CN108642297A - 一种轻合金在线复合熔体处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻合金在线复合熔体处理的方法，是在轻合金熔体精炼过程中，通过气体净化室结构的设计，以与净化气泡流相反的方向，引导熔体流至上而下流动，采用偏置旋转喷吹的方法，同时净化室底部通过透气砖吹入净化气体，净化气泡捕获的熔体中的杂质后，上浮到溶剂层，溶剂能吸附气体和杂质，避免它们再次进入到熔体中。处理完的熔体自下而上经过过滤器，能高效去除熔体中的气体和杂质。本发明解决了在线精炼过程中液面产生漩涡和震动、净化盲区、液面杂质进入熔体的难题，并延长过滤器的使用寿命，便于更换。实现对轻金合金熔体进行在线高效净化处理，大大提高熔体精炼质量和精炼效率及节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属净化处理的一种方法，特别是一种轻合金在线复合熔体处理的方法，属于冶金领域。
背景技术
轻金属及其合金熔体的净化处理是确保熔体冶金质量的关键技术。当前熔体净化处理主要是依据气泡浮游理论发展的各种方法，它是通过向轻金属及其合金熔体吹入大量净化气泡，对于熔体中氢气的去除，是通过熔体和气泡之间的分压差，使熔体中的氢气不断的扩散到气泡中，并随气泡上浮到熔体液面而逸出；而对于熔体中的非金属夹杂物的去除，则是通过气泡上浮过程中与夹杂物相接触，它对夹杂物的润湿性比熔体要大，从而吸附夹杂物上浮带入表面渣层进行脱除。
经对现有技术的文献检索发现，旋转喷吹技术已成为国内外通用的轻金属及其合金熔体净化处理技术。上海交通大学开发出“铝合金熔体净化法”参见专利申请号：0510026593.X，该净化装置上部使用旋转喷吹的方法将净化气体吹入铝熔体中，同时装置的底部安装透气砖将净化气体吹入熔体。上海机电学院开发出“一种顶角复吹式铝熔体除气方法和装置”参见专利申请号：0910044935.9，该净化装置将净化气体从旋转装置吹入到铝熔体，同时净化气体还从净化装置的周边进气孔吹入铝熔体。上海交通大学开发出“镁熔体净化装置”参见专利申请号：0910048993.9，该净化装置采用旋转吹气法对镁熔体进行净化处理。这些方法净化室体积较大，为方形，精炼过程中净化室的周边和边角区域的熔体不能与足够数量的气泡相接触，出现了净化盲区；另外，这些方法都属于中心旋转喷吹，为了得到更细小和更好的气泡分布状况，往往需要采用高速旋转来实现。但随着转速的提高，熔体液面会出现漩涡和震动，熔体液面的保护膜被破坏，表面的熔渣和空气会进入到熔体中，增加了熔体的杂质；空气与熔体发生反应，即烧损了熔体，又生成了更多的氢和夹杂。实际生产中，为了防止液面漩涡的产生，通常在转子附近设置挡板。但熔体精炼时，熔体温度很高，转子旋转速度很快，熔体对挡板的冲刷腐蚀作用很强，挡板工作的环境很恶劣，使用寿命不高，成本较高，并且脱落的材料侵入到熔体中会造成污染，最终影响熔体的品质。苏州博能炉窑科技公司开发出“一种除气装置的扰流结构”参见专利申请号：201210414279.9，该装置在除气池内衬四面各设置一块凸起的扰流块，用来消除液面漩涡。该方法增加了除气池的复杂程度，同时也没有解决扰流块易被冲刷脱落进入熔体的难题。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述不足，提供一种轻合金在线复合熔体处理的方法，低成本、高效率、大幅度提高熔体的纯净度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明通过气体净化室结构的设计，以与净化气泡流相反的方向，引导熔体流至上而下地通过净化室，采用偏置旋转喷吹的方法精炼熔体，确保熔体液面稳定，得到更细小、分布更均匀、在熔体中停留的时间更长的净化气泡，气泡充满净化室内任空间并与熔体充分接触，最终达到连续高效净化熔体的效果。净化气泡捕获的熔体中的杂质后，上浮到溶剂层，溶剂能吸附气体和杂质，避免它们再次进入到熔体中。处理完的熔体自下而上经过过滤器，能高效去除熔体中的气体和杂质。
熔体精炼时旋转喷吹装置偏离净化室中心的距离与净化室的尺寸、熔体的容量、转子的旋转速度、净化气体的气流量自适应，确保熔体液面稳定，得到更细小、分布更均匀、在熔体中停留的时间更长的净化气泡。
