本发明涉及一种用于金属液静置除气的微孔石墨除气装置。
背景技术：
使用喷气装置进行除气已经在铝铸造行业开发并应用多年。在批次的大量的铝熔体处理中，特别是熔体流速较快的情况下，或者连续、半连续生产模式，例如dc铸锭以及连铸生产等，旋转除气效率很高。
例如，中国专利201720030539.0提供了一种旋转喷吹式铝液除气除渣设备，解决了常规喷吹除气除渣设备结构不合理，石墨杆、喷吹挡板及已损坏的问题，其技术要点是：驱动装置包括设在基座上电控柜、配电柜和变频器，在基座底部设置有第一电机，升降装置采用立式滑轨，第一电机通过链条与升降装置的丝杠传动连接，旋转搅拌器通过滑臂滑动连接在立式滑轨上，旋转搅拌器设置有驱动石墨杆转动的连接第二电机，还设置有通过第三电机驱动升降的喷吹挡板。
201621486309.7公开了一种改进的铝液除气装置，其包括底座，底座上设有立杆，立杆上设有沿立杆上下移动的升降箱，升降箱连接有升降装置，升降装置设于立杆顶部；升降箱上设有悬臂，悬臂下方设有可转动的石墨转轴，石墨转轴连接有驱动装置，驱动装置设于悬臂上，石墨转轴还通过管道连接有惰性气体罐，惰性气体罐设于底座上；悬臂末端设有沿垂直方向滑动的滑臂；底座上还设有控制台，控制台分别与升降装置和驱动装置连接。
但是，对于一些比较低的金属流速(一般小于1000kg/小时)，使用旋转除气就显得过于浪费而不能节约成本，达到高效生产的目的；而且旋转除气为管状单点出气产生的气泡过大，会冲击沉渣。
在金属流速较低的工况下，使用多孔材料进行喷气(即静置除气)可以达到较好的效果。
静置除气通常采用整体陶瓷作为多孔材料，但整体陶瓷容易开裂，仅能一次性使用；且整体陶瓷易脱落、效率较低，无法很好地替代旋转喷气。
因此，如何提供一种坚固耐用、寿命长、效率高的静置除气装置成为了业界需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种微孔石墨除气装置，其坚固耐用、寿命长、效率高。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于金属液静置除气的微孔石墨除气装置，其中，该除气装置包括：
通气管路；
石墨喷头，石墨喷头为内部中空的筒状；通气管路的底端与石墨喷头连接相通；石墨喷头的侧壁上设有若干贯通的微孔；石墨喷头的端部设有开口；
用于封闭开口的端盖，端盖与石墨喷头可拆卸地连接。
本发明的微孔石墨除气装置适用于各种金属液(例如铝液)的静置除气，尤其适用于液面浅、作业空间狭小的工况。例如，由于旋转除气装置具有驱动电机、体积较大，不易安装于狭小的作业空间内，便可采用本发明的微孔石墨除气装置。
另外，采用本发明的微孔石墨除气装置进行除气，不仅可大大减少惰性气体的用量，而且由于铝渣形成较少使得铝液损耗降低，因而成本较低。
本发明的使用方法是：将石墨喷头置于金属液的液面以下，惰性气体通过通气管路进入石墨喷头，再从微孔喷出，进入金属液中；在此过程中，端盖始终封闭开口。
本发明中，端盖用于封闭开口，其与开口对应设置。
本发明中，金属液通过流槽被泵入到浇注平台下面的坩埚里；液态金属流量一般控制在200-550kg/小时。
本发明中，采用15psi(10.35kg/cm2)压力以及10scfh(4.7l/min)的纯氩气进行除气，这是最佳的除气结果与气体流量的配比；气体流量达到10scfh(4.7l/min)与15scfh(7.1l/min)时，除气效率最高；继续增加气体流量也不能成比例地提高除气效率，反而会浪费气体。
本发明中，微孔喷气产生的气泡分布范围广，这样使得气泡相互融合的机会更少，相互碰撞变成大气泡也就更少；而大气泡会减少气泡的总表面积，气泡的表面积越大，扩散能力更好。
