CN2180649Y - 旋转吹头式铝液净化机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种旋转吹头式铝液净化机。 本装置采用了碎化气泡能力强、带动熔体旋转倾向 小、工艺性能好的吹头叶轮。叶轮与旋转轴表面涂有 特种复合耐火涂料层。采用了靠锥面配合的旋转密 封阀门，结构简单，牢固可靠，具有自修复功能。吹头 采用正反向自动换向旋转，使熔体内的精炼气泡最大 限度地处于细小分散状态，取得最佳处理效果。不采 用防浪挡板，简化了机头结构，减轻了机头重量，减少 了易损配件的消耗。

Description

本实用新型涉及一种气体处理法精炼铝合金的装置。

利用吹头在液态铝合金中快速旋转，将通过吹头吹入合金中的惰性气体破碎成尺寸细小的气泡，使之在合金中均匀分布，缓慢上浮，排除合金中的有害气体（氢）和混入的有害夹杂（主要是氧化铝），从而显著地改善了浮游精炼法的动力学条件，成为一种先进的净化合金的技术。自七十年代提出此法以来，受到普遍的重视。这类装置用于铸铝业的代表产品有FOSECO公司的FDU和MDU，以及较大型的RDU装置。FDU为固定式处理装置；MDU为较小型的车式装置，可在几台熔炉间移动处理；RDU的规格更大些，附有保温电炉，属于大型炉外连续处理装置。

装有旋转吹头的悬臂可以升降，也可以左右转动，以便浸入合金中进行处理和处理后提出炉外。吹头一般为抗氧化石墨或优质致密石墨制品。吹头转轴用石墨或加耐火材料套管保护，以免遭受铝液浸蚀和污染合金。

吹头一般为单向旋转（500－600r／min），精炼气体为氮、氩或加有少量氯的混合气体。为防止铝液被吹头带动强烈旋转，在液面上形成旋涡，卷入气体与夹杂，也为防止碎化的气泡重新集聚长大，降低精炼效果，多在吹头旁的机头上固定一片或两片耐火材料挡板（图2），以阻止合金旋转。

上述装置所以获得广泛使用是由于它的优点显著。主要是：除气速度快，一般每炉处理5－8分钟，可使合金含氢量降至0.1ml／100g，达到优质件铸造的要求；除渣能力也较强，微米级的夹杂在强烈搅拌作用下发生集聚而被气浮清除；液面平静，合金氧化烧损量少；用惰性气体为精炼介质，不污染环境。

但是它们还存在一定的问题，如FOSECO公司的RDU装置（图3）的石墨质叶轮和法国ALPUR装置（图4）的叶轮从本质上都相当于带有挡板的水泵叶轮，结构比较复杂。都是用优质致密石墨加工而成，加工精细、材料昴贵。RDU叶轮碎化气泡能力较好，但气泡在熔体内分布范围不宽。Alpur叶轮采用圆柱面上安排四个直叶，碎化气泡能力也很强，气泡分布范围会较宽，但带动金属熔体旋转的倾向大，即叶轮的效率不高。FOSECO系列产品中还有方形叶轮（图5），其加工方便，工艺性较好，比较牢固耐用，但分散气泡的效能较差，带动熔体的旋转作用较强。

本实用新型的目的在于：

1.采用构形合理、碎化和分散精炼气泡效能更高、工艺性能好的叶轮，以获得更好的精炼效果；

2.采用吹头正反自动换向旋转措施配合叶轮构形的改进，不用防浪板装置；采用特种复合耐火涂料，以提高吹头部件的寿命；采用结构简单、寿命很长的锥面配合间隙密封，以减少易损零件的消耗。

本实用新型由吹头、联接套、机头、旋转密封件、悬臂、控制柜、惰性气体瓶、车架和机柱组成，其特征在于：

1.吹头部件

吹头采用二种结构，一种如图6，旋转轴15的一端插入机头的联接套内用锁紧螺母17推紧挡环16与机头联接套固定并密封。旋转轴15的另一端靠锥销18将旋转轴15与叶轮19固定。其间隙靠填料密封。叶轮19与旋转轴15表面涂有特种复合耐火涂料层，保证在工作期间，不会被铝液所熔蚀。

