CN111876619A - 一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体的精炼装置及方法，所述装置包括熔炼炉、保温炉和在线除气装置和过滤装置；所述保温炉同时做为精炼炉使用，包含有精炼气体调压配气柜、炉内精炼管、电磁搅拌装置，精炼管设置在保温炉顶部并可实现高度伸缩调节；所述在线除气装置从进铝口至出铝口，依次排列设置至少四级在线除气精炼装置，每一级在线除气装置都包含有精炼气体调压配比柜、转子除气装置、升降装置和加热装置。本发明还公开了一种精炼方法。采用本发明所述装置和方法，可获取超低氢及渣含量的铝合金熔体。

Description

一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法

技术领域

本发明涉及铝合金精炼技术领域，特别是一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法。

背景技术

在铝及铝合金高温熔炼过程中，铝极易与氧反应生成氧化铝形成氧化物夹渣，同时铝熔体也极易吸收空气中的氢气，铝熔体中H含量占比气体总量的80％以上。因此氢和氧化物夹渣是污染铝熔体的主要物质。

在生产建材和一般工业铝材产品中，铝合金熔体精炼主要采用炉内熔剂精炼、熔剂和惰性气体混合精炼、惰性气体在线精炼的方法，流程相对简单，没有形成一个完整的精炼控制体系，通常铝合金熔体氢含量控制超过0.25mg/100g.Al以上，但如航空航天用铝材等高端铝产品，其H含量一般要求0.10mg/100g.Al以内，目前现有的精炼流程、精炼方法很难达到这一指标要求。

现有技术的不足

1、熔剂会把碱金属等低熔点相杂质带入熔体，与铝合金熔体中固有的低熔点相累加。原有精炼方法，不管炉内熔剂精炼、熔剂和惰性气体混合精炼还是惰性气体在线精炼方法都无法除去低熔点相杂质，熔体冷却后有一部分在结晶体的内部凝固，也有一部分在固体铝的表面形成偏析瘤，降低铝合金铸棒的品质。

2、原有铝合金精炼方法，对氢含量和氧化物渣的去除能力有限。很难将铝合金铸棒的H含量稳定控制在0.10mg/100g.Al以内。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的问题，提出了一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法。

为达到上述发明目的，本发明所述的一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置及方法是以如下技术方案实现的：

一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置，包括通过流槽依次连通的熔炼炉、保温炉、在线除气装置和在线过滤装置；

所述熔炼炉的顶部设置投料口，熔炼炉的底部设置有第一电磁搅拌器，熔炼炉的侧面有扒渣口；

所述保温炉，包含炉内精炼管、第二电磁搅拌装置，炉内精炼管设置在保温炉顶部并可实现高度伸缩调节，第二电磁搅拌装置设置于保温炉底部；

所述在线除气装置，包含在线除气室，和分别设置在在线除气室两端上部的进铝口和出铝口，依次排列设置于在线除气室内侧顶面的两块上挡板，和一块设置在在线除气室内侧底面且位于两块上挡板之间的下挡板，所述上挡板向下延伸且不接触在线除气室内侧底面，所述下挡板向上延伸且不接触在线除气室内侧顶面；还包含有设置于在线除气装置顶部的两个转子除气装置，两个转子除气装置分别设置于两个上挡板和下挡板之间，并可实现高度伸缩调节；还包含有设置于上挡板和/或下挡板上的加热装置；所述在线除气装置的数量为2个以上且串联；

所述在线过滤装置为箱体结构，在箱体设计有两个过滤室，每个过滤室均安装过滤板。熔体先进入第一过滤室，经过第一级过滤，再进入第二过滤室进行第二级过滤；

还包括配气柜，所述配气柜包含氯气和氩气进气口，和五个以上可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，混合气出气口分别连通炉内精炼管和4个以上位于在线除气装置的转子除气装置。

进一步的，所述在线除气装置的数量为2个，从第一个在线除气装置的进铝口至最后一个在线除气装置出铝口，排列依次为第一级转子除气装置、第二级转子除气装置、第三级转子除气装置和第四级转子除气装置。