根据本发明另一具体实施方式，石墨喷头为采用微孔石墨制成的筒状喷头。本方案利用微孔石墨喷头代替旋转除气的喷嘴，与旋转除气相比，在氩气流量减少50-60％的条件下，铝液的真空密度可以始终保持在2.6g/cm3以上；同时，临近保持炉内产生的渣滓平均降低71％，这是因为很大程度上减少了金属扰动；由于更少的氩气消耗以及由于铝渣形成较少而带来的铝液损耗的降低，可以在设备上以及操作上带来超过74％的成本节约。另外，微孔石墨的孔细率一致，因而产生的气泡尺寸相近且相当细密、数目多、范围大。
根据本发明另一具体实施方式，石墨喷头侧壁设有连接孔，石墨喷头通过连接孔与通气管路连接。
根据本发明另一具体实施方式，通气管路包括上段管路和下段管路；上段管路的底端与下段管路的顶端连接；石墨喷头通过连接孔与下段管路的底端连接。除气过程中，上段管路位于金属液的液面以上，下段管路的一部分浸泡于金属液中。
根据本发明另一具体实施方式，上段管路为不锈钢管(例如304不锈钢)，上段管路可为直管或弯管。
根据本发明另一具体实施方式，下段管路为石墨管，由于石墨耐高温，采用石墨管可避免金属液的高温烧蚀。
根据本发明另一具体实施方式，上段管路与下段管路通过连接机构相连；连接机构包括法兰、卡箍和固定环。具体而言，例如，法兰固定于上段管路底端；固定环套设于下段管路顶端外侧，且与下段管路固定连接。法兰位于固定环上方；卡箍位于固定环下方，上段管路穿过卡箍。法兰和卡箍通过螺栓连接，且夹持固定环。卡箍为圆环状，其包括两个半圆环状的卡片。
根据本发明另一具体实施方式，端盖为采用微孔石墨制成的盖板。
根据本发明另一具体实施方式，石墨喷头一端开口一端封闭；对应地，端盖的数目为一个。
根据本发明另一具体实施方式，石墨喷头两端开口；对应地，端盖的数目为两个。
与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
1、气泡数量多，相比旋转除气更为细密；气泡分布范围大，表面积大，扩散能力好。
2、铝液平均密度为2.65g/cm3，略高于旋转除气装置；但是气体流量是15scfh(4.7l/min)，低于旋转除气的20scfh(9.4l/min)，氩气消耗大为减少。
3、多孔静置除气设备的熔体密度标准差低于旋转除气装置，对于长期的除气性能来说，多孔静置除气方法有更好的一致性。
4、使用静置除气装置时，保持炉内每天产生的铝渣平均重量为7.5kg，相较于使用旋转除气装置时(产生的铝渣平均重量为25.6kg)大约减少了71％；这是因为使用静置除气装置可以减少产生并传递到保持炉内铝液的扰动。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是实施例1的除气装置的结构示意图；
图2是实施例1的石墨喷头的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种用于金属液静置除气的微孔石墨除气装置，如图1和2所示，其包括通气管路1、石墨喷头2、端盖3和连接机构4。
其中，如图1所示，通气管路1包括上段管路101和下段管路102；上段管路101底端连接下段管路102顶端；上段管路101与下段管路102连通；上段管路101与下段管路102通过连接机构相连；上段管路101为不锈钢管，下段管路102为石墨管；上段管路101为弯管，其弯折处夹角为120度。
如图2所示，石墨喷头2为内部中空的筒状；下段管路102底端连接石墨喷头2；下段管路102与石墨喷头2连通；石墨喷头2侧壁上设有若干贯通的微孔(图中未示)；石墨喷头2端部设有开口201；石墨喷头2侧壁设有用于连接下段管路102的连接孔202；石墨喷头2通过连接孔202与下段管路102连接；石墨喷头2为微孔石墨喷头。
