一种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备的制作方法
【专利摘要】一种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其包括集中熔铝炉及旋转吹氮精炼装置，集中熔铝炉包括炉门、预热区、熔化区、缓冲部、保温区、出铝口、保温燃烧器、加料口以及熔化燃烧器；旋转吹氮精炼装置包括转子棒、转子转头以及防涡流转子挡板；转子转头包括转子通气孔、转子通气缓冲孔以及若干转子径向凹槽。本实用新型由于集中熔铝炉采用竖炉与平炉相结合的结构设计及低过剩空气系数与高速烧嘴，可减少了铝熔体中金属氧化物的产生、提高热效率、解决了竖炉熔炼中炉料熔化时在炉底出现的炉料易板结问题。同时，使得铝熔体中的非金属夹杂物数量大幅度地减少，消除了铝合金压铸件在机加中出现的硬质点现象。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及铸造【技术领域】，涉及一种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备。 一种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备
【背景技术】
[0002] 铸造铝合金以其密度小、比强度高、耐蚀性好以及资源丰富和容易加工等优点广 泛地应用于汽车、电子、光学等领域。铝压铸件产品所占的应用比例越来越大，对产品的加 工精度要求也越来越高。因此，对压铸件的生产提出了更大的挑战。如精密铝压铸产品在 加工中出现的硬质点现象，不仅会出现加工打刀，造成加工成本上升，也极大地影响产品的 外观质量。其中，硬质点产生的根本原因是熔炼及熔体处理设备设计或工艺不合理而导致 的熔炼及熔体处理过程中产生的金属氧化物或者是炉底沉淀的金属杂质相或外来夹杂物 混入到铝熔体中，最后进入产品便形成产品加工中的硬质点。 实用新型内容
[0003] 针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种用于消除铝合金压铸件 硬质点的设备。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0005] -种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，包括集中熔铝炉及旋转吹氮精炼装 置，集中熔铝炉由坚炉与平炉结合而成，其包括炉门、预热区、熔化区、缓冲部、保温区、出铝 口、保温燃烧器、加料口以及熔化燃烧器；预热区为沿坚炉长度方向延伸的空腔；加料口设 置于坚炉的顶端并与预热区连通；炉门设置于坚炉一侧并与预热区连通；保温区为设置于 平炉内的内腔，保温燃烧器设置于平炉的炉壁上并伸入保温区内；熔化区连通于预热区与 保温区之间；缓冲部倾斜连接于坚炉与平炉之间，用于引导炉料由熔化区流入至保温区内； 熔化燃烧器设置于坚炉的炉壁上，出铝口设置于平炉的一侧，其下面安装有泡沫陶瓷过滤 片；旋转吹氮精炼装置包括转子棒、转子转头以及防涡流转子挡板；转子转头设置于转子 棒的一端，其包括转子通气孔、转子通气缓冲孔以及若干转子径向凹槽；转子径向凹槽设置 于转子转头底部并沿转子转头径向分布；转子通气缓冲孔连通于转子通气孔与若干转子径 向凹槽之间；防涡流转子挡板沿平行于转子棒长度方向设置于转子棒的两侧。
[0006] 防涡流转子挡板的工作端外侧设置有转子挡板倒角。
[0007] 转子转头底部的转子径向凹槽为8处，沿着转子转头径向均匀分布。
[0008] 泡沫陶瓷过滤片的孔密度规格选择为20ppi。