进一步的，所述炉内精炼管和转子除气装置，均采用氮化硅浇筑制成。

进一步的，所述过滤板分别为位于第一过滤室的第一级过滤板和位于第二过滤室的第二级过滤板，所述第一过滤板为30目双片陶瓷过滤板，所述第二过滤板为50目双片陶瓷过滤板。

进一步的，所述配气柜包含有5个以上可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，每一个混合气出气口都依次通过第二截止阀和缓冲罐分别连通一路氯气管路和一路氩气管路的出口端；在每路氯气管路和氩气管路上从进口端至出口端，依次设置第一截止阀、调压阀、电子流量计、压力表。

进一步的，所述转子除气装置包括转杆和位于转杆底端的转盘，转杆设有贯穿其轴线上下两端的通气孔，转盘设有2个以上出气孔，转盘上的出气孔与转杆上的通气孔相连通。

一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理方法，包括以下步骤：

1、熔炼炉熔炼

步骤1、熔炼炉熔炼

先将原料按化学成分和种类分A、B、C三级，然后按产品要求选择A、B、C各类原料和比例，依次将原料投入熔炼炉中熔融；

步骤2、熔炼炉扒渣精炼

对熔炼炉中熔融的铝水，采用设置在熔炼炉底部的电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间20-40min，然后通过扒渣口进行扒渣操作，使铝渣从铝水中分离；

步骤3、保温炉内精炼

采用炉内精炼管及安装在保温炉底的电磁搅拌器配合对保温炉内铝熔体进行精炼；炉内精炼管可调节伸入保温炉内的深度；结合安装在保温炉底的电磁搅拌器的作用，对铝熔体进行在线除气、除渣精炼；通入炉内精炼管氯气和氩气混合气比例为氯气比列为8％-10％，流量60-95L/min；

步骤4、在线除气装置内进行四级在线除气精炼

第一级转子除气装置进行一级在线除气精炼，通入第一级转子除气装置的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为8％-10％,流量6-9L/min；第二级转子除气装置进行二级在线除气精炼，通入第二级转子除气装置的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为5％-8％，流量6-9L/min；第三级转子除气装置进行三级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为12-15L/min；第四级转子除气装置进行四级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为8-10L/min；

步骤5、在线过滤精炼

采用在线过滤装置进行过滤，所述在线过滤装置为一箱两室结构双级过滤，使用过滤片为双片30/50目陶瓷过滤板。

本发明的有益效果:

本发明所述获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置，结构简单，成本较低。本发明所述获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理方法不添加新的污染物物，突破氢含量和氧化物渣去除的技术瓶颈。采用本发明所述装置和方法，可获取超低氢及渣含量的铝合金熔体，其中氢含量可持续稳定控制小于0.10mg/100g.Al的指标，氧化物渣含量持续稳定控制低于0.04mm2/kg.Al指标。

附图说明

图1为本发明所述一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理结构示意图；

图2为本发明所述配气柜结构示意图；

图3为本发明所述转子除气装置结构示意图；

图中，1-熔炼炉；101-扒渣口；102-投料口；103-第一电磁搅拌器；2-保温炉；202-炉内精炼管；201-第二电磁搅拌器；3-在线除气装置；301-下挡板；302-上挡板；304-进铝口；305-出铝口；306-第一级转子除气装置；307-第二级转子除气装置；308-第三级转子除气装置；309-第四级转子除气装置；4-在线过滤装置；401-第一过滤室；402-第二过滤室；403-第一过滤板；404-第二过滤板；5-配气柜；501-第一混合气出气口；502-第二混合气出气口；503-第三混合气出气口；504-第四混合气出气口；505-第五混合气出气口；506-第二截止阀；507-缓冲罐；508-第一截止阀；509-调压阀；510-电子流量计；511-压力表；3011-转杆；3012-转盘，3013-通气孔；3014-出气孔。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。

实施例1:

一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置，包括通过流槽依次连通的熔炼炉1、保温炉2、在线除气装置3和在线过滤装置4；

