叶轮的部分。其范围可通过附加的权利要求所限定。

Claims (32)

1.旋转注射器，其包括具有近端和远端的伸长轴，以及在该伸长轴的远端处的叶轮，所述伸长轴和所述叶轮在运作时可一起围绕所述轴的轴线转动，所述旋转注射器为中空的，并具有内部供应导管，该内部供应导管沿着所述轴延伸并穿过所述叶轮，所述供应导管在所述轴的近端处具有入口、从所述入口延伸至排放部分的主要部分、延伸至轴向出口的排放部分，所述排放部分具有与供应导管的主要部分连接的狭窄端，以及在所述轴向出口处的较宽端；其中所述叶轮具有与轴相对的远端面，以及从远端面轴向突出的叶片，所述叶片在轴向出口外部并围绕轴向出口。
2.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述排放部分具有截头锥状形状。
3.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述轴向出口具有尖锐边缘。
4.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述排放部分具有相对于所述轴的轴线5到20°之间的角度。
5.根据权利要求4所述的旋转注射器，其特征在于，所述排放部分具有相对于所述轴的轴线5到15°之间的角度。
6.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述排放部分具有沿着所述轴的轴线3英寸的长度。
7.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述排放部分的上游端与轴向出口的表面比在1.25和7.25之间。
8.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述叶轮设置为以与所述轴不同的部件的形式，并可从所述轴处拆卸。
9.根据权利要求8所述的旋转注射器，其特征在于，所述轴的远端以及叶轮通过对应的阳性和阴性螺纹匹配地相互接合。
10.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述轴和叶轮由石墨制成。
11.利用旋转注射器来处理熔化铝的方法，所述方法包括：
将旋转注射器的头部引入熔化铝中，所述旋转注射器的头部具有带叶片的叶轮；并且
当该包括叶片的旋转注射器的头部保持浸入熔化铝中并同时旋转时：
使用载气沿着沿所述旋转注射器的轴的供应导管掺加颗粒处理固体并使其从所述旋转注射器的头部的轴向出口中出去，
通过所述供应导管的截面面积的增大，减小在所述供应导管的排放部分处的颗粒处理固体的速率，并且
通过叶片的转动剪切离开轴向出口的颗粒处理固体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，助熔熔化铝的方法在具有质量为10-150吨的铝的炉中进行。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述旋转注射器的头部引入的步骤是在熔化铝的温度低于720℃时进行的。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述温度低于700℃。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体的步骤在熔化铝的热金属装料过程中进行。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体的步骤在炼制合金的步骤之前进行。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体的步骤与其它炉的操作平行进行。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，一旦铝的量达到90吨，则助熔是在最后电解坩锅的装料期间进行的。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体是在熔化铝的热金属装料期间进行的。
20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体是在炼制合金的步骤之前进行的。
21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，掺加颗粒助熔固体是与其它炉的操作平行进行的。
22.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，一旦铝的量达到90吨，则助熔是在最后电解钳锅的装料期间进行的。
23.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述旋转注射器用于处理熔化金属，所述轴向出口直接暴露于熔化金属中。
24.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，当旋转注射器用于处理熔化金属时，所述排放部分和供应导管用于装入颗粒处理固体，并在使用之前为空的。
25.利用旋转注射器来处理熔化铝的方法，所述方法包括：
将旋转注射器的头部引入熔化铝当中；
当该旋转注射器的头部位于熔化铝当中时，沿着沿所述旋转注射器的轴的供应导管掺加颗粒处理固体并使其从所述旋转注射器的头部中出去，同时旋转所述旋转注射器的头部处的叶轮，并且
通过所述供应导管的截面面积的增大，减小在所述供应导管的排放部分处的颗粒处理固体的速率，
其中所述掺加颗粒助熔固体是在熔化铝的热金属装料过程中进行的。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将所述旋转注射器的头部引入是在熔化铝的温度低于720℃时进行的。
27.利用旋转注射器来处理熔化铝的方法，所述方法包括：
将旋转注射器的头部引入熔化铝当中；
当该旋转注射器的头部位于熔化铝当中时，沿着沿所述旋转注射器的轴的供应导管掺加颗粒处理固体并使其从所述旋转注射器的头部中出去，同时旋转所述旋转注射器的头部处的叶轮，并且
通过所述供应导管的截面面积的增大，减小在所述供应导管的排放部分处的颗粒处理固体的速率，
其中一旦铝的量达到90吨，则助熔是在最后电解钳锅的装料过程中进行的。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，将所述旋转注射器的头部引入是在熔化铝的温度低于720℃时进行的。
29.根据权利要求2所述的旋转注射器，其特征在于，所述轴向出口具有尖锐边缘。
30.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，所述叶轮的远端面是径向延伸的表面。
31.根据权利要求30所述的旋转注射器，其特征在于，所述叶轮的远端面垂直于轴的轴线。
32.根据权利要求1所述的旋转注射器，其特征在于，叶片轴向延伸超过供应导管的轴向出口。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104874774B (zh) * 2015-06-05 2017-07-11 派罗特克（广西南宁）高温材料有限公司 一种镶芯喷粉石墨转杆及其加工方法
CN110607461B (zh) * 2018-11-16 2023-05-09 柳州职业技术学院 一种铝合金精炼用长效复合式石墨搅拌装置及制备方法
CA3031491C (en) 2019-01-03 2020-03-24 2498890 Ontario Inc. Systems, methods, and cored wires for treating a molten metal
CN113186420B (zh) * 2021-03-24 2022-05-10 东北大学 基于复合磁场作用下的电磁搅拌制备泡沫铝的装置及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4040610A (en) * 1976-08-16 1977-08-09 Union Carbide Corporation Apparatus for refining molten metal
EP0395138A1 (en) * 1989-04-20 1990-10-31 Protecme S.R.L. Device for the purification of molten metal, in particular aluminium
US5080715A (en) * 1990-11-05 1992-01-14 Alcan International Limited Recovering clean metal and particulates from metal matrix composites
NO176553B (no) * 1993-04-14 1995-01-16 Norsk Hydro As Injeksjonsutstyr
US6106588A (en) * 1998-03-11 2000-08-22 Mc21 Incorporated Preparation of metal matrix composites under atmospheric pressure
CN1469935A (zh) * 2000-10-20 2004-01-21 �����Ƥ�� 用于处理一种液态金属的气体扩散装置
WO2004029307A1 (de) * 2002-09-19 2004-04-08 Hoesch Metallurgie Gmbh Rotor, vorrichtung und ein verfahren zum einbringen von fluiden in eine metallschmelze
CN1498281A (zh) * 2001-01-22 2004-05-19 艾尔坎国际有限公司 采用混料叶轮用颗粒状处理剂对熔融金属的处理
CN102212703A (zh) * 2006-07-13 2011-10-12 派瑞泰克有限公司 用于使气体散布到熔融金属中的推进器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU409724A1 (zh) * 1971-01-11 1974-01-05
US3870511A (en) 1971-12-27 1975-03-11 Union Carbide Corp Process for refining molten aluminum
JP3520286B2 (ja) * 1996-07-16 2004-04-19 ペシネー・ジャポン株式会社 金属溶湯処理用回転式処浬ガス拡散装置
US6375712B1 (en) 1998-05-27 2002-04-23 Helge O. Forberg Method of removal of light metals from aluminum
AU9354001A (en) * 2000-09-12 2002-03-26 Alcan Int Ltd Process and apparatus for adding particulate solid material to molten metal
US6509816B1 (en) 2001-07-30 2003-01-21 Glimmerglass Networks, Inc. Electro ceramic MEMS structure with oversized electrodes
JP2004292941A (ja) 2003-03-28 2004-10-21 Nippon Light Metal Co Ltd 金属溶湯の精製装置およびこれに用いる精製方法
US7441319B2 (en) * 2004-12-07 2008-10-28 S & B Technical Products, Inc. Snap fit sealing gasket with precisely located internal retainer ring for triangular pipe grooves
WO2007048240A2 (en) 2005-10-25 2007-05-03 Alcan International Limited In-line salt refining of molten aluminium alloys
PL2190563T3 (pl) * 2007-09-10 2012-02-29 Sulzer Mixpac Ag Mieszalnik dynamiczny