[0009] 本实用新型选择快速集中熔铝炉熔炼铝合金，即可以实现上述目的：①由于快速 集中熔铝炉采用低过剩空气系数及高速烧嘴，不仅燃烧完全而且燃烧气氛为弱还原性，减 轻金属炉料的烧损，进而减少了铝熔体中金属氧化物的产生；②由于快速集中熔铝炉的炉 体采用的是坚炉与平炉相结合的设计，不但可以充分发挥坚炉的烟气余热预热炉料，提高 热效率、降低熔体含气量及提高出炉温度的作用，而且结合平炉的特点解决了坚炉熔炼中 炉料熔化时在炉底出现的炉料易板结问题。
[0010] 采用本实用新型后由于熔炼过程中氧化物的大量减少及后续处理中铝熔体净化 程度的提高，金属熔体中氧化夹杂物大量减少，从而减少了拉伸断裂的裂纹源，增加了拉伸 试样的有效截面积，最终表现为机械性能的提1?。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为集中熔铝炉的正面剖图；
[0012] 图2为集中熔铝炉的侧面剖图；
[0013] 图3为旋转吹氮精炼装置转子结构图；
[0014] 图4为原工艺ADC12铝合金产品应力应变曲线图；
[0015] 图5为本实用新型ADC12铝合金产品应力应变曲线图；
[0016] 图6为原工艺ADC12铝合金产品金相图片；
[0017] 图7为本实用新型ADC12铝合金产品金相图片；
[0018] 其中：1〇、坚炉；11、炉门；12、预热区；13、熔化区；14、缓冲部；15、保温区；16、出 铝口；17、保温燃烧器；18、加料口；19、熔化燃烧器；20、平炉；30、转子棒；31、转子转头； 310、转子通气孔；312、转子通气缓冲孔；313、转子径向凹槽；32、防涡流转子挡板；321、转 子挡板倒角。
【具体实施方式】
[0019] 下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本实用新型做进一步描述：
[0020] 请参看图1与图2,本实用新型中用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其包括集 中熔铝炉及旋转吹氮精炼装置。集中熔铝炉为由坚炉10与平炉20结合成整体型，其包括 炉门11、预热区12、熔化区13、缓冲部14、保温区15、出铝口 16、保温燃烧器17、加料口 18 以及熔化燃烧器19。预热区12为沿坚炉10长度方向延伸的空腔。加料口 18设置于坚炉 10的顶端并与预热区12连通。炉门11设置于坚炉10 -侧并与预热区12连通。保温区15 为设置于平炉20内的内腔。保温燃烧器17设置于平炉20的炉壁上并伸入保温区15内， 用于对保温区15进行保温。熔化区13连通于预热区12与保温区15之间。缓冲部14倾 斜连接于坚炉10与平炉20之间，用于引导炉料由熔化区13流入至保温区15内。熔化燃 烧器19设置于坚炉10的炉壁上，用于对熔化区13进行加热。出铝口 16设置于平炉20的 一侧,其上覆盖有泡沫陶瓷过滤片（图未示)。
[0021] 在工作时，炉料由翻斗式加料机从坚炉10的加料口 18供给，在坚炉10炉膛的预 热区12内直接同烟气进行对流交换，炉料不断地干燥预热软化和下沉，而烟气温度越来越 低最后和易挥发物水汽一道排放到大气中。此时，被预热好的炉料途径高温熔化区13时在 熔化燃烧器19的作用下依次熔化，然后沿着倾斜炉底的缓冲部14流入到保温区15内保温 静置。在坚炉10炉膛的预热区12内由于火焰和炉料逆向运动，对流换热，接触面积大，熔化 区13又经熔化燃烧器19的冲击加热，完全克服了铝熔体黑度低的弱点，所以熔化速度快， 热能利用率高，因炉料是经过预热区12后进入熔化区13,所以完全避免了易挥发物及水分 和铝液直接接触，降低了铝液中的含气量。因此，此炉型不仅可以充分发挥坚炉10的烟气 余热预热炉料，提高热效率、降低熔体含气量及提高出炉温度的作用，而且坚炉10结合平 炉20的结构设计也解决了坚炉10熔炼中炉料熔化时在炉底易出现的炉料板结问题。
