CN116479247A - 一种金属熔液除气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属熔化技术领域，具体是涉及到一种金属熔液除气装置及方法，包括箱体和箱盖和除气组件，箱体和箱盖上设置有致密耐温保护层，箱体和箱盖配合后，两个致密耐温保护层围合形成一密闭的空腔，还包括用于给空腔加热或保温的加热器，还包括连通空腔用于抽真空和充惰性气体的通道，所述除气组件为通入空腔底部的气管或除气转子，本发明通过在箱体和箱盖上设置致密耐温保护层，在箱体和箱盖配合后使致密耐温保护层围合形成一由致密耐温材质围合的空腔，金属溶液在此空腔内进行保温，并通过除气组件进行除气，致密耐温保护层为高质量除气提供基础，还可以配合抽真空和充惰性气体循环不断提高空腔内真空度或者惰性气体含量比例，提高除气效果。

Description

一种金属熔液除气装置及方法

技术领域

本发明属于金属熔化技术领域，具体是涉及到一种金属熔液除气装置及方法。

背景技术

在工业生产等制造行业领域中随着合金加工技术的快速发展，在合金炼制过程中如何实现气体净化是保证合金材料品质的关键，氢不仅会在铸件中造成针孔、疏松等问题，也会给后续产品的加工和性能造成不良影响，所以降低合金溶液中的氢含量是实现合金净化的主要目的之一。

目前主要的除氢方法主要为真空除氢和浮游除氢法。在真空除氢中会在溶体表面形成氧化膜阻碍了氢在溶体中的扩散，在浮游除氢法中由于添加的氯气、氯化锌等活性物质会直接导致环境污染并且在通入活性气体中难以掌握好温度会造成活性气体与金属液体之间反应迅速加剧形成溶剂夹杂。其次，氧气等活性气体在熔炼过程中也会与原材料发生反应，因此如何除气是工业生产熔炼技术领域中难题，另外，目前用于金属溶液除气的箱体结构为了满足耐温耐腐蚀性能，其箱体不是用致密材料制成，其箱体自身内部会残留有水分和空气，无法完全隔绝氧、氮、氢等气体，难以实现高要求的除气效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种除气效果好的金属熔液除气装置及方法。

本发明提供一种金属熔液除气装置，包括箱体和箱盖和除气组件，所述箱体和箱盖上设置有致密耐温保护层，箱体和箱盖配合后，两个致密耐温保护层围合形成一密闭的空腔，还包括用于给空腔加热或保温的加热器，还包括连通空腔用于抽真空和充惰性气体的通道，所述除气组件为通入空腔底部的气管或除气转子。