当处理铝液温度较高或使用过分频繁时，可采用图7的结构。即在涂有防护涂料的旋转轴15外再加一层高铝质保护套管25，在套管与旋转轴15间配合时，绕3－5层玻璃布24作为填料，以保证装合时同心。利用挡片23，辐射防热板22，弹簧21，挡圈20，将套管压向叶轮19，保持适当的压力。用螺钉固定挡圈20的位置。套管25与叶轮19间也用耐火泥料封严。这种结构的主要特点是套管25能更有效地保护旋转轴15不被熔蚀。而套管25与旋转轴15间，由于膨胀率和膨胀量不同形成的相对位移能被压紧弹簧21的弹性变形所吸收，始终保持接合牢固可靠。

本实用新型的叶轮19的结构如图8，在大角度截锥体的园锥面上，根据叶轮直径的大小，均匀分布有4－16个高度不大的直叶片26，每两片之间的叶根处，靠近中心一端有一小出气孔28（φ0.5－1.5mm）。叶片与出气孔沿园锥面均匀分布。两叶片间形成开放的流道27，流道27的出口处即靠近叶轮19外缘部分，有一小段垂直于旋转轴15的平面29，作为出口的导向段。叶轮19与旋转轴15之间，靠销钉在销孔处30联接。叶轮19的材料为铸铁或钛合金敷以复合耐火涂层，也可以用高铝质材料压制烧结或高致密优质石墨压制或加工成形。工艺性与经济性能最好的是铸铁叶轮。

复合耐火涂层由内外两层组成，内层主要为能牢固附着于金属表面的无定形二氧化硅材料组成，外层以铝钒土、氧化锌等耐火材料为骨料，水玻璃为粘结剂的耐火材料构成。

2.旋转密封阀门

为将精炼用气体通入旋转的吹头1，本实用新型的旋转密封阀门4如图9，机头的中空旋转轴15上端有螺纹39旋入阀套32的下端，同时压紧阀座31。阀套32、阀座31与机头旋转轴15联为一体，共同旋转。进气管咀33靠锥面与阀座31锥孔密合，靠阀套32上半部导向部分保证与阀座31同心，并留有间隙可滑动。靠安装于支架38横板上的螺钉35调节弹簧（或橡皮）34的压缩量，保持进气管咀33与阀座31之间维持一定的压力，起到密封作用。进气管咀33上部通过锁紧箍36，支架38横板上的固定螺钉37拨住，不能旋转，但由于有较大间隙，却可在横板中上下滑动。进气管咀33上端接软管通入气体N₂（或Ar）。该结构之优点是结构简单，牢固可靠，进气管咀33与阀座31间压力不大，且旋转半径较小，转动时磨损很轻，锥面配合严密，磨损后具有自修复功能，其使用寿命很长。

3.吹头的旋转采用正反向自动换向旋转。

正向旋转时间为30－60秒，停止1－2秒，再自动反向旋转30－60秒，停止1－2秒，如此反复进行，直到设定的精炼时间结束自动停转。调整旋转持续时间的目的是适应坩埚和浇包容量不同，吹头直径和转速不同的变化，以便使熔体内的精炼气泡最大限度地处于细小分散状态，取得最佳处理效果。而且在结构上大为简化，不采用防浪挡板，简化了机头结构，减轻了机头重量，减少了易损配件的消耗。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

（1）.叶轮高度小，叶片低，出气孔口小，转动后破碎气泡能力强，气泡尺寸细小，分布范围宽，整个熔体被带动旋转的倾向小，使合金液面较长时间处于平稳状态，熔体内的细小气泡较长时间处于高度分散状态。而且采用双向交替旋转，使精炼时气泡最大限度地处于细小分散状态。故取消了现有技术常用的防浪挡板。旋转密封阀门结构简单，牢固可靠，转动磨损轻，锥面配合严密，磨损后有自修复功能，寿命长；

