CN106907937A - 一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置，该旋转搅拌装置包括中空转轴和旋转喷嘴，中空转轴的底端连接旋转喷嘴；旋转喷嘴包括：顶板，其横截面外轮廓为第一八边形，第一八边形包括四条上长边和四条上短边，上长边和上短边间隔设置；顶板的中央设有上圆孔；底板，其横截面外轮廓为第二八边形，第二八边形包括四条下长边和四条下短边，下长边和下短边间隔设置；底板的中央设有下圆孔，下圆孔的孔径大于上圆孔；隔板，其位于顶板和底板之间，隔板的上下两端分别连接顶板和底板。本发明中，顶板和底板的横截面外轮廓均为八边形，相对于现有技术中的圆形，具有更好的搅拌力、更大的搅动范围，对气体更强的剪切作用，从而可以产生更弥散、覆盖范围更大的细密气泡。通过设置引流槽，可引导气体的流动，加速气体的扩散。

Description

一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置

技术领域

本发明涉及一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置。

背景技术

在熔化的金属中存在溶解的气体会导致成型缺陷。例如，由于存在氢气而产生的多孔会导致铝或铝合金铸件及锻压件产品中存在一些缺陷。具体而言，氢气渗出至产生空隙和不连续性(例如氧化物杂质)会导致在生产铝合金板、片、带期间生成气孔，诸如铸件中多孔的其它缺陷也与氢气的存在有关。目前，在处理熔化的铝和铝合金时，通常的做法是通过诸如氯气、氩气、氮气或这些气体的混合物进行清洗来清除氢气及固体杂质，该过程称为“脱气”。完成脱气的一种方法是使用连接了转子的中空轴，在使用中，轴及转子是转动的，而气体向下通过轴经转子分散于熔化的金属中。

中国专利200880023490.X公开了一种用于处理熔融金属的旋转装置，装置包括：中空轴，转子在中空轴的一端处，转子具有：顶部和底部，顶部和底部间隔开并由多个间隔物连接；通路，其被限定在每对相邻的间隔物和顶部和底部之间，每个通路在转子的内表面具有入口和在转子的外周表面中具有出口；每个出口具有比各自的入口更大的横截面面积，并被设置成从那里径向向外；流动通路，其被限定经过轴进入通路的入口并从出口出来；和腔，熔融金属和气体能够在其中进行混合；其中：多个第一切除部被设置在顶部，并且多个第二切除部被设置在底部；第一和第二切除部中的每个都与一条通路相连。

中国专利200380109877.4(XSR)公开了一种熔化的金属中分散气体的转动装置。其包括在其一个端部连接有转子的中空轴。转子具有顶部和底部，顶部与底部相间隔并由多个叶片所连接。隔舱构造于每个相邻的叶片对之间和顶部与底部之间，而每个隔舱具有入口和第一及第二出口。流动路径被构造成通过轴进入隔舱的入口并走出第一及第二出口。每个第一出口从相应的入口径向地向外配置，并被布置成在使用中从转子横向地分散气体；而每个第二出口配置在转子的顶部，并被布置成在使用中从转子向上地分散气体。

中国专利85108571公开了一种将气体分布于熔化金属中的旋转装置包括一个中空轴和一个固接在该轴上的转子，转子是中空的，并且有：若干叶片，每一叶片从该轴附近向转子外圆延伸，因此，中空转子内部被分成若干室；在转子的顶部或底部靠近该轴的至少一个孔和在转子外圆表面上的至少一个孔，因此，当转子旋转时，熔化金属通过顶部或底部的一个或多个孔，进入每一该室，并通过外圆面上的一个或多个孔向外流出。

中国专利89101170.6公开了一种在熔融金属中弥散气体的回转装置，其包括一空心轴和与轴联接的一空心转子，转子有许多从其轴向周边伸出并将转子分为许多隔间的叶片，每个隔间有一邻近轴的入口和一邻近转子周边的出口，转子有使气体从轴的排出端转入隔间的通气装置，轴的排出端由隔间通往转子中的集合管，隔间的入口开在集合管壁上。

上述技术方案的缺陷在于产生的气泡较大且弥散程度较差，气体扩散较慢，除气效率低。

因此，如何提供一种除气效率高的旋转搅拌装置成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置，其产生弥散程度很好的细小气泡，气体扩散较快、除气效率高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置，该旋转搅拌装置包括中空转轴和旋转喷嘴，中空转轴的底端连接旋转喷嘴；旋转喷嘴包括：

