CN110455094B - 一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构，包括驱动装置、搅拌轴、导流散热环、联接钢套、导流隔热罩，所述搅拌轴的前端通过联接钢套与驱动装置的驱动轴联接，联接钢套置于导流隔热罩的内腔中，导流隔热罩的前端与驱动装置的外壳固定连接，导流散热环安装在搅拌轴上，并位于导流隔热罩的后方。本发明通过在搅拌轴上的适当位置增加导流散热环，把流动方向朝熔炉内的冷却空气的导流为朝熔炉外，阻止了大量冷却空气直接流入熔炉内；同时导流散热环增加了有效对流散热面积，提高了搅拌轴的散热能力；解决或缓解了冷却空气带来的能耗和其它不利的工艺问题。

Description

一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构
技术领域
本发明属于熔融铝液处理设备技术领域，具体是一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构。
背景技术
在铝加工和铝铸造行业，为了生产高品质的铝合金产品，通常需要降低熔炉内熔融铝液中氢、碱金属及非金属夹杂含量等。目前常用做法是通过高速旋转的搅拌机构搅拌熔融铝液的同时向其中喷射惰性气体、氯气或精炼剂等，使惰性气体、氯气或精炼剂等均匀地分布在熔融铝液中，经过一系列的物理化学反应实现降低氢、碱金属及非金属夹杂含量等目的。
当搅拌轴伸入熔融铝液中进行除气精炼工作时，熔炉内的高温熔融铝液和高温气体中的热量会以热传导、热对流和热辐射等方式传递至整个搅拌机构，使搅拌机构温度明显升高而失效并损坏。为了保证搅拌机构正常运作，传统的方法是导入一定流量和静压的低温或室温冷却空气，通过对流换热的方式冷却搅拌机构。但冷却搅拌机构的同时，大量低温或常温的冷却空气进入熔炉，使熔炉内的气氛温度和铝液温度明显降低，带来能耗和其它不利的工艺问题。
因此，有必要改进传统的搅拌机构，研究一种能有效降低冷却空气引起的熔炉内温降，同时又能提高搅拌轴冷却效率的搅拌机构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构，能有效降低冷却空气引起的熔炉内温降，同时能提高搅拌轴的冷却效率。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构，包括驱动装置、搅拌轴、导流散热环、联接钢套、导流隔热罩，所述搅拌轴的前端通过联接钢套与驱动装置的驱动轴联接，联接钢套置于导流隔热罩的内腔中，导流隔热罩的前端与驱动装置的外壳固定连接，导流散热环安装在搅拌轴上，并位于导流隔热罩的后方。
所述搅拌轴的后端安装有转轮。
所述导流散热环通过螺纹连接、法兰连接或过盈配合安装在搅拌轴上，或者导流散热环与搅拌轴为一体成型。
所述导流散热环的迎风面结构为平面形或碗形或桶形。
所述导流散热环的迎风面表面为光滑平面或密布锯齿面或密布凹坑面或密布凸台面。
所述导流散热环采用石墨或硅酸钙或陶瓷纤维或碳化硅或氮化硅的耐高温材料制作。
所述导流散热环的外径尺寸为200～600mm，内径尺寸为50～400mm，厚度尺寸为5～100mm。
所述导流隔热罩的前端有冷却空气入口，后端与搅拌轴之间有环形出口。
所述导流散热环与导流隔热罩的环形出口直线距离为5～300mm。
本发明一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构具有如下有益效果：
1.通过在搅拌轴上的适当位置安装导流散热环，把流动方向朝熔炉内部的冷却空气导流为流动方向朝熔炉外部，阻止了大量冷却空气直接流入熔炉内；
2.通过导流散热环增加了有效对流散热面积，提高了冷却空气对搅拌轴的冷却能力；
