CN207331028U - 一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，包括井式炉，所述井式炉的内部设置有石墨坩埚，所述井式炉的一侧设置有升降台，所述升降台上设置有支撑板，所述支撑板上设置有步进电机，所述步进电机位于所述井式炉的上方；所述步进电机的旋转轴上连接有转子，所述转子上设置有储气室、转盘和钟罩，所述转子上设置有气孔与所述储气室连通，所述转盘和所述钟罩内均设置有若干气孔与所述转子连通，所述转盘上还设置有搅拌棒，且搅拌棒为蛇形状，所述转盘为环形的四个对称的叶片，所述叶片下端面为流线型曲面，所述叶片上端面上均开有螺孔。本实用新型装置可以显著简化设备，优化熔炼工艺，降低生产成本，提高产品质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及铝合金熔炼领域，特别涉及针对铝合金精炼除气除杂及机械搅拌集于一身的多功能装置，属于铝合金材料熔炼制备的创新技术。
背景技术
合金熔炼的基本目的是：制备出纯洁度高、化学成分符合要求的合金熔体，为铸造成各种形状的铸锭创造条件。熔体的质量对合金材料的加工性能和最终使用性能具有重要的影响。合金材料能达到的性能除了靠化学成分保证外，工艺条件也是极其重要的影响因素。因为不论是冶炼厂供应的金属坯料或回炉中的废料，往往含有杂质、气体、氧化物或其他夹杂物，必须通过熔炼净化过程，借助物理或化学的精炼作用，排除这些杂质、气体、氧化物等，以提高合金熔体的纯洁度。同时，熔炼过程中要对合金熔液及时充分地搅拌，搅拌的目的是：一、提高合金元素熔化和溶解的速度，均匀成分。因为金属的溶解是在与熔液接触界面处开始的，在局部形成高浓度聚集区，只有不断搅拌，使聚集区和贫乏区产生对流，才能加速金属的溶解，并使成分均匀；二、均匀温度，避免熔体局部过热。在反射炉的情况下，热量从金属液面自上向下传递，热金属处在金属液上层，冷金属液处在下层，上下层的金属液温差不能经过热的对流达到平衡。而这种温差常达100～200℃，并随熔池深度和热源高度增加而增加。因此只有通过搅拌来加强热的传递和均匀成分。而传统的精炼除气和机械搅拌是单独运作的，设备复杂，占地面积大且造价昂贵；并且往往熔炼时只采用单一的一种精炼方法，除气除杂的效果受到了限制，即便有气体和熔剂混合充入的实例，但并不能保证气体和熔剂同时均匀供给，而且熔剂在管道中易堵塞，大大限制了熔剂和气体的净化效果；而且除气时仅设置一个孔径较大的垂直进气口，使气泡在铝合金熔液中分配不均匀，停留时间短，影响除气效果；最后机械搅拌采取中心搅拌的方式，对气泡的微细化作用效果甚微，或者往往高出液面，导致熔液表面的氧化膜极易破损，增大吸气，污染铝液。因此，设计一种适用于铝合金熔炼的精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，目的在于克服现有熔炼技术中精炼除气与机械搅拌分离开来的不足致使设备冗余繁重、成本较高的缺点，同时改进机械搅拌的方式以及转盘的构造，利用本实用新型装置，可以显著简化设备，优化熔炼工艺，降低生产成本，提高产品质量。
本实用新型所采用的技术方案：一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，包括井式炉，所述井式炉的内部设置有石墨坩埚，所述井式炉的一侧设置有升降台，所述升降台上设置有支撑板，所述支撑板上设置有步进电机，所述步进电机位于所述井式炉的上方；所述步进电机的旋转轴上连接有转子，所述转子上设置有储气室、转盘和钟罩，所述转子上设置有气孔与所述储气室连通，所述转盘和所述钟罩内均设置有若干气孔与所述转子连通，所述转盘上还设置有搅拌棒，且搅拌棒为蛇形状。
优选的，所述转盘为环形的四个对称的叶片，所述叶片端面上均开有螺孔，与搅拌棒螺纹旋紧配合。
优选的，所述石墨坩埚下方设置有耐火砖。
优选的，所述井式炉下方设置有底板。
优选的，所述井式炉上方设置有盖板，所述盖板上设置有出气口。
优选的，所述转子上设置旋转陀螺。
优选的，所述升降台与所述支撑板通过紧固螺栓连接。
优选的，所述钟罩设置于所述转子末端。
