低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置及其除渣方法
【专利摘要】本发明提供一种低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置及其除渣方法，包括保温炉和抽真空系统，所述抽真空系统包括冷却装置和真空泵，所述保温炉与冷却装置连接，冷却装置与真空泵依次连接；操作时，旋转三通阀，当三通阀旋向真空接头时，开启真空泵，对保温炉进行抽真空，此时炉腔中氢的分压降低，铝合金熔体中的氢会不断析出，从而降低熔体中的氢含量，保持一定时间后解除真空，三通阀旋向压缩空气接头，即可进行浇铸；本发明有很强的除氢除渣效果，解决了铝合金低压铸造中铝熔体转运过程中产生的氢含量和氧化夹渣量显著回升的问题，降低了铸件的报废率，且结构简单，容易操作。
【专利说明】低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置及其除渣方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铸造合金熔炼及铸造设备领域，涉及一种低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置及其除渣方法。
【背景技术】
[0002]铝合金具有密度小、比强度高、易成形等有点，广泛应用于航空航天、交通运输、机械等领域。在铝合金生产过程中，尤其是在铝锭制备、铸件制造过程中会产生大量的孔洞缺陷，造成铝锭或者铝合金铸件的性能，特别是力学性能，大幅度的下降甚至是报废，导致成品率低，能源浪费大。研究表明，导致铝合金孔洞的主要原因是熔体中氢及氧化夹杂的存在。氢在固态铝中的溶解度很小为0.034ml/100gAl，而在液态铝中的溶解度很大为
0.65ml/100gAl，这种巨大的溶解度差异使得凝固过程中氢在固液界面前沿大量聚集。由于不能完全从熔体中逸出，过饱和的氢易于依托熔体中的夹杂形核并长大形成孔洞缺陷。因而要生产优质铝合金铸件必须进行熔体净化处理。
[0003]传统的熔体净化主要是吸附净化，吸附净化是指依靠精炼剂的吸附作用除去铝液中的气体和夹杂物的目的。主要包括:过滤法、熔剂法和气泡浮游法。精炼工艺为向熔体中加入精炼剂(熔剂)，如C2C16、JDLF-1等，但会对环境造成污染，对操作人员有害，且容易引入新的杂质，效率低；或者通过旋转喷吹惰性气体、氮气，但是效果不够稳定，通入的气泡尺寸大或产生合泡时效果不好，通入的气体除湿不够反而会增加孔洞缺陷，尤其通入氮气时，温度控制不当会与铝熔体发生反应，反而污染熔体。真空静置法除氢是一种非吸附净化方法，是基于亨利定律，对铝合金熔体表面抽真空，降低氢分压，使其在铝合金熔体中的溶解度降低而进行除氢的，一般在IOmmHg真空度时，氢即可减少到0.lml/100gAl。另一方面，真空静置时，铝熔体中产生的大量氢气泡上浮也可以带走非金属夹杂物，使铝熔体净化。
[0004]然而采用传统的熔剂法和气泡法净化处理后转运到低压铸造机坩埚内时铝液流与空气激烈接触、在坩埚内翻滚，导致铝熔体中氢含量和氧化夹渣量显著回升，基本上丧失了前期熔体净化处理的效果，从而易导致铸件中产生孔洞缺陷而报废。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提供一种低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置及其除渣方法，其有很强的除氢除渣效果，解决了铝合金低压铸造中铝熔体转运过程中产生的氢含量和氧化夹渣量显著回升的问题，降低了铸件的报废率，且结构简单，容易操作。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为:
一种低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，包括保温炉和抽真空系统，所述抽真空系统包括冷却装置和真空泵，所述保温炉与冷却装置连接，冷却装置与真空泵依次连接；