所述熔炼炉1的顶部设置投料口102，熔炼炉1的底部设置有第一电磁搅拌器103，熔炼炉1的侧面有扒渣口101；

所述保温炉2，包含炉内精炼管202、第二电磁搅拌器201，炉内精炼管202设置在保温炉顶部并可实现高度伸缩调节，第二电磁搅拌器201设置于保温炉2底部；

所述在线除气装置3，包含在线除气室，和分别设置在在线除气室两端上部的进铝口304和出铝口305，依次排列设置于在线除气室内侧顶面的两块上挡板302，和一块设置在在线除气室内侧底面且位于两块上挡板302之间的下挡板301，所述上挡板302向下延伸且不接触在线除气室内侧底面，所述下挡板301向上延伸且不接触在线除气室内侧顶面；还包含有设置于在线除气装置3顶部的两个转子除气装置，两个转子除气装置分别设置于两个上挡板302和下挡板301之间，并可实现高度伸缩调节；还包含有设置于上挡板302和/或下挡板301上的加热装置；所述在线除气装置3的数量为2个以上且串联；如图3所示，所述转子除气装置包括转杆3011和位于转杆底端的转盘3012，转杆3011设有贯穿其轴线上下两端的通气孔3013，转盘的设有2个以上出气孔3014，转盘3012上的出气孔3014与转杆3011上的通气孔3013相连通，如此设计，可使混合气体快速高效地和铝熔体接触，提高精炼效率；所述加热装置为热电偶，通过加热保障铝熔体具有转好的流动性。

所述在线过滤装置4为箱体结构，在箱体设计有两个过滤室，每个过滤室均安装过滤板。铝熔体先进入第一过滤室401，经过第一级过滤板过滤尺寸较大的杂质，再进入第二过滤室402，经过第二级过滤板过滤尺寸较小的杂质；

还包括配气柜5，所述配气柜5包含氯气进气口和氩气进气口，和五个以上可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，混合气出气口分别连通炉内精炼管202和4个以上位于在线除气装置3的转子除气装置。在本实施例中，配气柜5为5个可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，分别为第一混合气出气口501、第二混合气出气口502、第三混合气出气口503、第四混合气出气口504、第五混合气出气口505，如图2所示，每一路混合气出气口都依次通过第二截止阀506和缓冲罐507分别连通一路氯气管路和一路氩气管路的出口端；在每路氯气管路和氩气管路上从进口端至出口端，依次设置第一截止阀508、调压阀509、电子流量计510、压力表511。

本装置的应用原理如下：

铝合金原料通过投料口102投入熔炼炉1进行熔炼，熔炼完全后，开启熔炼炉1的底部设置的第一电磁搅拌器103，然后从扒渣口101，对铝水进行扒渣操作，除去大部份杂质。

然后铝水从熔炼炉1出料口由流槽输送至保温炉2，通过调节炉内精炼管202高度，配合第二电磁搅拌器201，对铝熔体进行搅拌，炉内精炼管202连通配气柜5的第一混合气出气口501，调节第一混合气出气口501通入炉内精炼管202氯气和氩气混合气比例为氯气比列为8％-10％，流量60-95L/min。

铝水从保温炉2出料口由流槽输送至在线除气装置3的进铝口304，在线除气室上设置有两个上挡板302和一个下挡板301，将除气室隔成迷宫式铝水流道，而将转子除气装置设置在两个上挡板302和下挡板301之间，且在线除气装置3的数量为2个以上且串联，即至少有4个以上转子除气装置对铝熔体进行精炼，在本实施例中，为4个转子除气装置对铝熔体进行精炼，以铝熔体的流向为参考，依次为第一级转子除气装置306、第二级转子除气装置307、第三级转子除气装置308和第四级转子除气装置309，第一级转子除气装置306、第二级转子除气装置307、第三级转子除气装置308和第四级转子除气装置309分别连通配气柜5的第二混合气出气口502、第三混合气出气口503、第四混合气出气口504、第五混合气出气口505，第一级转子除气装置306进行一级在线除气精炼，通入第一级转子除气装置306的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为8％-10％,流量6-9L/min；第二级转子除气装置307进行二级在线除气精炼，通入第二级转子除气装置307的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为5％-8％，流量6-9L/min；第三级转子除气装置308进行三级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为12-15L/min；第四级转子除气装置309进行四级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为8-10L/min。通过四级在线除气精炼，使铝水与精炼管输出的氯气和氩气混合气体充分接触，从而除去铝水中的氢气和碱土金属氧化物杂质。