（2）.工艺性能好，制造成本低，如叶轮构形简单，厚度均匀，既适于铸造成形，也适于压制烧结成形，加工要求不特殊，造价低；

（3）安装、拆卸方便，吹头部件各件都是可拆卸件，便于更换损坏部位，减少消耗费用。

附图说明：

图1为本实用新型的总装图

1.吹头        2.联接套

3.机头        4.旋转密封件

5.悬臂        6.控制柜

7.惰性气体瓶        8.车架

9.机柱

图2为采用防浪板的设置图

10.坩埚        11.防浪挡板

12.合金熔体        13.防护罩

14.叶轮

图3为RDU叶轮结构剖视图

图4A为ALPUR叶轮结构剖视图

图4B为图4A之剖视图

图5A为FOSECO叶轮结构剖视图

图5B为图5A之剖视图

图6为本实用新型的一种吹头部件图

15.旋转轴        16.推紧挡板

17.锁紧螺母        18.锥销

19.叶轮

图7为本实用新型的另一种吹头部件图

15.旋转轴        16.推紧挡板

17.锁紧螺母        18.锥销

19.叶轮        20.挡圈

21.弹簧        22.辐射防热板

23.挡片        24.玻璃布

25.高铝质保护套管

图8A为本实用新型的叶轮结构图

26.直叶片        27.流道

图8B为图8A之侧视图

28.出气孔        29.导向段

30.销口

图9为本实用新型的旋转密封阀门结构图

31.阀座        32.阀套

33.进气管咀        34.弹簧（或橡皮）

35.螺钉        36.锁紧箍

37.固定螺钉        38.支架

39.螺纹        15.旋转轴

结合实施例说明附图

本实用新型的实施例如图1所示，是一较小型的车式装置，由吹头、联接套、机头、旋转密封件、悬臂、控制柜、惰性气体瓶、车架和机柱组成。

吹头采用第二种结构如图7，旋转轴15的一端插入机头的联接套内用锁紧螺母17推紧挡环16与机头联接套固定并密封。旋转轴15的另一端靠锥销18将旋转轴15与叶轮19固定。其间隙靠填料密封。叶轮19与旋转轴15表面涂有特种复合耐火涂料层，其外再加一层高铝质保护套管25，在套管25与旋转轴15间配合时，绕3－5层玻璃布26作为填料，以保证装合时同心。利用挡片23，辐射防热板22，弹簧21，挡圈20，将套管压向叶轮19，保持适当的压力。用螺钉固定挡圈20的位置。套管25与叶轮19间用耐火泥料封严。这种结构的主要特点是套管25能更有效地保护旋转轴15不被熔蚀。而套管25与旋转轴15间，由于膨胀率和膨胀量不同形成的相对位移能被压紧弹簧21的弹性变形所吸收，始终保持接合牢固可靠。

采用φ100－120mm的叶轮19，在大角度截锥体的园锥面上，均匀分布有8个高度不大的直叶片26，每两片之间的叶根处，靠近中心一端有一φ1mm小出气孔28。叶片与出气孔沿园锥面均匀分布。两叶片间形成开放的流道27，流道27的出口处即靠近叶轮19外缘部分，有一小段垂直于旋转轴15的平面29，作为出口的导向段。叶轮19与旋转轴15之间，靠销联接。叶轮19的材料为铸铁敷以复合耐火涂层，复合耐火涂层由内外两层组成，内层主要为能牢固附着于金属表面的无定形二氧化硅材料组成，外层以铝钒土、氧化锌等耐火材料为骨料，水玻璃为粘结剂的耐火材料构成。

旋转密封阀门4如图9，机头的旋转轴15上端有螺纹39旋入阀套32的下端，同时压紧阀座31。阀套32、阀座31与旋转轴15联为一体共同旋转。进气管咀33靠锥面与阀座31锥孔密合，靠阀套32上半部导向部分保证与阀座31同心，并留有间隙可滑动。靠安装于支架38横板上的螺丝35调节弹簧34的压缩量，保持进气管咀28与阀座31之间维持一定的压力，起到密封作用。进气管咀33上部通过锁紧箍36，支架38横板上的固定螺钉37拨住，不能旋转，但由于有较大间隙，却可在横板中上下滑动。进气管咀33上端接软管通入0.15m³／h经干燥处理的工业纯N₂。

