CN110184472A - 一种去除高温铝液中气体与杂质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除高温铝液中气体与杂质的方法，属于冶金技术领域。将超声波设备中的超声波探头伸入到高温铝液中，至高温铝液层下8~13cm，控制超声波设备功率为900W~1600W，超声15~30min后得到除去气体与杂质的高温铝液。本发明采用去除高温铝液中气体与杂质的方法，利用了超声波的机械效应和空化作用，利用冲击波，小气泡、空穴、震荡等，分散较大的硬质氧化颗粒，并吸附氢和杂质，气泡上升过程中，将氢和杂质带出铝液表面，达到去除氢和杂质的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除高温铝液中气体与杂质的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
铝及铝合金是工业中应用最为广泛的一类轻有色金属结构材料，现代铝产业正处于高速发展期，铝材的使用范围和销量迅速增大，在各种材料中具有较高的优势地位。由于铝合金具有一系列不可比拟的优良特性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中已被大量广泛地应用。在汽车制造领域，实现车体轻量化的有效途径之一即采用轻质材料，而首选便是采用铝替代部分钢的混合结构。目前，在工业制造产业中，因铝合金具有密度低，比强度高，塑性好，耐腐蚀等特性，已与成为促进航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的最佳选择材料。
随着铝及铝合金在工业各行业的广泛应用，对铝及铝合金的质量提出了更高、更加严格的要求。中国作为世界铝产量的大国，发展趋势并不局限于铝产业量上，近年来更重视对高品质铝材的生产。铸坯的质量直接决定铝材的最终质量，如何改善铝合金的冶金质量，加强产品的综合性能，提高铝合金铸件的生产品质，一直是铝合金净化行业的重中之重。由于铝及其铝合金在熔炼过程中不可避免地发生氧化吸气并产生夹渣，存在的氧化夹杂物和氢等污染物，影响熔体纯度。夹杂和氢气的含量是衡量铝材冶金品质的关键指标。如果不能在熔炼过程中对其进行有效地清除，将会造成夹渣、气孔、疏松等一系列缺陷，这些缺陷很大程度上直接影响铝及铝合金材料的机械综合性能，降低最终产品的质量。如铝熔体内存在粗大粒状的夹杂，夹杂和铝基体之间将会出现明显的断裂层，严重导致铝合金基体组织不连续，从而降低铝合金的加工工艺性能。采用所有的新科技手段来提高铝合金的冶金质量是关键，提高铝熔体的纯度，去除铝液中的氢气和夹杂物，是及铝合金熔体处理的重要研究项目。
铝熔体处理指对液态铝及合金进行三个层面的处理，即合金化，净化与变质。其中净化是去除铝熔体中气体、夹杂物最有效的手段。国内外各大厂家及研究机构就如何减少铝液中氢含量和夹杂的含量投入了大量的资源进行研究，由此市场上出现了许多新的工艺及设备。
超声波是指振动频率大于20000Hz以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波拥有空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。
超声波引入铝液中，正是由于空化作用，产生气泡。产生的气泡将H和杂质吸附，随着超声波的振动，气泡向表面扩散，将氢气和杂质带离铝液。
铝合金熔体超声波除气除杂过程，主要包括以下几个步骤：
1、超声波空化作用在铝液中形成空化气泡；
2、铝液中的原子态[H]和杂质向空化气泡的表面扩散并被吸附；
3、原子态[H]在空化气泡内形成H2·
4、部分长大的空化气泡在浮力作用下从铝液表面逸出，部分空化气泡发生崩溃。
专利申请201811185401.3公开的“一种铝液加工用除气的方法”，该发明公开了一种铝液加工用除气的方法，包括以下步骤：将熔配好的合金母锭用石墨柑祸在电阻加热炉进行熔炼，持续加热至其完全熔化后，使转子在铝液搅拌；加入石墨粉，保持通入氮气，取出转子停止通气，除去转子和浇包铝液表面的灰渣；向铝熔体中通入超声波，利用超声波的空化效应，在铝熔体中产生“空穴现象”，在微观尺度上破坏铝液的连续性，产生大量的显微空穴。
专利申请201710156060.6公开的“一种舀汤池连续除气装置和除气方法”，该发明包括加料塔和除气单元，加料塔设有进料口用于给除气装置放入炉料，炉料具体是铝料，所述加料塔连接熔解室，熔解室空气温度控制在一定温度范围内来确保铝料熔解，铝料经熔解室加热熔解后化为铝液流入汤池，保温室设在汤池上方并连接熔解室，保温室空气温度控制在一定温度范围内防止铝液凝固，保温室的侧面设有粗炼吹氮气装置，具体是一根可移动的钢管，其一端伸入铝液中，粗炼吹氮气装置连接吹气精炼室，吹气精炼室连接给汤池，吹气精炼室与给汤池之间通过陶瓷过滤板隔开，给汤池包括浇勺和铝液测温棒，铝液测温棒同样连接保温火焰喷射装置"
