CN1169980C - 去除铝熔体中非金属夹杂物的装置 - Google Patents

去除铝熔体中非金属夹杂物的装置 Download PDF

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Abstract

去除铝熔体中非金属夹杂物的装置，由电磁发生器、分离器和浇注系统三部分组成，分离器置于电磁发生器内部，并与浇注系统连接成一个整体，电磁发生器包括：感应线圈、变压器和高频电源，变压器的输入端与高频电源相连，感应线圈与变压器的输出端相连，分离器采用方形直通孔的陶瓷过滤器，其中单个方孔的尺寸为10mm×10mm，分离器置于感应线圈内，一端与浇注系统的入口连接，另一端与浇注系统的出口连接。本发明具有实质性特点和显著进步，在外加磁感应强度为0.1T、频率为20kHz的磁场中，可以在过滤器单个通孔横截面面积为100mm2左右时，只需大约5s的时间，即可去除熔体中90%以上大于10μm的非金属夹杂。

Description

去除铝熔体中非金属夹杂物的装置
技术领域
本发明涉及的是一种铝熔体净化的装置，特别是一种去除铝熔体中非金属夹杂物的装置，属于金属冶炼专业领域。
背景技术
铝合金中非金属夹杂物的存在有很大的危害性，如破坏基体的连续性、为疲劳裂纹的萌生提供核心，损害铸件的力学性能，降低熔体的流动性，促进疏松的形成，形成硬质点、恶化加工性能等。随着铝合金在汽车、电子、包装及航空航天等领域的应用日益扩大，在铝制品及原材料生产厂家，去除10μm以上夹杂、提高熔体洁净度水平已成为提高铝合金材料冶金质量的必要环节和关键内容。目前传统的熔体净化方法主要包括熔体静置、气体精炼、熔剂覆盖和过滤法。但存在着夹杂去除效率不高、稳定性不足、污染环境等缺点，在净化效果和可靠性方面都有待提高。如重力沉降一般只对大于90-100μm的夹杂有效；气泡浮选只对大于30-40μm的夹杂的去除较为可靠；过滤技术难以去除小粒径夹杂(小于10μm)，且过滤效果变化大、过滤器容易堵塞。近年来，电磁分离技术得到了广泛的研究，其实质是利用外加电磁力场的作用大大提高夹杂的分离速率，并结合了过滤器捕捉夹杂的能力，因而可以有效、稳定地去除熔体中微米级的细小夹杂物。经检索发现：山尾文孝，佐佐健介，岩井一彦等，固定交流磁場を利用した溶融金属中の非金属介在物除去，铁と鋼，1997，vol.83(1)：30-35。山尾文孝等提出利用螺线管线圈施加高频磁场，采用细圆管束作为分离器的方案。虽然采用细管可以缩短夹杂到管壁的运动距离、提高分离效率，但却大大限制了熔体通过圆管的流量，增加了流动阻力，且细管在使用中容易堵塞，因此不利于实现工业规模的连续处理；但若采用大管径的分离器，又由于高频磁场的集肤效应，电磁场仅集中在圆管内靠近管壁附近的区域，而在中心区域内电磁作用很弱，处在这一区域内的夹杂的分离效率受到很大影响。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种去除铝熔体中非金属夹杂物的装置，复合了交变磁场、熔体二次流动和过滤器的作用，利用分离器横截面内熔体的二次流动促使中心区域的夹杂向外部区域输运，再利用电磁场对微小夹杂的高效分离作用和过滤器吸附捕捉夹杂的能力，在进一步提高夹杂去除效率的同时，可以增大分离器孔径，提高熔体的流量，降低流动阻力，减少分离器堵塞的可能，延长其使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由电磁发生器、分离器和浇注系统三部分组成，分离器置于电磁发生器内部，并与浇注系统连接成一个整体。