吹头的旋转采用正反向自动换向旋转。转速为550r／min正向旋转时间为30－60秒，停止1－2秒，再自动反向旋转30－60秒，停止1－2秒，如此反复进行，直到设定的精炼时间结束自动停转，总处理时间为6－8分钟。

以上述条件进行铸造铝合金精炼处理后，φ60的试样之针孔度可达1－2级水平；吹头和叶轮的寿命可达200炉以上，较使用致密石墨为材料的吹头和叶轮之寿命长8－10倍；而其成本仅其三分之一。

Claims (5)

1、一种旋转吹头式铝液净化机，由吹头、联接套、机头、旋转密封件、悬臂、控制柜、惰性气体瓶、车架和机柱组成，其特征在于：

(1).吹头采用二种结构，其一由旋转轴(15)、推紧挡环(16)、锁紧螺母(17)、锥销(18)和叶轮(19)组成，旋转轴(15)的一端插入机头的联接套(2)内用锁紧螺母(17)推紧挡环(16)与机头联接套(2)固定并密封。旋转轴(15)的另一端靠锥销(18)将旋转轴(1)与叶轮(19)固定，其间隙靠填料密封，叶轮(19)与旋转轴(15)表面涂有特种复合耐火涂料层；其二是在涂有防护涂料的旋转轴(15)外再加一层高铝质保护套管(25)，在套管(25)与旋转轴(15)间配合时，绕3-5层玻璃布(26)作为填料，利用挡片(23)，辐射防热板(22)、弹簧(21)和挡圈(20)，将套管(25)压向叶轮(19)，用螺钉固定挡圈(20)的位置，套管(25)与叶轮(19)间用耐火泥料封严；

(2).叶轮(19)在大角度截锥体的圆锥面上，分布有若干个高度不大的直叶片(26)，每两片之间的叶根处，靠近中心一端有一小出气孔(28)，叶片(26)与出气孔(28)沿圆锥面均匀分布。两叶片间形成开放的流道(27)，流道(27)的出口处即靠近叶轮(19)外缘部分，有一小段垂直于旋转轴(15)的平面，作为出口的导向段(29)，叶轮(19)与旋转轴(15)之间靠销联接；

(3).旋转密封阀门(4)由压紧阀座(31)、阀套(32)、进气管咀(33)、调节弹簧(或橡皮)(34)、安装于支架(38)横板上的螺钉(35)、锁紧箍(36)、固定螺钉(37)和支架(38)组成，旋转轴(15)上端有螺纹(39)旋入阀套(32)的下端，同时压紧阀座(31)，阀套(32)、阀座(31)与机头旋转轴(15)联为一体，共同旋转。进气管咀(33)靠锥面与阀座(31)锥孔密合，靠阀套(32)上半部导向部分保证与阀座(31)同心，并留有间隙可滑动，靠安装于支架(38)横板上的螺钉(35)调节弹簧(或橡皮)(34)的压缩量，保持进气管咀(33)与阀座(31)之间维持一定的压力，起到密封作用，进气管咀(33)上部通过锁紧箍(36)和支架(38)横板上的固定螺钉(37)拨住，不能旋转，但由于有较大间隙，却可在横板中上下滑动。进气管咀(33)上端接软管通入气体N₂(或Ar)；

(4)、吹头的旋转采用正反向自动换向旋转。

2、根据权利要求1所说的旋转吹头式铝液净化机，其特征在于：叶轮（19）的材料为铸铁或钛合金敷以复合耐火涂层，也可以用高铝质材料压制烧结或高致密优质石墨压制或加工成形。

3、根据权利要求1所说的旋转吹头式铝液净化机，其特征在于：复合耐火涂层由内外两层组成，内层主要为能牢固附着于金属表面的无定形二氧化硅材料组成，外层为铝钒土、氧化锌等耐火材料为骨料，水玻璃为粘结剂的耐火材料构成。

4、根据权利要求1所说的旋转吹头式铝液净化机，其特征在于：叶轮（19）的叶片（26）为4－16片。

5、根据权利要求1所说的旋转吹头式铝液净化机，其特征在于：吹头正反向自动换向旋转是正向旋转时间为30－60秒，停止1－2秒，再自动反向旋转30－60秒，停止1－2秒，如此反复进行，直到设定的精炼时间结束自动停转。

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