净化室形状尺寸与转子的转速、位置、净化气体气流量等精炼参数相适应，同时净化室底部透气砖吹入净化气体，形成气泡，气泡流自下而上与熔体流成逆向运动，气泡能充满净化室内的任空间，从根本上消除了不能够净化的死角区域。
熔体经过净化室上部的流槽流入气体净化室，熔体流自上而下的运动，气泡流自下而上与熔体流成逆向运动，净化处理完的熔体自下而上经过过滤器，能高效去除熔体中的气体和杂质。
本发明与现有技术相比，具有明显的优势，其区别与优点在于：
1.有效防止和消除漩涡，保持液面稳定。熔体中心旋转喷吹精炼时，漩涡是由于熔体受到离心力的作用引起的，转子旋转速度越高，产生的漩涡越大，液面震荡越明显。偏置旋转喷吹精炼，转子周围熔体的切向流、压力场和速度场呈不对称分布，不容易产生向心加速度和离心力，从根本上消除漩涡产生的原因，因此，液面更平稳。
2.净化气泡尺寸更细小，分布更均匀。一方面，涡流的消除，偏置旋转喷吹可以在精炼时采用更高的旋转速度来细化气泡尺寸，改善其分布状况。另一方面，在同样的旋转速度条件下，偏置旋转喷吹精炼时，转子周围的熔体不受到离心力的作用，它们间的相对速度大，净化气体从孔口喷出形成气泡后，在转子周围受到的较大切应力的作用，其破碎程度较好。另外，径向流和循环流要比中心旋转喷吹时强，气泡能够随流场追分散到净化室更广区域中，分布情况也较好。
3.净化气泡在熔体停留的时间更长，与熔体接触更充分。中心旋转喷吹精炼，熔体受到惯性离心力较大，气泡喷出后，容易被漩涡吸附，并绕着石墨杆做螺旋上升运动。因此，其运动轨迹较短，在熔体中停留的时间较短。偏置旋转喷吹精炼，熔体不受离心力的作用，不容易产生漩涡；同时转子周围的空间不对称，流体速度不均等，气泡运动的空间更广，气泡随熔体运动的速度快时慢，因此，其运动轨迹反复折返后，最后上升到液面中去。此外，气泡流与熔体流的逆向运动，也会导致气泡上升阻力的增加，降低其上升的速度。因此偏置旋转喷吹精炼，气泡停留时间较长，气泡与熔体充分接触，净化效果较好。
4.结构简单，不需要增加其它设施。精炼时，不需要在净化室内额外增加挡板或者扰流块，因此结构简单，成本低。另外，也能解决这些装置被冲刷脱落进入熔体的难题，熔体纯净度更高。
5.本发明将净化室形状尺寸与转子的转速、位置、净化气体气流量等精炼参数相适应，气泡能充满净化室内的任空间，同时净化室底部透气砖吹入净化气体，形成气泡，从根本上消除了不能够净化的死角区域，结构简单，能够在较低转速或较少净化气体用量下，达到很好的净化效果，净化成本低。
6.熔体流与气泡流逆向运动。这种运动方式使得熔体与气泡碰撞的几率大大提高，相当于增大了熔体与净化气体的接触表面，更多的气体和杂质被气泡捕捉，上浮到熔体表面得以去除，从而提高了净化效率。同等的熔体流速条件下，要达到相同的净化效果，所消耗的净化气体用量更低，成本更低。
7.熔体液面覆盖的溶剂层，对熔体杂质具有较好的浸润作用，润湿性较好，有一定的粘度，能与非金属夹杂物发生反应，能有效捕捉脱离熔体的杂质，避免它们由于液面震荡及熔体流场作用重新进入到熔体内部。此外溶剂层还能阻隔熔体与空气，避免它们发生反应的吸气及氧化作用，进一步提高净化效果。
8.熔体自下而上经过过滤器，十分有利于轻合金熔体的净化，特别利于沉降性杂质的下沉，提高轻合金熔体的精炼效果，另外还能实现过滤器的自我净化，提高使用寿命。熔体自下而上经过过滤器，杂质颗粒在过滤器下端被阻隔，当它们团聚到一定的尺寸，会由于自重而从过滤器脱落沉降，从而实现过滤器的自我净化，这大大提高了过滤器的使用寿命。过滤器设置在净化装置的上方，这对跟换过滤器十分方便。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有显著的优点，更大的优势，对于轻金属及其合金熔体的净化具有重要的技术意义和经济意义，应用前景广阔，特别值得推广应用。
附图说明
图1为本发明工作原理示意图。
具体实施方式
结合本发明的内容提供以下实施例：
这些实施例是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明方法的简单改进，都属于本发明要求保护的范围。