3.能有效解决或缓解了冷却空气带来的能耗以及其它不利的工艺问题。
附图说明
图1是本发明带导流散热环的熔融金属搅拌机构的整体结构示意图。
图2是本发明带导流散热环的熔融金属搅拌机构的使用状态示意图。
图3-1是本发明采用的平面形导流散热环示意图。
图3-2是图3-1中导流散热环沿中轴线的剖面图。
图4-1是本发明采用的碗形导流散热环示意图。
图4-2是图4-1中导流散热环沿中轴线的剖面图。
图5-1是本发明采用的桶形导流散热环示意图。
图5-2是图5-1中导流散热环沿中轴线的剖面图。
图6-1是本发明采用的密布锯齿面导流散热环示意图。
图6-2是图6-1中的导流散热环另一方向的示意图。
图7-1是本发明采用的密布凹坑面导流散热环示意图。
图7-2是图7-1中的导流散热环另一方向的示意图。
图8-1是本发明采用的密布凸台面导流散热环示意图。
图8-2是图8-1中的导流散热环另一方向的示意图。
图中标记说明：1-导流散热环，2-搅拌轴，3-联接钢套，4-导流隔热罩，5-空腔，6-冷却空气，7-流线，8-入口，9-环形出口，10-熔炉，11-熔融铝液，12-高温气体，13-窗口，14-转轮，15-传导热量，16-驱动装置，17-驱动轴。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作如下说明：
如图1、图2所示，本发明一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构包括驱动装置16、搅拌轴2、导流散热环1、联接钢套3、导流隔热罩4，搅拌轴2的前端通过联接钢套4与驱动装置16的驱动轴17联接，联接钢套3置于导流隔热罩4形成的空腔5中，搅拌轴2的未端安装有转轮14；导流隔热罩4的前端与驱动装置16的外壳固定连接，并留有冷却空气6的入口8，导流隔热罩4的后端与搅拌轴2之间留有环形出口9；导流散热环1安装在搅拌轴2上，并位于导流隔热罩4的后方。
使用时，冷却空气6沿流线7从导流隔热罩4的入口8进入空腔5，从导流隔热罩4的环形出口9流出后，冷却空气6朝熔炉10内部方向流动，经过导流散热环1的导流作用后改变流动方向，冷却空气6朝熔炉10外部方向流动。
在上述发明中，导流散热环1通过螺纹连接或法兰连接或过盈配合等方式安装在搅拌轴2上；也可以将导流散热环1与搅拌轴2采用一体加工而成或一体铸造而成。
在上述发明中，所述导流散热环1的迎风面结构可为平面形(如图3-1所示)或碗形(如图4-1所示)或桶形(如图5-1所示)。平面形结构简单，加工成本低。碗形结构和桶型结构更有利于冷却空气6的回流，同时对流散热表面积也较大，但加工成本较高。
在上述发明中，所述导流散热环1的迎风面表面可为光滑平面(如图3-1所示)或密布锯齿面(如图6-1、6-2所示)或密布凹坑面(如图7-1、图7-2所示)或密布凸台面(如图8-1、图8-2所示)。光滑平面结构简单，加工成本低。密布锯齿面、密布凹坑面和密布凸台面可形成较大的对流散热表面积，散热效率更高，但加工成本较高。
在上述发明中，导流散热环1的材质为石墨或硅酸钙或陶瓷纤维或碳化硅或氮化硅等耐高温材料。
在上述发明中，导流散热环1的优选外径尺寸为200～600mm，优选内径尺寸为50～400mm，优选厚度尺寸为5～100mm。
在上述发明中，导流散热环1与环形出口5的直线距离为5～300mm。