最后铝水由在线过滤装置4进行两级过滤，除去精炼后的铝水中淅出的夹渣物，最终可以提到超低氢及渣含量的铝合金熔体。

实施例2

在实施例1的基础上，所述炉内精炼管202和转子除气装置，均采用氮化硅浇筑制成。可提高炉内精炼管202和转子除气装置的耐高温性能，从而延长其使用寿命。

实施例3

在实施例1的基础上，所述过滤板分别为位于第一过滤室401的第一级过滤板和位于第二过滤室402的第二级过滤板，所述第一过滤板403为30目双片陶瓷过滤板，所述第二过滤板404为50目双片陶瓷过滤板。第一过滤板403能有效的将精炼后的铝水中淅出的夹渣物5um以上的渣绝大部分清除；第二过滤板404能有效的将精炼后的铝水中淅出的夹渣物5um以下的渣绝大部分清除。

实施例4

一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理方法，包括以下步骤：

步骤1、熔炼炉熔炼

先将原料按化学成分和种类分A、B、C三级，然后按产品要求选择A、B、C各类原料和比例，依次将原料投入熔炼炉1中熔融；其中A、B、C的分级是根据原料中的杂质含量的高中低进行分级。

步骤2、熔炼炉扒渣精炼

对熔炼炉1中熔融的铝水，采用设置在熔炼炉1底部的电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间20-40min，然后通过扒渣口101进行扒渣操作，使铝渣从铝水中分离；

步骤3、保温炉内精炼

采用炉内精炼管202及安装在保温炉2底的电磁搅拌器配合对保温炉2内铝熔体进行精炼；炉内精炼管202可调节伸入保温炉2内的深度；结合安装在保温炉2底的电磁搅拌器的作用，对铝熔体进行在线除气、除渣精炼；通入炉内精炼管202氯气和氩气混合气比例为氯气比列为8％-10％，流量60-95L/min；

步骤4、在线除气装置3内进行四级在线除气精炼

第一级转子除气装置306进行一级在线除气精炼，通入第一级转子除气装置306的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为8％-10％,流量6-9L/min；第二级转子除气装置307进行二级在线除气精炼，通入第二级转子除气装置307的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为5％-8％，流量6-9L/min；第三级转子除气装置308进行三级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为12-15L/min；第四级转子除气装置309进行四级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为8-10L/min；

步骤5、在线过滤精炼

采用在线过滤装置4进行过滤，所述在线过滤装置4为一箱两室结构双级过滤，使用过滤片为双片30/50目陶瓷过滤板。

在线过滤装置4能有效的将精炼后的铝水中淅出的夹渣物5um以上的渣绝大部分清除，5um以下的渣也大部分清除。

最终获得超低氢及渣含量的铝合金熔体，其中氢含量可持续稳定控制小于0.10mg/100g.Al，氧化物渣含量持续稳定控制低于0.04mm²/kg.Al。

目前行业内铝合金熔炼普遍采用添加除渣剂、精炼剂、覆盖剂等熔剂的工艺方法，除渣剂、精炼剂、覆盖剂为碱和碱土金属的盐类熔剂，极易吸湿，加入后破坏铝液氧化膜造成合金二次吸气氧化，易使熔融金属产生不同程度的吸氢。同时碱和碱土金属会把低熔点相杂质带入熔体，与铝合金熔体中固有的低熔点相累加，增加杂质含量。

本发明通过将氯气和氩气，按一定的混合比例通入铝合金熔体内进行精炼。所选的精炼物质不增加新的杂质，且具有优异的除气、除渣性能。

虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种获取超低氢及渣含量的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：包括通过流槽依次连通的熔炼炉、保温炉、在线除气装置和在线过滤装置；