优选的，所述储气室连接有进气管。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型精简设备，集成功能，快稳准实现对精炼及搅拌的操作和控制；(2)本实用新型惰性气体精炼除气和熔剂法精炼除杂同步结合，吹气采用微孔水平旋转喷出，无死角全方位充满熔液，熔剂采用钟罩压入，不必担心堵塞管道；(3)本实用新型搅拌棒为蛇形搅拌棒，两两对称偏心置于溶液的四个方位，即采用偏心搅拌的方式，增大了与熔液的接触面积，并能有效破碎气泡，强化除氢效果；(4)本实用新型转盘叶片为流线型设计，减小旋转时的阻力，并能缓解旋涡的形成；(5)本实用新型转子上附加一个旋转陀螺，能防止转子旋转时的大幅振动；(6)本实用新型转子、转盘、钟罩及搅拌棒均为可拆卸构件，能适应不同场合下的合金熔炼。
附图说明
图1为本实用新型一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置的结构示意图。
图2为本实用新型一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置的转盘的结构示意图。
图3为本实用新型一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置的转子、转盘、搅拌棒和钟罩组合后的结构示意图。
图4为本实用新型实施例一制备的铝合金铸态金相示意图。
图5为本实用新型实施例一制备的铝合金均匀化态金相示意图。
图6为本实用新型实施例一制备的铝合金固溶时效态金相示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1所示，一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，包括井式炉(17)，所述井式炉(17)的内部设置有石墨坩埚(12)，所述井式炉(17)的一侧设置有升降台(2)，所述升降台(2)上设置有支撑板(6)，所述支撑板(6)上设置有步进电机(4)，所述步进电机(4)位于所述井式炉(17) 的上方；所述步进电机(4)的旋转轴(5)上连接有转子(11)，所述转子(11) 上设置有储气室(8)、转盘(14)和钟罩(15)；所述转子(11)上设置有气孔与所述储气室(8)连通，便于惰性气体从所述储气室(8)进入转子(11)，所述转盘(14)和所述钟罩(15)内均设置有若干气孔与所述转子(11)连通，所述转盘(14)上还设置有搅拌棒(13)。
在本实用新型的具体技术方案中，所述转盘(14)为环形的四个对称的叶片，转盘(14)直径以石墨坩埚(12)的直径的1/2为佳，每个叶片均开有通孔，与转子(11)相通，其中，转子(11)末端封闭，仅水平通气；转盘(14) 与转子(11)通过螺纹旋紧配合；所述叶片端面上均开有螺孔，与搅拌棒(13) 螺纹旋紧配合；所述石墨坩埚(12)下方设置有耐火砖(16)，所述井式炉(17) 下方设置有底板(1)，所述井式炉(17)上方设置有盖板(10)，所述盖板(10) 上设置有出气口。
在本实用新型的具体技术方案中，所述转子(11)上设置旋转陀螺(9)，所述升降台(2)与所述支撑板(6)通过紧固螺栓连接，所述钟罩(15)设置于所述转子末端，所述储气室(8)连接有进气管。
其中，转子(11)、搅拌棒(13)、转盘(14)和钟罩(15)均为碳化硅陶瓷，相比石墨棒更抗氧化，耐高温。
实施例一
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。利用本实用新型装置，在6061铝合金的基础上进行微合金化研究，制得了如下成分的铝合金如下表1：
| 合金 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Al |
| 0# | 0.60 | 0.36 | 0.24 | 0.24 | 0.99 | 0.22 | 0.08 | 余量 |
表1
实施例原料为6061铝合金、Al-Mg中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ti-B中间合金(在实验中发现6061铝合金在熔化过程中自身的Mg烧损能达70％以上，故需添加一定含量的Mg来补充其烧损的量)。
通过对本装置制得的6061铝合金铸态、均匀化态、固溶时效态金相分析，发现其微观组织表面形貌良好，针孔、气孔、缩孔等铸造缺陷都明显较少。对其铸态组织和固溶时效组织进行显微硬度测试，分别达到67HBW和105HBW，在未进行塑性变形的情况下，硬度达到这种程度，表明该装置制得的铝合金性能取得了不错的突破，说明该装置用于铝合金的制备能够明显降低铸造缺陷并显著改善铝合金的性能。