更进一步地，所述还包括连通空腔的进液通道和出液通道，出液通道设置在空腔底部。

更进一步地，所述箱体的空腔内设置有坩埚。

更进一步地，所述通道在箱盖上设置有两个，两个通道分别连接惰性气体充气设备和抽真空设备。

更进一步地，所述箱体位于致密耐温保护层构成的空腔外设置有加热空腔，所述加热器设置在加热空腔内壁。

更进一步地，所述箱体由外壳、内壳和设置在外壳和内壳之间的保温层构成，所述内壳和致密耐温保护层构成的空腔外壁围合形成加热空腔。

更进一步地，还包括连通加热空腔的氩气通道。

更进一步地，所述箱体和箱盖的致密耐温保护层配合面设置有密封圈。

本发明还提供一种金属熔液除气方法，包括金属溶液除气装置，包括如下步骤：

S1、开启加热器对空腔进行保温，将金属溶液输送至保温的空腔内，盖上箱盖；

S2、通过通道对密闭的空腔进行抽真空，达到真空度要求后关闭抽真空设备；

S3、在关闭抽真空设备后15-150s时间内通过通道对密闭的空腔充满惰性气体，使空腔达到正压，并维持正压；

S4、通过除气组件对金属溶液进行除气；

S5、关闭加热器，使金属熔液在空腔内表层凝固；

S6、重复S2-S3一次或多次；每次重复步骤S2时，停止惰性气体充入再抽真空，且比前次抽真空的真空率低，重复步骤S3时，充满惰性气体时间比前次短；

S7、输送金属溶液至下一道工序。

本发明的有益效果是，本发明通过在箱体和箱盖上设置致密耐温保护层，在箱体和箱盖配合后使致密耐温保护层围合形成一由致密耐温材质围合的空腔，金属溶液在此空腔内进行保温，并通过除气组件进行除气，致密耐温保护层为高质量除气提供基础，另外，还可以配合抽真空和充惰性气体循环不断提高空腔内真空度或者惰性气体含量比例，进而提高除气效果，相对于常规传统由多孔材料制成箱体的方式而言影响更小，常规的箱体由于多孔材料容易储存水分和氧、氢、氮等气体，在进行金属熔化过程中容易和活泼金属反应，导致加热后物料或工件发生组织变化和性能下降，本发明直接由致密耐温材料形成的空腔进行工作，可解决和避免该问题。

本发明提供的除气方法，通过该方法可以使空腔在真空下使用，也可以在惰性气体保护下使用，在除气过程中，实现抽真空和惰性气体保护联合适用，配合由致密材质构成的空腔，可极大的降低空腔内的氧气和其他气体的含量，进而保证除气的效果，在进S2-S3过程中，实现抽真空和惰性气体保护复合使用，另外，在进行S6时，既通入惰性气体-除气-抽真空的循环，具体而言，在步骤S2的重复中，抽真空的真空率比前次抽真空的真空率低，例如第一次抽真空的真空率为95％，第二次为70％，第三次为50％；并在每次步骤S2之后进行步骤S3，且在步骤S3的重复中，充满惰性气体时间比前次短，降低空气渗入量，例如第一次50s充满惰性气体，第二次30s充满惰气体，第三次10s充满惰性气体；以此在一次一次的重复中，抽真空过程中渗入空腔10内的空气越来越少，同时惰性气体在空气渗透越来越少的前提下不断稀释气态杂质并通过抽真空操作带离，最终气态杂质含量越来越低，惰性气体的含量比例越来越大，金属熔液的纯净度越来越高。以此可以在无需过大压力抽真空的前提下循环稀释空腔内没有必要的气体成分，提高纯度，同时可避免出现空腔与外界压差过大空腔内吸入空气。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

在图中，1-箱体；2-箱盖；3-致密耐温保护层；4-加热器；5-通道；9-坩埚；10-空腔；11-加热空腔；12-氩气通道。

具体实施方式

下面的详细描述将说明本发明的一般原理，其示例在附图中另外示出。相同的附图标记标识相同的或功能上相类似的元件。且本文所述的可用于熔铸、熔炼或者冶金等需要用到金属溶液除气的领域。

如图1所示，本发明一种金属熔液除气装置，包括箱体1和箱盖2和除气组件，所述箱体和箱盖上设置有致密耐温保护层3，箱体1和箱盖2配合后，两个致密耐温保护层3围合形成一密闭的空腔10，还包括用于给空腔10加热或保温的加热器4，还包括连通空腔10用于抽真空和充惰性气体的通道5，所述除气组件为通入空腔10底部的气管或除气转子。

本发明通过在箱体1和箱盖2上设置致密耐温保护层3，在箱体1和箱盖2配合后使致密耐温保护层3围合形成一由致密耐温材质围合的空腔10，金属溶液在此空腔10内进行保温，并通过除气组件进行除气，致密耐温保护层3为高质量除气提供基础，另外，还可以配合抽真空和充惰性气体循环不断提高空腔10内真空度或者惰性气体含量比例，进而提高除气效果，相对于常规传统由多孔材料制成箱体的方式而言影响更小，常规的箱体由于多孔材料容易储存水分和氧、氢、氮等气体，在进行金属熔化过程中容易和活泼金属反应，导致加热后物料或工件发生组织变化和性能下降，本发明直接由致密耐温材料形成的空腔10进行工作，可解决和避免该问题。

