一种强剪切搅拌铝合金熔体复合处理装置和技术的制作方法

本发明涉及铝合金熔炼领域，具体地说，涉及一种强剪切搅拌铝合金熔体复合处理装置和技术。

背景技术：

近年来全球汽车工业特别是中国汽车行业的迅猛发展带动了汽车零部件制造业的发展，作为汽车关键性零部件的铝合金轮毂也迎来了高速增长期。据中国车轮协会统计，2015年中国大陆铝合金轮毂出口达7500万件，金额达38.67亿美元，出口量78.86万吨，中国已成为世界铝轮毂第一制造和出口大国。

铝轮毂制造涉及铝液熔化、铸造、热处理、机械加工、表面处理等多个环节，其中熔体处理是制造的第一个环节，对产品的外观品相和力学性能影响非常大。目前，对铝熔体处理方式，行业内一般采用在中转包中将覆盖剂撒在熔体表面，用钟罩将精炼剂压入铝溶液中，然后再将以氮气为载体采用旋转喷吹方式进行精炼净化，该方法虽可以消除铝液中的部分气体与氧化物夹渣物，但熔体中的原子氢与氧化物夹杂物处理不彻底，精炼净化效果并不理想，处理过的铝熔体经测氢检验一般密度为2.53～2.60g/cm²，该熔体质量状况只适合生产普通轮毂，无法达到高品质轮毂机械性能和外观的要求；特别是对于高合金化的熔体，由于更容易存在成分偏析、高熔点形核质点分布不均匀，以上处理方法对于成分、质点均匀分布处理效果有限，会使铸件结晶凝固后晶粒粗大；因此，铝轮毂行业技术研发人员需要研制更好的铝熔体精炼处理装置。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有对铝合金熔体精炼处理过程所存在的不足，提供一种可实现铝合金熔体洁净化、细化与均匀化的复合处理装置和技术，具体地说，是一种强剪切搅拌铝合金熔体复合处理装置和技术。

实现以上的技术方案是：一种强剪切搅拌铝合金熔体复合处理装置和技术，包括控制柜、导线、储气瓶、气体流量控制阀、气管、粉末储存罐、升降系统驱动马达、支撑杆、石墨转子驱动马达、石墨转子、旋转喷头、刮渣板、中转包。控制柜通过导线与升降系统驱动马达以及石墨转子驱动马达相连接，控制支撑杆上下运动以及石墨转子驱动马达转动；石墨转子驱动马达与石墨转子安装在支撑杆上，支撑杆与升降系统驱动马达相连接；石墨转子驱动马达通过皮带与石墨转子相连接，驱动石墨转子转动对熔体进行剪切与搅拌；石墨转子中间有直径10-12mm的孔洞，为熔体处理过程气流与所添加粉末的通道；石墨转子与旋转喷头相连接，旋转喷头的底部有6个高度为15～20mm的凸台，在每两凸台之间有宽度8～12mm、深度10～15mm的凹槽，其目的将气流与所添加的粉末均匀分散，将较大的气泡撞击成较小的气泡，提升熔体的净化效果；储气瓶与粉末储存罐通过气管与石墨转子连接，气体流量控制阀控制储气瓶气体的流出量，储气罐内的气体为纯度为99.99％的氮气或氩气，在储气瓶的压力下通过气流将粉末储存罐内的粉末经石墨转子携带到熔体内，再经旋转喷头在熔体内产生均匀细小的气泡与分散的粉末，粉末储存罐内的粉末为精炼剂与晶粒细化剂，精炼剂的成分为45％含量的KCl、35％含量的NaCl与20％Na₃AlF₆；细化剂的成分为K₂ZrF₆与KBF₄各占50％，这样处理使溶剂中含一定量的冰晶石Na₃AlF₆可促进溶剂对氧化物的润湿与吸附能力大大加强，伴随气泡在上浮过程将熔体内的原子氢与氧化物夹渣携带到熔体的表面，提高溶剂的净化能力，细化剂K₂ZrF₆与KBF₄加入与熔融的铝液发生化学反应：

