CN205188402U - 一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置 - Google Patents

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张奎
李兴刚
李永军
石国梁
马鸣龙
袁家伟
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Abstract

本实用新型尤其涉及一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,核心部件为防护筒和位于防护筒内的旋转喷吹主轴。主轴心部为通孔,下部的排气孔将惰性气体引入熔体,通过碎气叶片将气泡破碎,能高效地获得细小均匀的微气泡;通过主轴上搅拌叶片的转动实现防护筒内的熔体和微气泡从防护筒下部开孔流出,同时让坩埚上部熔体和微气泡从防护筒上部开孔流入防护筒;防护筒可实现熔体和微气泡的上下平缓对流,减小对液面熔剂保护层的扰动,增加微气泡在熔体中的停留时间,保护搅拌叶片,使本装置不仅能在精炼阶段使用,也能在加料期间使用。本实用新型能有效减少熔体中的氧化夹杂、熔剂夹杂和氢含量,并提高合金元素的收得率,提升镁合金产品的品质和质量稳定性。

Description

一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置
技术领域
本实用新型属于冶金设备技术领域,特别涉及一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置。
背景技术
镁合金熔炼存在如下难点:(1)由于镁合金熔体自身的氧化膜封闭能力差,因此需要熔剂或气体保护。与气体保护相比,熔剂保护成本低且操作简单,因而在工业化生产中广泛采用。但熔剂覆盖层很容易在搅拌过程中破损,破损后会造成液面氧化同时增加熔剂用量,增大了最终产品中氧化夹杂和熔剂夹杂的出现几率。(2)由于多数合金元素的密度大于镁,因此合金元素容易沉底,特别是Zr和稀土元素,从而造成原材料浪费;(3)镁合金高温熔体的吸氢能力非常强,在凝固过程中容易形成气孔和疏松,另外,当熔体含稀土元素时,由于稀土元素与氢的结合力较大,不仅增大了熔体的氢含量,而且容易形成高熔点的稀土氢化物,该相呈方块状并分布于晶界,会降低材料塑性。因此,防止液面氧化、搅拌和吹气精炼是镁合金熔炼非常关键的工序,防止液面氧化可以减少氧化夹杂并降低精炼难度,搅拌可以实现浓度场和温度场在整个坩埚内的均匀分布,吹气精炼的作用主要是除氢。
目前,熔炼用搅拌器的设计主要集中于搅拌器形状的改进,目的是增大与熔体的接触面积,提高搅拌均匀性,但这与镁合金熔炼特有的防止液面氧化相冲突。搅拌过程中,熔体总的运动方式是沿着坩埚内壁旋转流动,流动的激烈程度由电机转速控制,要提高搅拌均匀性,需要加快熔体流动,但过快的熔体流动将破坏熔剂保护层,从而加速液面氧化。镁合金熔炼最佳的搅拌效果是:熔体在表面保护层封闭的环境内循环流动,而现有的搅拌器很难达到这一目的。
当前,最成熟的吹气精炼技术是旋转喷吹技术,即:惰性气体通过旋转喷吹杆,并经由旋转喷头上的气孔进入熔体中,旋转喷头高速旋转,对惰性气体进行剪切和破碎,产生大量微气泡,微气泡进入熔体后,凭借氢在熔体和微气泡中的分压差,使得熔体中的氢不断扩散进入微气泡中,并随着微气泡上浮到液面而逸出,从而实现除氢的目的。为了提高净化效果,需要对气泡进行充分破碎即增大熔体中气泡的比表面积,以及延长气泡在熔体中的停留时间。
实用新型内容
本实用新型是针对目前镁合金工业化熔炼中存在的熔剂保护层易破损、温度场不均匀、合金元素易沉底(特别是稀土元素和Zr)、熔体吸氢严重等难题,提供了一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置。
一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其包括防护筒11和位于防护筒11内的旋转喷吹主轴3,以及支撑平台和安装在支撑平台上的变频电机6;
所述防护筒11包括上缘、筒身和底板,其上缘紧密连接在支撑平台上,筒身上部和下部开孔;
所述主轴3的中心为通孔,其底端封口,并通过轴承与防护筒11的底板连接,主轴3的顶端穿过支撑平台,并通过旋转接头2与进气管1连通,主轴3与支撑平台之间通过轴承连接;主轴3上安装皮带轮4,皮带轮4位于支撑平台上方,并通过皮带5与变频电机6连接,带动主轴3的旋转;主轴3下部对应防护筒11下部开孔的位置,沿圆周方向开多组排气孔13,主轴3的排气区安装2~6个碎气叶片14,呈等分角分布在主轴3的圆周上;主轴3的中部和下部各安装一组搅拌叶片12,下部一组搅拌叶片12位于排气孔13上方,中部一组搅拌叶片12位于防护筒11上部开孔的下方,每组包含2~6个搅拌叶片12,呈等分角分布在主轴3的圆周上。
所述支撑平台包括上支撑板7和下支撑板9,上支撑板7和下支撑板9之间,左右两侧设置隔热层8;防护筒11的上缘紧密连接在下支撑板9上;主轴3的顶端依次穿过下支撑板9和上支撑板7,通过旋转接头2与进气管1连通,主轴3与上支撑板7、下支撑板9之间通过轴承连接。
优选地,所述防护筒11的筒身上部开孔的上缘与液面之间的距离≥200mm,下部开孔位于筒身底端。
优选地,所述排气孔13的气孔方向为倾斜向下,倾斜角度为30~60°,进一步优选为45°。