所述还包括连通空腔10的进液通道和出液通道，出液通道设置在空腔10底部，本实施例中，在将金属溶液进入除气装置时无需通过打开箱盖2加料或者排料，仅需在进液通道和出液通道设置阀门，通过阀门的接通或者关闭实现金属溶液的流通，出液通道及其阀门均设具有致密耐温保护层3。

所述箱体1的空腔10内设置有坩埚9，坩埚9材质可以为铸铁、石英、刚玉、石墨、氧化铝或碳化硅等材料中的一种,坩埚9用于盛放金属溶液，由于坩埚9就较强的耐腐蚀性，以此避免具有腐蚀性的金属溶液直接作用在致密耐温保护层3上影响其寿命，另外，坩埚9仅较小部分通过支架支撑在致密耐温保护层3上，其它大部分结构与致密耐温保护层3隔绝，以便于坩埚9内部储存水分和氧、氢、氮等气体排出坩埚9实体，最后被稀释或者抽离。

所述通道5在箱盖2上设置有两个，两个通道5分别连接惰性气体充气设备和抽真空设备，便于抽真空和充惰性气体的衔接。

所述箱体1位于致密耐温保护层3构成的空腔10外设置有加热空腔11，所述加热器4设置在加热空腔11内壁，通过设置加热空腔11，避免加热器4与致密耐温保护层3直接接触，提高致密耐温保护层3的使用寿命，同时可以在通过设置连通加热空腔11的氩气通道12对加热空腔11通入氩气，减少氧化，提高加热器的使用寿命。

所述箱体1由外壳101、内壳102和设置在外壳101和内壳102之间的保温层103构成，所述内壳102和致密耐温保护层3构成的空腔10外壁围合形成加热空腔11，通过设置保温层103，提高装置的保温隔热效果，有效避免热量流失，降低能耗，保温层103材质由石棉、硅藻土、珍珠岩、高温玻璃棉、复合硅藻盐等其中一种或多种构成。

所述箱体1和箱盖2的致密耐温保护层3配合面设置有密封圈13，加强箱盖2与箱体1配合后的密封性，保证两者设置的致密耐温保护层3可以密封衔接。本实施例中，箱盖2与箱体1的配合，操作盖6与开口21的配合可以通过重力或者锁止结构实现，另外，还可以在密封圈13靠近空腔内一侧设置隔热垫14，减少到密封圈13的热量，降低密封圈13工作温度，提高使用寿命，具体隔热垫14的材质可以为硅酸铝、玻璃纤维、陶瓷纤维、石棉等。