应用时，如图2所示，熔炉10内盛装一定体积的熔融铝液11，熔融铝液11和熔炉10内的高温气体12的温度可达750℃或以上。除气精炼时，搅拌机构从熔炉10侧面的窗口13伸入熔炉10内，搅拌轴2的末端转轮14伸入熔融铝液11中，转轮14高速旋转搅拌熔融铝液11，同时向熔融铝液11内喷射惰性气体、氯气或精炼剂等，使惰性气体、氯气或精炼剂等均匀地分布在熔融铝液11中，经过一系列的物理化学反应实现降低氢、碱金属及非金属夹杂含量的目的。除气精炼时，熔融铝液11和熔炉10内高温气体12中的热量会以热传导、热对流、热辐射等方式传递至搅拌机构。实际应用中发现，通过搅拌轴2以热传导方式传递至整个搅拌机构的传导热量15占比最多，是引起搅拌机构温升的主要因素。传导热量15引起的高温足以使搅拌机构的联接钢套3、轴承系统、驱动系统失效并损坏，因此实际应用中搅拌机构都增加了冷却系统。
本发明所述导流隔热罩4的作用是：导流冷却空气6通过热对流的方式冷却联接钢套3，同时隔离熔炉10内通过高温热辐射和热对流等方式传递热量至联接钢套3。一定流量的低温或室温冷却空气6沿流线7从导流隔热罩4的入口8进入空腔5，冷却空气6的温度通常低于40℃，低温紊流状态的冷却空气6通过对流换热的方式从联接钢套3吸收大量热量，从而达到冷却联接钢套3的目的。环形出口9的流通截面为一个与搅拌轴2同轴心的环形，通过环形出口9导流冷却空气6紧贴搅拌轴2表面从导流隔热罩4的空腔5中流出。
从空腔5流出的冷却空气6温度约为80℃，并朝熔炉内部方向流动，但经过导流散热环1导流作用后改变流动方向，朝熔炉外部方向流动。假设没有导流散热环1的存在，大量冷却空气6将直接流入熔炉10内与高温气体12混合，导致熔炉10内熔融铝液11和高温气体12的温度明显降低。根据实际应用测量数据，除气精炼结束后，未增加导流散热环1时，熔融铝液11的降温幅度高达35℃或以上；增加导流散热环1后，熔融铝液11的降温幅度为15℃或以下，同时导流散热环1增加了有效对流散热面积，提高了冷却空气流对搅拌轴2的冷却效率，冷却空气6的流量可适当降低。把导流散热环1的迎风面表面加工为锯齿面、密布凹坑面、密布凸台面等，有助于提高对流换热的效率。
通过以上描述说明，本发明通过在搅拌轴上的适当位置增加导流散热环，把流动方向朝熔炉内的冷却空气的导流为朝熔炉外，阻止了大量冷却空气直接流入熔炉内；同时导流散热环增加了有效对流散热面积，提高了搅拌轴的散热能力；解决或缓解了冷却空气带来的能耗和其它不利的工艺问题。

Claims (6)

1.一种带导流散热环的熔融金属搅拌机构，包括驱动装置，其特征在于，还包括搅拌轴、导流散热环、联接钢套、导流隔热罩，所述搅拌轴的前端通过联接钢套与驱动装置的驱动轴联接，联接钢套置于导流隔热罩的内腔中，导流隔热罩的前端与驱动装置的外壳固定连接，导流散热环安装在搅拌轴上，并位于流隔热罩的后方；所述导流隔热罩的前端有冷却空气入口，后端与搅拌轴之间有环形出口；所述导流散热环采用石墨或硅酸钙或陶瓷纤维或碳化硅或氮化硅的耐高温材料制作；
所述导流散热环通过螺纹连接、法兰连接或过盈配合连接安装在搅拌轴上，或者导流散热环与搅拌轴为一体成型。
2.根据权利要求1所述带导流散热环的熔融金属搅拌机构，其特征在于，所述搅拌轴的后端安装有转轮。
3.根据权利要求1或2所述带导流散热环的熔融金属搅拌机构，其特征在于，所述导流散热环的迎风面结构为平面形或碗形或桶形。
4.根据权利要求3所述带导流散热环的熔融金属搅拌机构，其特征在于，导流散热环的迎风面表面为光滑平面或密布锯齿面或密布凹坑面或密布凸台面。
5.根据权利要求1或2所述带导流散热环的熔融金属搅拌机构，其特征在于，所述导流散热环的外径尺寸为200～600mm，内径尺寸为50～400mm，厚度尺寸为5～100mm。
6.根据权利要求1或2所述带导流散热环的熔融金属搅拌机构，其特征在于，所述导流散热环与导流隔热罩的环形出口直线距离为5～300mm。
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