电磁发生器包括感应线圈、变压器和高频电源，高频电源可将380V的工频交流电经过整流、滤波和逆变，转换成高频交流电；变压器的输入端与高频电源相连，可将高频电源输出的高电压低电流转换成低电压高电流；感应线圈与变压器的输出端相连，在感应线圈内部能产生磁感应强度＞0.1T、频率为20kHz左右的均匀轴向交变磁场；分离器采用方形直通孔的陶瓷过滤器，其中单个方孔的尺寸约为10mm×10mm；分离器置于感应线圈内，一端与浇注系统的入口连接，另一端与浇注系统的出口连接，待处理的熔体从入口连续、平稳地进入分离装置，洁净的熔体则从出口流出。铝及铝合金熔体由入口进入电磁过滤分离器，在流经分离器通道的过程中，熔体会受到指向孔中心方向的电磁体积力作用，而非金属夹杂由于与熔体存在导电性上的差异，会受到相反方向的电磁挤压力作用，并向分离器壁运动。由于交变磁场的集肤效应，电磁作用主要集中在通孔内靠近壁面的外部区域。但由于分离器内电磁力分布不均匀，导致熔体出现横截面内的二次流动，中心区域的夹杂在二次流动的作用下，可以跟随熔体运动到电磁力强的靠近壁面的区域，再在电磁场的作用下迅速为壁面捕获。因此，可以有效地去除夹杂。通过高频电源和轴对称感应线圈施加交变磁场，将大孔径、非圆形的直通孔陶瓷过滤器沿轴向置于线圈内。待处理的铝合金熔体连续地从入口导入，在流经过滤器通孔的过程中，熔体会受到由外部指向孔中心方向的电磁箍缩力作用，而非金属夹杂由于与熔体存在导电性上的差异，会受到相反方向的电磁挤压力作用，并向过滤器壁面运动直至被壁面捕获，从出口流出的将是洁净的熔体。由于分离器横截面内作用于熔体的电磁力分布不均匀，导致熔体除沿过滤器通孔的轴向流动外，在横截面上还会产生二次流动。在二次流动的作用下，孔中心区域的夹杂跟随熔体运动到电磁力强的靠近壁面的区域，再在电磁场的作用下迅速为壁面捕获。陶瓷过滤器与夹杂之间的润湿性较好，可以有效地捕捉运动到分离器壁面的夹杂，同时在电磁挤压力的作用下，也可以防止夹杂物被二次流动重新卷入到熔体中。这样通过复合电磁分离、流动传输和过滤吸附等作用，可以在分离器流通大体积熔体的过程中有效地捕捉其中的微小夹杂，满足工业化连续生产对高质量铝材的需求。
本发明具有实质性特点和显著进步，在外加磁感应强度为0.1T、频率为20kHz的磁场中，可以在过滤器单个通孔横截面面积为100mm2左右时，只需大约5s的时间，即可去除熔体中90％以上大于10μm的非金属夹杂。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明主要由电磁发生器(1)、分离器(2)和浇注系统(3)三部分组成，分离器(2)置于电磁发生器内部，并与浇注系统(3)连接成一个整体。电磁发生器(1)包括：感应线圈(4)、变压器(5)和高频电源(6)，变压器(5)的输入端与高频电源(6)相连，感应线圈(4)与变压器(5)的输出端相连，在感应线圈(4)内部能产生磁感应强度＞0.1T、频率为20kHz左右的均匀轴向交变磁场。
分离器(2)采用方形直通孔的陶瓷过滤器，其中单个方孔的尺寸约为10mm×10mm；分离器(2)置于感应线圈(4)内，一端与浇注系统(3)的入口连接，另一端与浇注系统(3)的出口连接。

Claims (2)

1、一种去除铝熔体中非金属夹杂物的装置，由电磁发生器(1)、分离器(2)和浇注系统(3)三部分组成，其特征在于，分离器(2)采用方形直通孔的陶瓷过滤器，其中单个方孔的尺寸为10mm×10mm，分离器(2)置于感应线圈(4)内，一端与浇注系统(3)的入口连接，另一端与浇注系统(3)的出口连接，分离器(2)置于电磁发生器内部，并与浇注系统(3)连接成一个整体，电磁发生器(1)包括：感应线圈(4)、变压器(5)和高频电源(6)，变压器(5)的输入端与高频电源(6)相连，感应线圈(4)与变压器(5)的输出端相连。
2、根据权利要求1所述的这种去除铝熔体中非金属夹杂物的装置，其特征是在感应线圈(4)的磁感应强度＞0.1T、频率为20kHz的均匀轴向交变磁场。
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