具体实施步骤为：将6061铝合金置于井式炉(17)的石墨坩埚(12)中，井式炉(17)中的温度上升至铝合金软化坍塌时，撒上一层覆盖剂。继续升温，待温度上升至熔炼温度730～750℃时，添加Al-Mn中间合金，这时便需要对液体铝合金进行搅拌处理，其中设置搅拌转速为200～400rpm，具体为即将升降台 (2)上升至一定高度，便于转子(11)与步进电机(4)的旋转轴(5)通过刚性联轴器连接，将装有搅拌棒(13)的转盘(14)安装在转子(11)上，缓慢下降升降台(2)，直至转子(11)没入熔液底部，盖上盖板10，启动步进电机 (4)，进行机械搅拌，搅拌时搅拌棒(13)不得高于熔液液面，避免卷起大的波浪及破损表面的氧化膜。在搅拌过程中，中间合金按照熔化难易的顺序依次加入，不同中间合金的添加需间隔一到两分钟，将Al-Mg中间合金用铝箔包裹后加入熔液中，搅拌均按上述方法处理。
另一方面，所述步进电机的旋转轴(5)上连接有转子(11)，所述转子(11) 上设置有储气室(8)、转盘(14)和钟罩(15)，所述转子(11)上设置有气孔与所述储气室(8)连通，所述转盘(14)和所述钟罩(15)内均设置有若干气孔与所述转子(11)连通；因为在转子(11)的底端通过螺纹旋上有钟罩(15)，在精炼除气除杂时，将粉状精炼剂压入熔液底部，同时在进气管(7)中通入氩气进入储气室(8)，所述转子(11)上设置有气孔与所述储气室(8)连通，因而氩气通过转子(11)导向转盘(14)的四个叶片边缘的气孔，其中，气孔的直径为0.5mm，气孔直径大小直接影响气泡微细化的效果，启动步进电机(4)，既实现搅拌，同时也进行惰性气体精炼和熔剂法精炼。气体通气方式是直接调节安装在氩气瓶上的气压阀，压力为0.5Mpa，控制流量为0.4m3/h，精炼10min，静置5min后在710℃时进行浇注，熔炼至此完成铝合金。
其中，所述石墨坩埚(12)下方设置有耐火砖(16)，所述井式炉(17)下方设置有底板(1)，实现对所述井式炉(17)的支撑，所述井式炉(17)上方设置有盖板(10)，所述盖板(10)上设置有出气口，实现对所述井式炉(17) 内环境的保护，并且使得气体能通过气口排出，所述转子(11)上设置旋转陀螺(9)，用于调节转子(11)的平衡；所述升降台(2)与所述支撑板(6)通过紧固螺栓连接，所述储气室(8)还连接有方便气体进入的进气管(7)。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：包括井式炉，所述井式炉的内部设置有石墨坩埚，所述井式炉的一侧设置有升降台，所述升降台上设置有支撑板，所述支撑板上设置有步进电机，所述步进电机位于所述井式炉的上方；所述步进电机的旋转轴上连接有转子，所述转子上设置有储气室、转盘和钟罩，所述转子上设置有气孔与所述储气室连通，所述转盘和所述钟罩内均设置有若干气孔与所述转子连通，所述转盘上还设置有搅拌棒。
2.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述转盘为环形的四个对称的叶片，所述叶片下端面为流线型曲面，所述叶片上端面上均开有螺孔，与搅拌棒螺纹旋紧配合。
3.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述石墨坩埚下方设置有耐火砖。
4.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述井式炉下方设置有底板。
5.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述井式炉上方设置有盖板，所述盖板上设置有出气口。
6.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述转子上设置旋转陀螺。
7.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述升降台与所述支撑板通过紧固螺栓连接。
8.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述钟罩设置于所述转子末端。
9.根据权利要求1所述的一种可实现铝合金精炼除气除杂及机械搅拌的多功能装置，其特征在于：所述储气室连接有进气管。
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