[0022] 另外，此炉采用低过剩空气系数的高速烧嘴（图未示)，过剩空气系数在1. 01-1. 04 之间，而普通烧嘴过剩空气系数在1. 1-1. 2之间。由于过生空气系数明显小于普通烧嘴，不 仅燃烧完全而且燃烧气氛为弱还原性，减轻金属炉料的烧损，进而实现了减少铝熔体中金 属氧化物的产生的目的。在出炉时，夹杂物经过泡沫陶瓷过滤片，并与复杂陶瓷网络的充分 接触后被吸附在陶瓷骨架上或死角中，从而使悬浮于铝熔体中与铝熔体比重相仿的在精炼 中难以去除的夹杂物得以去除。
[0023] 本实用新型选择快速集中熔铝炉熔炼铝合金，即可以实现上述目的：①由于快速 集中熔铝炉采用低过剩空气系数及高速烧嘴，不仅燃烧完全而且燃烧气氛为弱还原性，减 轻金属炉料的烧损，进而减少了铝熔体中金属氧化物的产生；②由于快速集中熔铝炉的炉 体采用的是坚炉与平炉相结合的设计，不但可以充分发挥坚炉的烟气余热预热炉料，提高 热效率、降低熔体含气量及提高出炉温度的作用，而且结合平炉的特点解决了坚炉熔炼中 炉料熔化时在炉底出现的炉料易板结问题。
[0024] 图3为旋转吹氮精炼装置的转子结构及防涡流转子挡板示意图，其中包括转子棒 30、转子转头31以及防涡流转子挡板32。转子转头31设置于转子棒30的一端，其包括转 子通气孔310、转子通气缓冲孔312以及若干转子径向凹槽313。防涡流转子挡板32沿转 子棒30长度方向设置于转子棒30的两侧，其靠近转子转头31的一端设置有转子挡板倒角 321。
[0025] 转子转头31底部的转子径向凹槽313为8处，沿着转子转头31径向均匀分布。转 子通气缓冲孔312设置于转子径向凹槽313的中心附近。如此，从转子通气孔310喷出的 氮气，经过转子通气缓冲孔312缓冲后，分配到每一处转子径向凹槽313,最后氮气沿着转 子径向喷出进入铝熔体中。
[0026] 当铝熔体随着转子旋转时，在铝熔体上方的防涡流转子挡板32企图阻止铝熔体 的旋转。在这两种力的作用下，铝熔体实际上已经变成了液体层面之间的相切旋转。当从 转子通气孔310喷入的氮气通过转子通气缓冲孔312后进入转子径向凹槽313时，沿着转 子径向凹槽313径向喷入铝熔体。喷入铝熔体的氮气泡在转子径向凹槽313的切向力及旋 转的液体层面之间的层间剪切力的作用下被多次打碎，变得十分均匀细小；然后随着铝熔 体的径向转动弥散于整个熔体中，并在铝熔体的上浮力及旋转喷头离心力的作用下沿着螺 旋曲线上升，从而增加了氮气泡与铝熔体的接触比表面积及氮气泡的传质扩散能力，极大 地增加了氮气泡与铝熔体中微小夹杂的接触机会，提高了除渣去气精炼效果。
[0027] 由于防涡流转子挡板32的阻力作用，可以防止旋转铝熔体上表面产生的漩涡倾 向所引起的外界气体及表层氧化膜被重新卷入熔体的机会。
[0028] 在本实施例中，泡沫陶瓷过滤片的孔密度规格选择为20ppi ;旋转吹氮精炼装置 的旋转喷头的转速选择为200-300r/min ;旋转吹氮精炼装置的氮气流量控制在0. 25-0. 4 m3 / h ;旋转吹氮精炼装置的氮气压力控制在0. 2-0. 3MPa ;铝熔体在进行旋转喷吹精炼处 理之前，对铝熔体处理包事先预热到710± 10°C;铝熔体的精炼温度控制在715-725°C;旋转 吹氮精炼处理时间为3-5min ;旋转吹氮精炼处理后的静置时间为8-10min。另外，每周对熔 炼炉及保温炉炉底残液定期清理一次，避免熔炼炉或保温炉炉底因较重的金属元素沉积而 成的金属间化合物进入产品后形成压铸件硬质点的可能。
[0029] 下面是本实用新型的应用实例：
[0030] 应用实例一：图4为原工艺条件下的一组ADC12铝合金试棒的拉伸应力应变曲线， 图5为本实用新型条件下的一组ADC12铝合金试棒的拉伸应力应变曲线。从以上两图可以 看出，在原工艺条件下其抗拉强度平均值为205. 12MPa，拉伸应变平均值为3. 4% ;而在本实 用新型条件下其抗拉强度平均值为258. 52MPa，拉伸应变平均值为6. 81%。可以看出，采用 新工艺后抗拉强度提高26. 02%，伸长率提高100%。