顶板，顶板的横截面外轮廓为第一八边形，第一八边形包括四条上长边和四条上短边，上长边和上短边间隔设置；顶板的中央设有上圆孔；

底板，底板的横截面外轮廓为第二八边形，第二八边形包括四条下长边和四条下短边，下长边和下短边间隔设置；下长边和上长边对应设置，下短边和上短边对应设置；底板的中央设有下圆孔，下圆孔的孔径大于上圆孔；

隔板，隔板位于顶板和底板之间，隔板的上下两端分别连接顶板和底板。

本发明中，“分散气体”是指产生细密气泡。

本发明中，顶板和底板之间形成空腔，相邻隔板之间形成甩出通道；随着旋转搅拌装置的转动，熔化金属从下圆孔进入空腔，又从甩出通道甩出。

本发明中，顶板和底板的横截面外轮廓均为八边形，相对于现有技术中的圆形，具有更好的搅拌力、更大的搅动范围，对气体更强的剪切作用，从而可以产生更弥散、覆盖范围更大的细密气泡。

本发明中，第一八边形和第二八边形并非正八边形，其各边可以为直线，也可以为弧线。

本发明中，隔板的数目为至少两个，优选为3-6个。

根据本发明另一具体实施方式，上长边与上短边的长度比为1.5-3；下长边与下短边的长度比为1.5-3。

根据本发明另一具体实施方式，第一八边形和第二八边形相同或相似。

根据本发明另一具体实施方式，上短边为直线或外凸弧线；上长边为直线为内凹弧线；下短边为直线或外凸弧线；下长边为直线为内凹弧线。

根据本发明另一具体实施方式，四条上长边关于旋转轴线中心对称；四条上短边关于旋转轴线中心对称。本说明书中，“旋转轴线”是指旋转喷嘴的旋转轴线。

根据本发明另一具体实施方式，四条下长边关于旋转轴线中心对称；四条下短边关于旋转轴线中心对称。

根据本发明另一具体实施方式，隔板的数目为四个，各隔板关于旋转轴线中心对称；隔板包括外端和内端，外端与上短边和下短边平齐，内端指向旋转搅拌装置的中央。

根据本发明另一具体实施方式，外端和内端之间有两个侧面，其中一个侧面为平面，另一个侧面为内凹弧形面。

根据本发明另一具体实施方式，底板的下表面设有引流槽；引流槽是截面为半圆形的凹槽，其一端与下短边平齐，另一端连通下圆孔。引流槽可引导气体的流动，加速气体的扩散。值得注意的是，引流槽并非指向旋转轴线，而是偏离一个角度(3°-10°)。本方案中的引流槽是基于流体力学仿真优化选择的溢流分液沟槽，在角度范围内引流至与旋转剪切金属液形成混合。

根据本发明另一具体实施方式，引流槽的数目为四条，各引流槽均位于一隔板的下方；四条引流槽关于旋转轴线中心对称。也就是说，引流槽与隔板对应设置，每一隔板下方均设有一条引流槽。

根据本发明另一具体实施方式，顶板的厚度大于底板；引流槽的深度为底板厚度的1/3-2/3。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

本发明的旋转搅拌装置，顶板和底板的横截面外轮廓均为八边形，相对于现有技术中的圆形，具有更好的搅拌力、更大的搅动范围，对气体更强的剪切作用，从而可以产生更弥散、覆盖范围更大的细密气泡。通过设置引流槽，可引导气体的流动，加速气体的扩散。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为实施例1的旋转喷嘴的整体结构示意图；

图2为现有技术单层转子的结构示意图；

图3为现有技术SPR的结构示意图；

图4为现有技术XSR的结构示意图；

图5为实施例2的旋转喷嘴的整体结构示意图；

图6为实施例1与现有技术SPR、XSR的除气效率对比曲线；

图7为实施例2与现有技术单层转子、SPR、XSR的除气效率对比曲线。

具体实施方式

实施例1(无引流槽)

如图1所示，本实施例提供了一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置，该旋转搅拌装置包括中空转轴和旋转喷嘴，中空转轴的底端连接旋转喷嘴；旋转喷嘴包括：顶板1、底板2、四条隔板3。

其中，顶板1的厚度大于底板2；顶板1的横截面外轮廓为第一八边形，第一八边形包括四条上长边101和四条上短边102，上长边101和上短边102间隔设置；上短边102为外凸弧线，上长边101为内凹弧线。四条上长边101关于旋转轴线中心对称；四条上短边103关于旋转轴线中心对称。上长边与上短边的长度比为1.5-3；顶板1的中央设有上圆孔103。