端盖3用于封闭开口201，其与开口201对应设置；端盖3与石墨喷头2可拆卸地连接；开口201的数目为一个。
连接机构4包括法兰401、卡箍402和固定环403；法兰401固定于上段管路101底端；固定环403套设于下段管路102顶端外侧，且与下段管路102固定连接。法兰401位于固定环403上方；卡箍402位于固定环403下方，上段管路101穿过卡箍402。法兰401和卡箍402通过螺栓连接，且夹持固定环403。卡箍402为圆环状，其包括两个半圆环状的卡片404。评估及测试结果
在连续低压铸造生产过冲中对不同喷嘴除气效率进行对比。喷嘴安装在一个除气箱里(尺寸为69x41cm并装有46cm深度的铝液)，除气箱放置在流槽与保持炉中间。绝热保持炉内装有a356合金约1600kg，金属液通过一个流槽被泵入到一个浇注平台下面的坩埚里。液态金属流量一般控制在200-550kg/小时，这个依赖于模具穴数，铸件重量以及铸造的频次。基于前面水模拟的试验结果，采用15psi(10.35kg/cm2)压力以及10scfh(4.7l/min)的纯氮气进行除气，这是最佳的除气结果与气体流量的配比。取保持炉底部的铝液进行铝液真空密度测试，取样频率是两个小时一次。整个数据周期为8周。测试对象包括了t型微孔石墨喷嘴(本实施例)、铃型多孔陶瓷喷嘴、以及现有的旋转除气装置。
测试结果总结如下：
铃型气体喷嘴可以让铝液密度到达2.64g/cm3，这个与现有的旋转除气一样，而本实施例的t型气体喷嘴可以得到平均密度为2.65g/cm3，略高于现有的旋转除气装置。多孔除气的平均密度值相等或略优于现有的旋转除气装置，但是多孔除气的气体流量是15scfh(4.7l/min)，而旋转除气使用的是20scfh(9.4l/min)，这意味着氩气消耗减少50％。
本实施例的t型微孔石墨喷嘴与铃型多孔陶瓷喷嘴的熔体密度标准差都一定程度低于现有的旋转除气装置，这表明对于长期的除气性能来说，多孔除气方法有更好的一致性。
铃型多孔陶瓷喷嘴的性能略低于t型微孔石墨喷嘴。因此可以在液态金属流量小于270kg/小时情况下使用铃型除气装置，而t型微孔石墨喷嘴在更高的液态金属流量的情况下使用。
除了直接的除气性能的结果，试验还观测在靠近除气装置的保持炉内产生的铝渣，使用喷枪除气每天打捞出来的铝渣平均重量为7.5kg而使用旋转除气装置产生的铝渣是25.6kg，大约减少了71％。这个显著的降低有理由相信是因为喷枪的方法可以减少产生并传递铝液扰动到保持炉内。这个可以从在前一天进行打渣操作24小时之后保持炉内铝液表面状态得到证明。
被选的除气设备在低压铸造连续生产中进行测试，取得正在使用的旋转除气装置，气体流量在200-550kg/小时。根据测得的减压凝固密度结果，试验获得了满意的结果，铝液密度一致性很高且都在2.6g/cm3以上，并且同时氩气流速可以下降50％。同时，喷嘴静置除气代替现有的旋转除气，在除气设备相邻的保持炉内，铝渣的产生量可以减少71％，这是因为喷枪除气显著减低了液态金属扰动。氩气的消耗量减少50-60％。在低压连续铸造生产中，喷枪除气装置代替现有旋转装置使用可以带来平均超过74％的成本下降，主要是设备以及操作，来自更少的资金投入、更少的氩气消耗以及由于产生较少的铝渣而降低铝液损耗。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：石墨喷头两端开口；对应地，端盖的数目为两个。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：上段管路为直管。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。