所述保温炉设有压缩空气接头；所述抽真空系统包括真空接头、冷却装置、真空泵，所述抽真空系统与抽真空系统之间设有三通阀，所述三通阀的第一开口与压缩空气接头连接，第二开口与真空接头的一端连接，第三开口与氮气瓶连接；所述真空接头另一端通过真空快卸法兰与冷却装置连接；所述冷却装置与真空泵之间通过橡胶软管连接，所述橡胶软管上设有抽真空阀和破真空阀；所述保温炉包括设置在保温炉内的坩埚，所述保温炉内设有升液管，所述升液管上部伸出保温炉，升液管伸出保温炉的部分设有炉盖，所述炉盖上安装有自密封压块；
所述冷却装置包括冷却槽和冷却管，所述冷却管一端与真空接头连接，另一端与橡胶软管连接；所述冷却管置于冷却槽中，所述冷却槽内盛装有冷却液；
所述冷却管设置成螺旋状；
所述自密封压块的下端面与炉盖之间嵌入耐高温密封圈；
所述抽真空系统置于平板推车上。
[0007]本发明的另一技术目的是提供一种基于上述装置的除渣方法，操作时，旋转三通阀，当三通阀旋向真空接头时，开启真空泵，对保温炉进行抽真空，此时炉腔中氢的分压降低，铝合金熔体中的氢会不断析出，从而降低熔体中的氢含量，保持一定时间后解除真空，三通阀旋向压缩空气接头，即可进行浇铸。
[0008]通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
在密封块的下端面与炉盖之间嵌入耐高温密封圈，依靠自密封压块的压块自重压在炉盖上，更好的密封炉体；通过旋转三通阀进行操作，当三通阀旋向真空接头时，开启真空泵，对保温炉进行抽真空，此时炉腔中氢的分压降低，铝合金熔体中的氢会不断析出，从而降低熔体中的氢含量，保持一定时间后解除真空，三通阀旋向压缩空气接头，即可进行浇铸；本发明不仅结构简单，操作很方便，同时本发明的装置适用于易形成孔洞或者气密性要求较高的铝合金铸件的熔体制备，在进行生产使无需使用精炼剂，无污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1所示为本发明的结构示意图；
其中:1为保温炉，2为坩埚,3为升液管,4为炉盖,5为三通阀,6为自密封压块,7为真空接头，8为真空快卸法兰，9为抽真空阀，10为破真空阀，11为橡胶软管，12为真空泵，13为平板推车，14为冷却管，15为冷却槽。
【具体实施方式】
[0010]附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
[0011]真空静置法除氢是一种非吸附净化方法，是基于亨利定律，对铝合金熔体表面抽真空，降低氢分压，使其在铝合金熔体中的溶解度降低而进行除氢的，一般在IOmmHg真空度时，氢即可减少到0.lml/lOOgAl。另一方面，真空静置时，铝熔体中产生的大量氢气泡上浮也可以带走非金属夹杂物，使铝熔体净化。
[0012]图1所示，本发明所述的真空静置除气除渣装置的工作原理是:
通过旋转三通阀进行操作，当三通阀旋向真空接头时，开启真空泵，对保温炉进行抽真空，此时炉腔中氢的分压降低，铝合金熔体中的氢会不断析出，从而降低熔体中的氢含量，保持一定时间后解除真空，三通阀旋向压缩空气接头，即可进行浇铸；在密封块的下端面与炉盖之间嵌入耐高温密封圈，依靠自密封压块的压块自重压在炉盖上，用于密封炉体。
[0013]以下将通过比较采用本发明所述真空静置除气除渣装置生产的成品与两个对照试验成品进行比较，以说明本发明所述的真空静置除气除渣装置，在铝合金低压铸造技术中的进步，具体为:
实施例1
外界环境:室内温度30° C，多云、潮湿。
[0014]对照1:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，铝熔体转运到低压铸造机保温炉内，取少量铝熔体浇铸到减压凝固测氢仪专用铸型中进行减压凝固，得样品I ;
对照2:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，加三元精炼剂进行熔体处理，静置10分钟后加Sr变质，保温30分钟后进行N2气旋转喷气除气处理20分钟；之后取少量铝熔体浇铸到减压凝固测氢仪专用铸型中进行减压凝固，冷却后得样品2 ；
对照3:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，铝熔体转运到低压铸造机保温炉内后，采用本发明所述装置进行真空静置30分钟，之后取少量铝熔体浇铸到减压凝固测氢仪专用铸型中进行减压凝固，得样品3。