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4040610A (en) * 1976-08-16 1977-08-09 Union Carbide Corporation Apparatus for refining molten metal
EP0395138A1 (en) * 1989-04-20 1990-10-31 Protecme S.R.L. Device for the purification of molten metal, in particular aluminium
US5080715A (en) * 1990-11-05 1992-01-14 Alcan International Limited Recovering clean metal and particulates from metal matrix composites
NO176553B (no) * 1993-04-14 1995-01-16 Norsk Hydro As Injeksjonsutstyr
US6106588A (en) * 1998-03-11 2000-08-22 Mc21 Incorporated Preparation of metal matrix composites under atmospheric pressure
CN1469935A (zh) * 2000-10-20 2004-01-21 �����Ƥ�� 用于处理一种液态金属的气体扩散装置
CN1498281A (zh) * 2001-01-22 2004-05-19 艾尔坎国际有限公司 采用混料叶轮用颗粒状处理剂对熔融金属的处理
WO2004029307A1 (de) * 2002-09-19 2004-04-08 Hoesch Metallurgie Gmbh Rotor, vorrichtung und ein verfahren zum einbringen von fluiden in eine metallschmelze
CN102212703A (zh) * 2006-07-13 2011-10-12 派瑞泰克有限公司 用于使气体散布到熔融金属中的推进器

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