底板2的横截面外轮廓为第二八边形，第一八边形和第二八边形相同或相似。第二八边形包括四条下长边201和四条下短边202，下长边201和下短边202间隔设置；下长边201和上长边101对应设置，下短边202和上短边102对应设置。下短边202为外凸弧线，下长边201为内凹弧线。四条下长边201关于旋转轴线中心对称；四条下短边202关于旋转轴线中心对称。下长边与下短边的长度比为1.5-3；底板2的中央设有下圆孔(图中未示)，下圆孔的孔径大于上圆孔。

隔板3位于顶板1和底板2之间，隔板3的上下两端分别连接顶板1和底板2。各隔板3关于旋转轴线中心对称；隔板3包括外端和内端，外端与上短边和下短边平齐，内端指向旋转搅拌装置的中央。外端和内端之间有两个侧面，其中一个侧面301为平面，另一个侧面302为内凹弧形面。

顶板1和底板2之间形成空腔，相邻隔板3之间形成甩出通道4；随着旋转搅拌装置的转动，熔化金属从下圆孔进入空腔，又从甩出通道甩出。

图6所示为本实施例(HDR)与两种现有技术的除气效率对比曲线，其中横轴代表时间，其单位为分；纵轴代表气体溶解度。参与对比的两种现有技术分别为SPR(如图3所示)、XSR(如图4所示)，该曲线由在线直读测氢仪alspek h mk4绘制。由图6可看出，本实施例(HDR)的除气效率明显优于两种现有技术SPR和XSR。

实施例2(带引流槽)

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：底板2的下表面设有引流槽5；引流槽5是截面为半圆形的凹槽，其一端与下短边平齐，另一端连通下圆孔203。该引流槽并非指向旋转轴线，而是偏离一个角度(3°-10°)。引流槽的数目为四条，各引流槽均位于一隔板的下方；四条引流槽关于旋转轴线中心对称。引流槽与隔板对应设置，每一隔板下方均设有一条引流槽。引流槽的深度为底板厚度的1/3-2/3。

图7所示为本实施例(HDRII)与实施例1(HDR)以及三种现有技术的除气效率对比曲线，其中横轴代表时间，其单位为分；纵轴代表气体溶解度。参与对比的三种现有技术分别为单层转子(如图2所示)、SPR(如图3所示)、XSR(如图4所示)，该曲线由vc-I型真空冷凝器(减压凝固仪)绘制。由图7可看出，本实施例(HDRII)的除气效率明显优于三种现有技术单层转子、SPR和XSR；略优于实施例1(HDR)。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于在熔化金属中分散气体的旋转搅拌装置，其特征在于，所述旋转搅拌装置包括中空转轴和旋转喷嘴，所述中空转轴的底端连接所述旋转喷嘴；所述旋转喷嘴包括：

顶板，所述顶板的横截面外轮廓为第一八边形，所述第一八边形包括四条上长边和四条上短边，所述上长边和所述上短边间隔设置；所述顶板的中央设有上圆孔；

底板，所述底板的横截面外轮廓为第二八边形，所述第二八边形包括四条下长边和四条下短边，所述下长边和所述下短边间隔设置；所述下长边和所述上长边对应设置，所述下短边和所述上短边对应设置；所述底板的中央设有下圆孔，所述下圆孔的孔径大于所述上圆孔；

隔板，所述隔板位于所述顶板和所述底板之间，所述隔板的上下两端分别连接所述顶板和所述底板。

2.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述上长边与所述上短边之间的比值为1.5-3；所述下长边与所述下短边之间的比值为1.5-3。

3.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述第一八边形和所述第二八边形相同或相似。

4.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述上短边为直线或外凸弧线；所述上长边为直线为内凹弧线；所述下短边为直线或外凸弧线；所述下长边为直线为内凹弧线。

5.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，四条所述上长边关于旋转轴线中心对称；四条所述上短边关于旋转轴线中心对称。

6.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，四条所述下长边关于旋转轴线中心对称；四条所述下短边关于旋转轴线中心对称。

7.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述隔板的数目为四个，各所述隔板关于旋转轴线中心对称；所述隔板包括外端和内端，所述外端与所述上短边和所述下短边平齐，所述内端指向所述旋转搅拌装置的中央。

8.如权利要求7所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述外端和所述内端之间有两个侧面，其中一个所述侧面为平面，另一个所述侧面为内凹弧形面。

9.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述底板的下表面设有引流槽；所述引流槽是截面为半圆形的凹槽，其一端与所述下短边平齐，另一端连通所述下圆孔。

10.如权利要求1所述的旋转搅拌装置，其特征在于，所述引流槽的数目为四条，各所述引流槽均位于一所述隔板的下方；四条所述引流槽关于旋转轴线中心对称。