[0031] 采用本实用新型后由于熔炼过程中氧化物的大量减少及后续处理中铝熔体净化 程度的提高，金属熔体中氧化夹杂物大量减少，从而减少了拉伸断裂的裂纹源，增加了拉伸 试样的有效截面积，最终表现为机械性能的提1?。
[0032] 图6为原工艺条件下产品的金相图片，图7为本实用新型条件下产品金相图片。金 相中的白色部分为α相，灰色针状部分为β相的共晶Si和A12Cu、Mg2Si等强化相，黑色 的颗粒状为氧化物夹杂。通过图6与图5的比较可以看出，在相同面积上，α相明显增多， 尺寸减少；并且黑色颗粒状的氧化物夹杂也明显减少。
[0033] 应用实例二：在采用原工艺条件下产品在机械加工中刀具出现严重磨损，每班加 工300件时，消耗刀具10把，每把刀具600圆，则经济损失为6000圆/班；而采用实用新型 后，每班刀具使用1把，比原来节省生产成本与刀具成本5400圆/班。可见本实用新型实 施后，给公司创造了巨大的经济效益。
[0034] 本实用新型有针对性地分别从熔炼、精炼设备的能力选择、工艺参数的优化及生 产管控等方面进行控制，明显地提高了铝熔体的熔化处理质量，消除了精密铝压铸件加工 过程中出现的硬质点打刀现象，满足了客户要求。
[0035] 对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 相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护 范围之内。
【权利要求】
1. 一种用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其特征在于：包括集中熔铝炉及旋转吹 氮精炼装置，集中熔铝炉由坚炉与平炉结合而成，其包括炉门、预热区、熔化区、缓冲部、保 温区、出铝口、保温燃烧器、加料口以及熔化燃烧器；预热区为沿坚炉长度方向延伸的空腔； 加料口设置于坚炉的顶端并与预热区连通；炉门设置于坚炉一侧并与预热区连通；保温区 为设置于平炉内的内腔，保温燃烧器设置于平炉的炉壁上并伸入保温区内；熔化区连通于 预热区与保温区之间；缓冲部倾斜连接于坚炉与平炉之间，用于引导炉料由熔化区流入至 保温区内；熔化燃烧器设置于坚炉的炉壁上，出铝口设置于平炉的一侧，其下面安装有泡沫 陶瓷过滤片；旋转吹氮精炼装置包括转子棒、转子转头以及防涡流转子挡板；转子转头设 置于转子棒的一端，其包括转子通气孔、转子通气缓冲孔以及若干转子径向凹槽；转子径向 凹槽设置于转子转头底部并沿转子转头径向分布；转子通气缓冲孔连通于转子通气孔与若 干转子径向凹槽之间；防涡流转子挡板沿平行于转子棒长度方向设置于转子棒的两侧。
2. 如权利要求1所述的用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其特征在于：防涡流转 子挡板的工作端外侧设置有转子挡板倒角。
3. 如权利要求1所述的用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其特征在于：转子转头 底部的转子径向凹槽为8处，沿着转子转头径向均匀分布。
4. 如权利要求1所述的用于消除铝合金压铸件硬质点的设备，其特征在于：泡沫陶瓷 过滤片的孔密度规格选择为20ppi。
【文档编号】C22C21/00GK203904428SQ201420221447
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】宋振文, 綾德福, 周久阳 申请人:奥科精机（深圳）有限公司