上述装置方法较复杂，限制条件多，因此如何高效简便的去除铝液中的氢和杂质，得到高质量的铝材是一个重要的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种去除高温铝液中气体与杂质的方法。本方法通过超声波探头进行超声去除铝液中的氢和杂质，达到了有效的去除铝液中气体和杂质的目的，并且操作流程简便，操作时间缩短。本发明通过以下技术方案实现。
一种去除高温铝液中气体与杂质的方法，将超声波设备中的超声波探头9伸入到高温铝液中，至高温铝液层下8~13cm，控制超声波设备功率为900W~1600W，超声15~30min后得到除去气体与杂质的高温铝液。
所述超声波设备包括超声波控制柜1、电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5、插头6、超声波换能器7、超声波传导棒8和超声波探头9，超声波控制柜1上设有电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5和插头6，超声波控制柜1连接超声波换能器7，超声波换能器7连接超声波传导棒8，超声波传导棒8通过螺旋连接超声波探头9。
所述超声波探头9为石墨材质。
所述超声波传导棒8底部上设有凸出螺杆，凸出螺杆长为3cm、直径为1cm。
所述超声波探头9直径为3cm、长为13cm；超声波探头9顶部内部设有内螺纹，内螺纹与插入的凸出螺杆配合连接，内螺纹直径为1cm、深度为3cm。
上述超声波设备采用数据模拟系统分析，将超声波探头9信息和超声波信息进行数据处理，多次处理进行拟合，由编码器将探头优化，超声波信号传至超声波探头9损耗到达最低。
如图2所示，超声波设备中的超声波探头9在高温铝液中产生气泡，气泡作为溶解氢气和杂质的载体，然后气泡将氢气和杂质带到高温铝液表面，氢气逸入大气，杂质进入熔体面上的熔剂层，成为熔渣，扒除。
本发明的有益效果是：
1、采用去除高温铝液中气体与杂质的方法，利用了超声波的机械效应和空化作用，利用冲击波，小气泡、空穴、震荡等，分散较大的硬质氧化颗粒，并吸附氢和杂质，气泡上升过程中，将氢和杂质带出铝液表面，达到去除氢和杂质的目的。
2、自制超声波探头损耗少，且采用石墨材质，使自制超声波设备探头耐高温防腐蚀，设备使用寿命增加，效率更高，且该自制设备适用性强
3、本发明的方法操作简单方便，无污染，作业时间短。
4、本发明的方法无过多限制条件，可以直接应用于工业流程中。
附图说明
图1是本发明超声波设备结构示意图；
图2是本发明去除高温铝液中气体与杂质示意图。
图中：1-超声波控制柜，2-电源开关，3-超声波开关，4-显示器，5-超声波调节按钮，6-插头，7-超声波换能器，8-超声波传导棒，9-超声波探头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该去除高温铝液中气体与杂质的方法，将超声波设备中的超声波探头9伸入到高温铝液（高温铝液温度为680-780℃，高温铝液中氢含量为0.8ml/100g，含有碱性杂质、非金属夹杂物（氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸盐等）、沙土、灰尘等杂质，其总含量占到1.8wt%）至高温铝液层下8cm，控制超声波设备功率为900W，超声15min后得到除去气体与杂质的高温铝液。
如图1所示，其中所述超声波设备包括超声波控制柜1、电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5、插头6、超声波换能器7、超声波传导棒8和超声波探头9，超声波控制柜1上设有电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5和插头6，超声波控制柜1连接超声波换能器7，超声波换能器7连接超声波传导棒8，超声波传导棒8通过螺旋连接超声波探头9；超声波探头9为石墨材质；超声波传导棒8底部上设有凸出螺杆，凸出螺杆长为3cm、直径为1cm；超声波探头9直径为3cm、长为13cm；超声波探头9顶部内部设有内螺纹，内螺纹与插入的凸出螺杆配合连接，内螺纹直径为1cm、深度为3cm。
上述超声波设备采用数据模拟系统分析，将超声波探头9信息和超声波信息进行数据处理，多次处理进行拟合，由编码器将探头优化，超声波信号传至超声波探头9损耗到达最低。
上述除去气体与杂质的高温铝液经检测后氢去除率为77.5%，杂质去除率为52%。
实施例2