实施例1：
将铝熔体由上部的流槽流入到净化室内，净化室的直径为350mm，铝熔体温度为750℃，液面高度为350mm，每小时处理铝熔体400kg，熔体表面覆盖铝精炼剂，精炼剂使用前需要进行干燥处理，铝熔体从上而下运动，转子直径为40mm，距净化室底部30mm，转子旋转速度为600rpm，净化气体采用纯度为99.9％工业氩气，进气量为160ml/min，气体压力为0.1MPa，从底部透气砖吹入净化装置中，气体流量为0.18m3/h，气体压力位0.1MPa，采用偏离旋转喷吹精炼，偏离中心距离为40mm。净化处理后，熔体自下而上经过过滤器。
实施结果如下：精炼过程中，液面平稳，无漩涡现象，熔体氢含量由0.65ml/100g的初始值降至0.16ml/100g，除氢率为75.3％；杂物体积分数由0.686％下降到0.214％。。
实施例2：
将镁熔体由上部的流槽流入到净化室内，净化室的直径为350mm，镁熔体温度为750℃，液面高度为350mm，每小时处理镁熔体400kg，熔体表面覆盖镁合金精炼剂，精炼剂使用前需要进行干燥处理，镁熔体从上而下运动，转子旋转速度为650rpm，净化气体采用纯度为99.9％工业氩气，进气量为200ml/min，气体压力为0.12MPa，从底部透气砖吹入净化装置中，气体流量为0.22m3/h，气体压力位0.1MPa，分别采用偏离旋转喷吹精炼，偏离中心距离为60mm。旋转喷吹处理后，熔体自下而上经过过滤器。
实施结果如下：精炼过程中，液面平稳，无漩涡现象，熔体氢含量由0.72ml/100g的初始值降至0.17ml/100g，除氢率为76％。杂物体积分数由0.618％下降到0.223％。
Claims (7)
1.一种轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征在于，通过气体净化室结构的设计，以与净化气泡流相反的方向，引导熔体流至上而下地通过净化室，采用偏置旋转喷吹的方法精炼熔体，确保熔体液面稳定，得到更细小、分布更均匀、在熔体中停留的时间更长的净化气泡，气泡充满净化室内任空间并与熔体充分接触。同时净化室底部通过透气砖吹入净化气体，确保净化室内任意空间都能进行净化处理，消除净化盲区。净化气泡捕获的熔体中的杂质后，上浮到溶剂层，溶剂能吸附气体和杂质，避免它们再次进入到熔体中。处理后的熔体自下而上经过过滤器，能高效去除熔体中的气体和杂质。
2.根据权利要求1所述轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征在于，熔体精炼时旋转喷吹装置偏离净化室中心的距离与净化室的尺寸、熔体的容量、转子的旋转速度、净化气体的气流量自适应，确保熔体液面稳定，得到更细小、分布更均匀、在熔体中停留的时间更长的净化气泡。
3.根据权利要求1所述轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征在于，净化室形状尺寸与转子的转速、位置、净化气体气流量等精炼参数相适应，气泡能充满净化室内的任空间，从根本上消除了净化的死角区域。
4.根据权利要求1所述轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征在于，熔体经过净化室上部的流槽流入气体净化室，熔体流自上而下的运动，净化室的旋转喷吹装置吹入净化气体，形成气泡，气泡流自下而上与熔体流成逆向运动，同时净化室底部透气砖吹入净化气体，形成气泡，气泡流自下而上与熔体流成逆向运动，净化处理后，熔体由气体净化室的底部出口流向后续工艺。
5.根据权利要求1所述轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征是，净化室上部熔体表面覆盖溶剂层，所用的溶剂为市面常用的精炼剂。
6.根据权利要求1所述轻合金在线复合熔体处理的方法，其特征在于，净化处理后的熔体自下而上经过过滤器。
7.根据权利要求5所述过滤器采用泡沫陶瓷过滤器、过滤石墨毡以及各种滤网，平均孔径为20～30μm。
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