本发明还提供一种金属熔液除气方法，包括金属熔化除气装置，包括如下步骤：

S1、开启加热器4对空腔10进行保温，将金属溶液输送至保温的空腔10内，盖上箱盖2；

S2、通过通道5对密闭的空腔10进行抽真空，达到真空度要求后关闭抽真空设备；

S3、在关闭抽真空设备后15-150s时间内通过通道5对密闭的空腔10充满惰性气体，使空腔10达到正压，并维持正压；

S4、通过除气组件对金属溶液进行除气；

S5、关闭加热器4，使金属熔液在空腔10内表层凝固；

S6、重复S2-S3一次或多次；每次重复步骤S2时，停止惰性气体充入再抽真空，且比前次抽真空的真空率低，重复步骤S3时，充满惰性气体时间比前次短；

S7、输送金属溶液至下一道工序。

通过该方法可以使空腔10在真空下使用，也可以在惰性气体保护下使用，在除气过程中，实现抽真空和惰性气体保护联合适用，配合由致密材质构成的空腔10，可极大的降低空腔10内的氧气和其他气体的含量，进而保证除气的效果，在进S2-S3过程中，实现抽真空和惰性气体保护复合使用，另外，在进行S6时，既通入惰性气体-除气-抽真空的循环，具体而言，在步骤S2的重复中，抽真空的真空率比前次抽真空的真空率低，例如第一次抽真空的真空率为95％，第二次为70％，第三次为50％；并在每次步骤S2之后进行步骤S3，且在步骤S3的重复中，充满惰性气体时间比前次短，降低空气渗入量，例如第一次50s充满惰性气体，第二次30s充满惰气体，第三次10s充满惰性气体；以此在一次一次的重复中，抽真空过程中渗入空腔10内的空气越来越少，同时惰性气体在空气渗透越来越少的前提下不断稀释气态杂质并通过抽真空操作带离，最终气态杂质含量越来越低，惰性气体的含量比例越来越大，金属熔液的纯净度越来越高。以此可以在无需过大压力抽真空的前提下循环稀释空腔10内没有必要的气体成分，提高纯度，同时可避免出现空腔10与外界压差过大空腔10内吸入空气。该金属溶液除气方法配合金属溶液除气装置使用，可以不断的提高空腔10内真空度或者惰性气体含量比例，进而提高金属溶液熔炼的纯度，保证质量。在S1之前，也可以将金属原料放入箱体空腔10内进行金属熔化，即实现熔化除气共同操作，另外，该方法通过S6，金属溶液在液态向固态进行转化过程中，能够有效降低气体在溶液中的溶解度，驱使存留在熔融态的气体；其中当处在半凝固状态时，通过抽真空方式促使熔融态液体中的气体不断排出真空装置外，也能防止金属元素发生气化。从而不断析出熔融态中的气体，提高除气效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种金属熔液除气装置，其特征是，包括箱体(1)、箱盖(2)和除气组件，所述箱体和箱盖上设置有致密耐温保护层(3)，箱体(1)和箱盖(2)配合后，两个致密耐温保护层(3)围合形成一密闭的空腔(10)，还包括用于给空腔(10)加热或保温的加热器(4)，还包括连通空腔(10)用于抽真空和充惰性气体的通道(5)，所述除气组件为通入空腔(10)底部的气管或除气转子。

2.如权利要求1所述的金属溶液除气，其特征是，所述还包括连通空腔(10)的进液通道和出液通道，出液通道设置在空腔(10)底部。

3.如权利要求1所述的金属溶液除气，其特征是，所述箱体(1)的空腔(10)内设置有坩埚(9)。

4.如权利要求1所述的金属溶液除气，其特征是，所述通道(5)在箱盖(2)上设置有两个，两个通道(5)分别连接惰性气体充气设备和抽真空设备。

5.如权利要求1-4任一项所述的金属溶液除气，其特征是，所述箱体(1)位于致密耐温保护层(3)构成的空腔(10)外设置有加热空腔(11)，所述加热器(4)设置在加热空腔(11)内壁。

6.如权利要求5所述的金属溶液除气，其特征是，所述箱体(1)由外壳(101)、内壳(102)和设置在外壳(101)和内壳(102)之间的保温层(103)构成，所述内壳(102)和致密耐温保护层(3)构成的空腔(10)外壁围合形成加热空腔(11)。

7.如权利要求6所述的金属溶液除气，其特征是，还包括连通加热空腔(11)的氩气通道(12)。

8.如权利要求1所述的金属溶液除气，其特征是，所述箱体(1)和箱盖(2)的致密耐温保护层(3)配合面设置有密封圈。

9.一种金属熔液除气方法，其特征是，包括如权利要求1-8任一项所述的金属溶液除气，包括如下步骤：

S1、开启加热器(4)对空腔(10)进行保温，将金属溶液输送至保温的空腔(10)内，盖上箱盖(2)；

S2、通过通道(5)对密闭的空腔(10)进行抽真空，达到真空度要求后关闭抽真空设备；

S3、在关闭抽真空设备后15-150s时间内通过通道(5)对密闭的空腔(10)充满惰性气体，使空腔(10)达到正压，并维持正压；

S4、通过除气组件对金属溶液进行除气；

S5、关闭加热器(4)，使金属熔液在空腔(10)内表层凝固；

S6、重复S2-S3一次或多次；每次重复步骤S2时，停止惰性气体充入再抽真空，且比前次抽真空的真空率低，重复步骤S3时，充满惰性气体时间比前次短；

S7、输送金属溶液至下一道工序。