该去除高温铝液中气体与杂质的方法，将超声波设备中的超声波探头9伸入到高温铝液（高温铝液温度为680-780℃，高温铝液中氢含量为0.8ml/100g，含有碱性杂质、非金属夹杂物（氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸盐等）、沙土、灰尘等杂质，其总含量占到1.8wt%）至高温铝液层下13cm，控制超声波设备功率为1000W，超声22min后得到除去气体与杂质的高温铝液。
如图1所示，其中所述超声波设备包括超声波控制柜1、电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5、插头6、超声波换能器7、超声波传导棒8和超声波探头9，超声波控制柜1上设有电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5和插头6，超声波控制柜1连接超声波换能器7，超声波换能器7连接超声波传导棒8，超声波传导棒8通过螺旋连接超声波探头9；超声波探头9为石墨材质；超声波传导棒8底部上设有凸出螺杆，凸出螺杆长为3cm、直径为1cm；超声波探头9直径为3cm、长为13cm；超声波探头9顶部内部设有内螺纹，内螺纹与插入的凸出螺杆配合连接，内螺纹直径为1cm、深度为3cm。
上述超声波设备采用数据模拟系统分析，将超声波探头9信息和超声波信息进行数据处理，多次处理进行拟合，由编码器将探头优化，超声波信号传至超声波探头9损耗到达最低。
上述除去气体与杂质的高温铝液经检测后氢去除率为86.3%，杂质去除率为63%。
实施例3
如图1所示，该去除高温铝液中气体与杂质的方法，将超声波设备中的超声波探头9伸入到高温铝液（高温铝液温度为680-780℃，高温铝液中氢含量为0.8ml/100g，含有碱性杂质、非金属夹杂物（氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸盐等）、沙土、灰尘等杂质，其总含量占到1.8 wt%），至高温铝液层下10cm，控制超声波设备功率为1600W，超声30min后得到除去气体与杂质的高温铝液。
如图1所示，其中所述超声波设备包括超声波控制柜1、电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5、插头6、超声波换能器7、超声波传导棒8和超声波探头9，超声波控制柜1上设有电源开关2、超声波开关3、显示器4、超声波调节按钮5和插头6，超声波控制柜1连接超声波换能器7，超声波换能器7连接超声波传导棒8，超声波传导棒8通过螺旋连接超声波探头9；超声波探头9为石墨材质；超声波传导棒8底部上设有凸出螺杆，凸出螺杆长为3cm、直径为1cm；超声波探头9直径为3cm、长为13cm；超声波探头9顶部内部设有内螺纹，内螺纹与插入的凸出螺杆配合连接，内螺纹直径为1cm、深度为3cm。
上述超声波设备采用数据模拟系统分析，将超声波探头9信息和超声波信息进行数据处理，多次处理进行拟合，由编码器将探头优化，超声波信号传至超声波探头9损耗到达最低。
上述除去气体与杂质的高温铝液经检测后氢去除率为93.4%，杂质去除率为71.3%。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种去除高温铝液中气体与杂质的方法，其特征在于：将超声波设备中的超声波探头（9）伸入到高温铝液中，至高温铝液层下8~13cm，控制超声波设备功率为900W~1600W，超声15~30min后得到除去气体与杂质的高温铝液。
2.根据权利要求1所述的去除高温铝液中气体与杂质的方法，其特征在于：所述超声波设备包括超声波控制柜（1）、电源开关（2）、超声波开关（3）、显示器（4）、超声波调节按钮（5）、插头（6）、超声波换能器（7）、超声波传导棒（8）和超声波探头（9），超声波控制柜（1）上设有电源开关（2）、超声波开关（3）、显示器（4）、超声波调节按钮（5）和插头（6），超声波控制柜（1）连接超声波换能器（7），超声波换能器（7）连接超声波传导棒（8），超声波传导棒（8）通过螺旋连接超声波探头（9）。
3.根据权利要求1所述的去除高温铝液中气体与杂质的方法，其特征在于：所述超声波探头（9）为石墨材质。
4.根据权利要求1所述的去除高温铝液中气体与杂质的方法，其特征在于：所述超声波传导棒（8）底部上设有凸出螺杆，凸出螺杆长为3cm、直径为1cm。
5.根据权利要求1所述的去除高温铝液中气体与杂质的方法，其特征在于：所述超声波探头（9）直径为3cm、长为13cm；超声波探头（9）顶部内部设有内螺纹，内螺纹与插入的凸出螺杆配合连接，内螺纹直径为1cm、深度为3cm。
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