优选地,所述碎气叶片14的倾斜角度为0~60°,进一步优选为45°。
优选地,所述搅拌叶片12的倾斜角度为30~60°,进一步优选为45°。
优选地,所述支撑平台上开孔,用于添加合金料和熔剂,以及清除表面浮渣。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型的核心部件为防护筒和位于防护筒内的旋转喷吹主轴。主轴中心为通孔,将惰性气体引入熔体,通过碎气叶片将气泡迅速破碎,能高效地获得细小均匀的微气泡;通过主轴上的搅拌叶片的转动实现防护筒内的熔体和微气泡从防护筒下部开孔流出,同时让坩埚上部熔体和微气泡从防护筒上部开孔进入防护筒。防护筒可实现熔体和微气泡在坩埚内上下平缓对流,减小对液面熔剂保护层的扰动,增加微气泡在熔体中的停留时间;保护搅拌叶片,使本装置不仅能在精炼阶段使用,也能在加料期间使用。
本实用新型能够实现熔体和微气泡在熔剂保护层形成的封闭环境内循环流动,同时实现进入熔体的惰性气泡被充分破碎成均匀细小的微气泡,从而能有效减少熔体中的氧化夹杂、熔剂夹杂和氢含量,并提高合金元素的收得率,达到提升镁合金产品的品质和质量稳定性的目的。
附图说明
图1为本实用新型一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置的结构示意图。
标号说明:1-进气管;2-旋转接头;3-主轴;4-皮带轮;5-皮带;6-变频电机;7-上支撑板;8-隔热层;9-下支撑板;10-坩埚;11-防护筒;12-搅拌叶片;13-排气孔;14-碎气叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
如图1所示,本实用新型一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置包括防护筒11和位于防护筒11内的旋转喷吹主轴3,支撑平台包括上支撑板7和下支撑板9,上支撑板7和下支撑板9之间,左右两侧设置隔热层8,能有效缓减高温对变频电机6的损害。防护筒11包括上缘、筒身和底板,防护筒11上缘通过螺栓紧密连接在下支撑板9上;筒身上部和下部开孔,上部开孔的上缘与液面之间的距离≥200mm,下部开孔位于筒身底端。主轴3的中心为通孔,其底端封口,并通过轴承与防护筒11的底板连接,顶端依次穿过下支撑板9和上支撑板7,通过旋转接头2与进气管1连通。主轴3与上支撑板7、下支撑板9之间通过轴承连接。主轴3上安装皮带轮4,皮带轮4位于旋转接头2下侧,上支撑板7上方,并通过皮带5与变频电机6连接,所述变频电机6安装在上支撑板7上。主轴3下部对应防护筒11下部开孔的位置,沿圆周方向开多组排气孔13,气孔方向为倾斜向下,倾斜角度为30~60°,优选45°。主轴3的排气区安装2~6个碎气叶片14,呈等分角分布在主轴3的圆周上,碎气叶片14的倾斜角度为0~60°,优选45°,用于将从排气孔13排出的气泡破碎成更小的微气泡。主轴3的中部和下部各安装一组搅拌叶片12,下部一组搅拌叶片12位于排气孔13上方,中部一组搅拌叶片12位于防护筒11上部开孔的下方,每组包含2~6个搅拌叶片12,呈等分角分布在主轴3的圆周上,搅拌叶片12的倾斜角度为30~60°,优选45°,以保证高效地实现熔体向下流动。为了满足合金化和精炼的需要,支撑平台上可以开孔,用于添加合金料和熔剂,还可以清除表面浮渣。
本实用新型装置可用于纯镁锭熔化后的合金化和精炼阶段。装置进入熔体前,变频电机6(调速范围为0~800转/分钟,功率1.1KW)处于关闭状态,惰性气体由进气管1经旋转接头2进入主轴3的中心通孔,保证排气孔13处有轻微的气流,并选择合适的通气量来防止熔体进入主轴3的心部通孔。本实施方式中惰性气体采用氩气。装置进入熔体后,将支撑平台平稳放置于坩埚10上端。开启变频电机6,调整变频电机6的转速和惰性气体的通气量,以液面熔剂保护层长时间不破损为宜,本实施方式中,变频电机6的转速为100~800r/min,优选300r/min,惰性气体的流量为2~10L/min,优选6L/min。变频电机6输出的动力通过皮带5带动皮带轮4转动,从而实现主轴3的旋转。主轴3以一定的转速旋转时,其中部和下部的搅拌叶片12推动防护筒11内的熔体向下流动,熔体从防护筒11的下部开孔流出,同时坩埚10上部的熔体从防护筒11的上部开孔流入,这一过程反复进行,使坩埚10内熔体不断上下对流,从而实现均匀的温度场和浓度场,又由于剧烈的扰动被限制在防护筒11内,对熔剂保护层的扰动被大幅减弱。此外,合金化阶段要直接添加固体料或放入料筐,此时,防护筒11可以避免搅拌叶片12与固体料和料筐之间的碰撞。熔体循环流动的同时,由排气孔13排出的气泡立即被旋转的碎气叶片14破碎成细小均匀的微气泡,微气泡在搅拌叶片12的推动下排出防护筒11进入熔体中,微气泡增大了与熔体的接触面积,从而增大了除氢效果,且与不经破碎的大气泡相比,微气泡对液面熔剂层的扰动作用也大幅减弱。部分微气泡在上升过程中跟随熔体重新进入防护筒11,从而增加了气泡在熔体中的停留时间,能够增加除氢效果。对于连续生产,精炼结束后,关闭变频电机6,调低通气量,将精炼好的熔体移出坩埚10,同时在坩埚10底部保留一定的合金溶液,然后补加纯镁锭,待其完全融化且熔体温度升至合金化温度后,开启变频电机6,增加通气量,进入下一个生产周期。生产结束后,将本装置转移至空旷处冷却至室温,之后将接触熔体的部分在水中浸泡一段时间,取出后进行清理和烘干,以备下次使用。