所述熔炼炉的顶部设置投料口，熔炼炉的底部设置有第一电磁搅拌器，熔炼炉的侧面有扒渣口；

所述保温炉，包含炉内精炼管、第二电磁搅拌装置，炉内精炼管设置在保温炉顶部并可实现高度伸缩调节，第二电磁搅拌装置设置于保温炉底部；

所述在线除气装置，包含在线除气室，和分别设置在在线除气室两端上部的进铝口和出铝口，依次排列设置于在线除气室内侧顶面的两块上挡板，和一块设置在在线除气室内侧底面且位于两块上挡板之间的下挡板，所述上挡板向下延伸且不接触在线除气室内侧底面，所述下挡板向上延伸且不接触在线除气室内侧顶面；还包含有设置于在线除气装置顶部的两个转子除气装置，两个转子除气装置分别设置于两个上挡板和下挡板之间，并可实现高度伸缩调节；还包含有设置于上挡板和/或下挡板上的加热装置；所述在线除气装置的数量为2个以上且相互串联；

所述在线过滤装置为箱体结构，在箱体设计有两个过滤室，每个过滤室均安装过滤板；

还包括配气柜，所述配气柜包含氯气进气口、氩气进气口，和五个以上可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，所述混合气出气口分别连通炉内精炼管和4个以上位于在线除气装置的转子除气装置。

2.根据权利要求1所述的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：所述在线除气装置的数量为2个，从第一个在线除气装置的进铝口至最后一个在线除气装置出铝口，排列依次为第一级转子除气装置、第二级转子除气装置、第三级转子除气装置和第四级转子除气装置。

3.根据权利要求1所述的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：所述炉内精炼管和转子除气装置，均采用氮化硅浇筑制成。

4.根据权利要求1所述的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：所述过滤板分别为位于第一过滤室的第一级过滤板和位于第二过滤室的第二级过滤板，所述第一过滤板为30目双片陶瓷过滤板，所述第二过滤板为50目双片陶瓷过滤板。

5.根据权利要求1所述的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：所述配气柜包含有5个以上可分别输出不同流量和配比的混合气出气口，每一个混合气出气口都依次通过第二截止阀和缓冲罐分别连通一路氯气管路和一路氩气管路的出口端；在每路氯气管路和氩气管路上从进口端至出口端，依次设置第一截止阀、调压阀、电子流量计、压力表。

6.根据权利要求1所述的铝合金熔体精炼处理装置，其特征在于：所述转子除气装置包括转杆和位于转杆底端的转盘，转杆设有贯穿其轴线上下两端的通气孔，转盘设有2个以上出气孔，转盘上的出气孔与转杆上的通气孔相连通。

7.一种采用如权利要求2所述铝合金熔体精炼处理装置进行铝合金熔体精炼处理的方法，包括以下步骤：

步骤1、熔炼炉熔炼

先将原料按化学成分和种类分A、B、C三级，然后按产品要求选择A、B、C各类原料和比例，依次将原料投入熔炼炉中熔融；

步骤2、熔炼炉扒渣精炼

对熔炼炉中熔融的铝水，采用设置在熔炼炉底部的电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间20-40min，然后通过扒渣口进行扒渣操作，使铝渣从铝水中分离；

步骤3、保温炉内精炼

采用炉内精炼管及安装在保温炉底的电磁搅拌器配合对保温炉内铝熔体进行精炼；炉内精炼管可调节伸入保温炉内的深度；结合安装在保温炉底的电磁搅拌器的作用，对铝熔体进行在线除气、除渣精炼；通入炉内精炼管氯气和氩气混合气比例为氯气比列为8％-10％,其余为流量60-95L/min；

步骤4、在线除气装置内进行四级在线除气精炼

第一级转子除气装置进行一级在线除气精炼，通入第一级转子除气装置的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为8％-10％,流量6-9L/min；第二级转子除气装置进行二级在线除气精炼，通入第二级转子除气装置的氯气和氩气混合气体，其中氯气比列为5％-8％，流量6-9L/min；第三级转子除气装置进行三级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为12-15L/min；第四级转子除气装置进行四级在线除气精炼，采用纯氩气气体精炼，流量为8-10L/min；

步骤5、在线过滤精炼

采用在线过滤装置进行过滤，所述在线过滤装置为一箱两室结构双级过滤，使用过滤片为双片30/50目陶瓷过滤板。

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