[0015]结果显示，样品I表面平整，只有少量的几个孔泡，表明铝熔体质量较好，氢、渣含量较低；样品2表面明显上鼓，存在大量的孔眼表明熔体质量很差，氢、渣含量高；样品3表面基本上与样品I相同，表面平整，基本上没有孔泡。结果表明，采用本发明所述装置进行真空静置，有明显的除气除渣效果。
[0016]实施例2
外界环境:室内温度30° C，多云、潮湿。
[0017]对照1:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，铝熔体转运到低压铸造机保温炉内后，取少量铝体浇铸到激冷测氢样专用厚铜模中，冷却后加工出测氢样I ;
对照2:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，加三元精炼剂进行熔体处理，静置10分钟后加Sr变质，保温30分钟后进行N2气旋转喷气除气处理20分钟。之后取少量铝体浇铸到激冷测氢样专用厚铜模中，冷却后加工出测氢样2 ；
对照3:原料为ZLlOl铝合金锭，电炉中加热到760°C熔清后保温30分钟，降温到730°C后，铝熔体转运到低压铸造机保温炉内后，采用本发明所述装置进行真空静置30分钟，取少量铝体浇铸到激冷测氢样专用厚铜模中，冷却后加工出测氢样3 ；
对所得的三个样品在精密测氢仪上进行氢含量的测定，得到如下表I结果:
表I A356合金不同状态下的氢含量测试结果(ppm):
测氢样号11 |2 |3
氢含量(ppm) |θ.32 |θ.16 |θ.15~
【权利要求】
1.一种低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，包括保温炉和抽真空系统，其特征在于:所述抽真空系统包括冷却装置和真空泵，所述保温炉与冷却装置连接，冷却装置与真空泵依次连接。
2.根据权利要求1所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，其特征在于:所述保温炉设有压缩空气接头；所述抽真空系统包括真空接头、冷却装置、真空泵，所述抽真空系统与抽真空系统之间设有三通阀，所述三通阀的第一开口与压缩空气接头连接，第二开口与真空接头的一端连接，第三开口与氮气瓶连接；所述真空接头另一端通过真空快卸法兰与冷却装置连接；所述冷却装置与真空泵之间通过橡胶软管连接，所述橡胶软管上设有抽真空阀和破真空阀；所述保温炉包括设置在保温炉内的坩埚，所述保温炉内设有升液管，所述升液管上部伸出保温炉，升液管伸出保温炉的部分设有炉盖，所述炉盖上安装有自密封压块。
3.根据权利要求2所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，其特征在于:所述冷却装置包括冷却槽和冷却管，所述冷却管一端与真空接头连接，另一端与橡胶软管连接；所述冷却管置于冷却槽中，所述冷却槽内盛装有冷却液。
4.根据权利要求3所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，其特征在于:所述冷却管设置成螺旋状。
5.根据权利要求4所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，其特征在于:所述自密封压块的下端面与炉盖之间嵌入耐高温密封圈。
6.根据权利要求5所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置，其特征在于:所述抽真空系统置于平板推车上。
7.—种如权利要求1所述的低压铸造保温炉的真空静置除气除渣装置的除渣方法，其特征在于:操作时，旋转三通阀，当三通阀旋向真空接头时，开启真空泵，对保温炉进行抽真空，此时炉腔中氢的分压降低，铝合金熔体中的氢会不断析出，从而降低熔体中的氢含量，保持一定时间后解除真空，三通阀旋向压缩空气接头，即可进行浇铸。
【文档编号】B22D1/00GK103785813SQ201410005920
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】杨金德, 廖恒成, 曹培新, 赵磊, 陈立新, 孙浩 申请人:南通宏德机电有限公司, 东南大学