3K₂ZrF₆+13Al→3ZrAl₃+4AlF₃+6KF

6KBF₄+3K₂ZrF₆+10Al→3ZrB₂+10AlF₃+12KF

可生成ZrAl₃与ZrB₂成为高熔点异质晶核质点，以该方式形成的ZrAl₃与ZrB₂在熔体内活性大、细化效果好，可促使ɑ枝晶更加细小，从而起到细化晶粒的作用；石墨转子浸入熔体的部分呈左螺旋式螺牙，其螺牙深度10～15mm，螺距15～20mm，该结构在高速转动过程对熔体起到强剪切作用，即对熔体内的初生相进行剪切，对高熔点的异质晶核质点剪切，对高密度微合金剪切，经该结构处理过的熔体结晶凝固后ɑ枝晶细小且均匀分布，共晶成分细小均布，铸件不存在成分偏析；在石墨转子的两侧安装刮渣板，刮渣板的横截面呈菱形，刮渣板的侧面有对熔体内的大起泡撞击成无数的小起泡的作用，增强熔体的净化效果，刮渣板的棱角在石墨转子高速旋转过程带动熔体转动，对熔体也有剪切作用；使用时依据熔炼工艺要求，将1.5—2.5kgAl-Sr-RE中间合金加入中转包，将铝液加入预热至暗红色的中转包内，铝液500-800kg，表面均匀的撒上一层干燥的覆盖剂1.0～1.5kg，将干燥的精炼剂1.0～1.5kg与干燥的晶粒细化剂1.0～1.5kg加入粉末储存瓶内，将防护盖旋紧，将石墨转子通过升降系统驱动马达向下移动到距中转包底80～100mm处，在控制柜上设定精炼净化时间10.0～15.0min,,设定气体流量0.8～1.5m²/h,石墨转子转速600～800转/分，精炼结束后将石墨转子通过升降系统上移到一定高度，关闭气体，进行扒渣，整个中转包内复合处理结束。该装置有利净化铝液中的气体与夹渣，处理过程产生大量高度弥散的高熔点异质晶核质点，同时还具有对熔体搅拌与剪切效果，促进熔体内异质形核质点与高密度微量合金均匀分布，避免传统工艺熔体处理不彻底、成分偏析与晶粒粗大等问题，经测氢检验该装置处理的铝液密度可达到2.65m/cm²，铸件各部位ɑ枝晶细小且均匀分布，和传统的精炼装置相比，有更好的除气净化、细化和均匀化的效果。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明旋转喷头结构示意图。

具体实施方式

一种强剪切搅拌铝合金熔体复合处理装置，包括控制柜1、导线2、储气瓶3、气体流量控制阀4、气管5、粉末储存罐6、升降系统驱动马达7、支撑杆8、石墨转子驱动马达9、石墨转子10、旋转喷头11、刮渣板12、中转包13；控制柜1通过导线2与升降系统驱动马达7以及石墨转子驱动马达9相连接，控制支撑杆8上下运动以及石墨转子驱动马达9转动；石墨转子驱动马达9与石墨转子10安装在支撑杆8上，支撑杆8与升降系统驱动马达7相连接；石墨转子驱动马达9通过皮带与石墨转子10相连接，驱动石墨转子转动对熔体进行剪切与搅拌，石墨转子中间有直径10mm的孔洞，为气流与粉末通道；石墨转子与旋转喷头相连接，旋转喷头底部有6个高度为20mm凸台，在每两个凸台之间有6条宽度12mm、深度10mm的凹槽；储气瓶与粉末储存罐通过气管与石墨转子连接，储气罐内的气体为纯度为99.99％的氮气，气体流量控制阀控制储气瓶气体的流出量，在储气瓶的压力下通过气流将精炼剂储存罐内的精炼剂与细化剂经石墨转子以及旋转喷头携带到熔体内；石墨转子浸入熔体部分呈左螺旋式螺纹，其螺牙深度15mm、螺距20mm，在石墨转子转动过程对熔体起到强剪切作用，即对熔体内的初生相进行剪切，对高熔点的形核质点搅拌均匀，对高密度微合金搅拌均匀，经该结构处理过的熔体结晶凝固后ɑ枝晶细小且均匀分布，共晶成分细小均布，铸件不存在成分偏析；石墨转子的两侧的刮渣板安装在支撑架上，刮渣板的横截面呈菱形，刮渣板的侧面对熔体内的起泡撞击成无数的小起泡，增强熔体的净化效果，刮渣板的棱角在石墨转子高速旋转过程带动熔体转动，对熔体也有剪切作用；使用时依据熔炼工艺要求，将2.5kgAl-Sr-RE中间合金加入800kg的中转包，表面上均匀的撒上一层所占铝液1.5kg干燥的覆盖剂，将1.5kg干燥的精炼剂加入粉末储存瓶内，同时加入1.0kg细化剂，将密封盖旋紧，将石墨转子通过升降系统驱动马达向下移动到距中转包底90mm处，在控制柜上设定精炼净化时间10.0min,设定气体流量1.2m²/h,石墨转子转速700转/分，精炼结束后将石墨转子通过升降系统上移到一定高度，关闭气体，进行扒渣，整个中转包内精炼净化结束。经测氢检验该装置处理的铝液含氢量为0.06㎝³/100g、密度在2.65m/cm²，很好地净化铝液中的气体与夹渣，同时促进熔体内异质形核质点与高密度微量合金均匀分布。