Claims (7)

1.一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,该装置包括防护筒(11)和位于防护筒(11)内的旋转喷吹主轴(3),以及支撑平台和安装在支撑平台上的变频电机(6);
所述防护筒(11)包括上缘、筒身和底板,其上缘紧密连接在支撑平台上,筒身上部和下部开孔;
所述主轴(3)的中心为通孔,其底端封口,并通过轴承与防护筒(11)的底板连接,主轴(3)的顶端穿过支撑平台,并通过旋转接头(2)与进气管(1)连通,主轴(3)与支撑平台之间通过轴承连接;主轴(3)上安装皮带轮(4),皮带轮(4)位于支撑平台上方,并通过皮带(5)与变频电机(6)连接,带动主轴(3)的旋转;主轴(3)下部对应防护筒(11)下部开孔的位置,沿圆周方向开多组排气孔(13),主轴(3)的排气区安装2~6个碎气叶片(14),呈等分角分布在主轴(3)的圆周上;主轴(3)的中部和下部各安装一组搅拌叶片(12),下部一组搅拌叶片(12)位于排气孔(13)上方,中部一组搅拌叶片(12)位于防护筒(11)上部开孔的下方,每组包含2~6个搅拌叶片(12),呈等分角分布在主轴(3)的圆周上。
2.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,所述支撑平台包括上支撑板(7)和下支撑板(9),上支撑板(7)和下支撑板(9)之间,左右两侧设置隔热层(8);防护筒(11)的上缘紧密连接在下支撑板(9)上;主轴(3)的顶端依次穿过下支撑板(9)和上支撑板(7),通过旋转接头(2)与进气管(1)连通,主轴(3)与上支撑板(7)、下支撑板(9)之间通过轴承连接。
3.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,所述防护筒(11)的筒身上部开孔的上缘与液面之间的距离≥200mm,下部开孔位于筒身底端。
4.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,所述排气孔(13)的气孔方向为倾斜向下,倾斜角度为30~60°。
5.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,碎气叶片(14)的倾斜角度为0~60°。
6.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,搅拌叶片(12)的倾斜角度为30~60°。
7.根据权利要求1所述一种镁合金熔炼用搅拌吹气装置,其特征在于,所述支撑平台上开孔,用于添加合金料和熔剂,以及清除表面浮渣。
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