一种铝合金熔体净化装置的制作方法

本发明涉及一种铝合金熔体净化装置，属于铝合金加工技术领域。

背景技术：

由于铝合金在精炼后存在氢气、氧化膜、夹杂物等有害物质，尤其是氢气，在铝合金铸件中易形成气孔、疏松、夹杂等缺陷，直接影响铝合金铸件的物理性能、力学性能以及使用性能，因此必须在浇铸前除去这些有害物质。而目前铝熔体在线除氢净化方法主要依据气泡浮游理论，即在铝熔体中吹入大量气泡，利用氢在铝熔体和气泡中的分压差使铝熔体中的氢不断扩散进入气泡中，并随着气泡上浮到熔体表面而逸出，从而达到除氢目的。在无覆盖的条件下，铝熔体的除氢处理是除气-吸气的动态过程，由铝液内部除氢过程和铝液表面吸氢过程组成，除氢效果是由这两个方向相反过程的动态平衡所决定，现有技术中有采用溶剂覆盖法隔绝铝熔体表面与外界空气之间的吸氢，但会影响气泡在气液界面的扩散速度。另外，在除氢后期，由于铝熔体中氢溶度降低，氢在铝熔体和气泡中的分压差减小，当铝熔体中氢浓度降低至一定程度后，将不再具有除氢效果。因此，现有技术中的各种气浮除氢方法的除氢效果存在极限，一般除氢率只能达到40%。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以进一步降低铝合金氢含量的铝合金熔体净化装置，具体方案为：

一种铝合金熔体净化装置，包括一级净化室和二级净化室，一级净化室和二级净化室之间通过流槽连通，二级净化室设有出铝口；所述一级净化室设有snif除气设备，所述二级净化室设有陶瓷过滤板，流槽连接于一级净化室和二级净化室的底部，陶瓷过滤板位于出铝口的下方；所述流槽的底部设有下透气石墨板，下透气石墨板的下方设有与供气管路连通的进气室，流槽的顶部设有上透气石墨板，上透气石墨板的上方设有气体收集室，气体收集室连接有次级供气管路，次级供气管路与snif除气设备连接，次级供气管路连接有真空泵。

进一步的，所述上透气石墨板和下透气石墨板连接有直流电压源；所述流槽的侧部设有磁体，磁体的磁极朝向流槽侧壁。

进一步的，所述流槽的侧部多个磁体，多个磁体沿流槽的高度方向排列设置，且上下相邻磁体的磁极为反向设置，两侧相对磁体的磁极为同向设置。

进一步的，所述流槽的底部为沿轴线对称设置的多层台阶状，且每层台阶均设有下透气石墨板；多个沿流槽高度方向排列设置的磁体与多层台阶对应。

进一步的，所述上透气石墨板的下表面沿一级净化室的一侧向上倾斜设置，倾斜角度不大于5度。

进一步的，所述下透气石墨板为孔径分布为0.5-1mm，上透气石墨板的孔径分布为1-2mm。

本发明的有益点在于：本方案中的铝合金熔体净化装置采用多级净化，在一级净化室内采用传统的旋转喷气除氢，二级净化室采用陶瓷过滤板对夹杂物进行过滤。作为改进的重点部分，本方案在连接一级净化室和二级净化室的流槽设置上透气石墨板和下透气石墨板，由下透气石墨板处吹入高纯惰性气体，进行二次气浮除氢，上透气石墨板既可以起到对铝熔体表面的覆盖作用，阻止铝熔体表面吸氢，同时在真空泵的负压作用下对二次除氢后的惰性气体进行收集，由于进入流槽的铝熔体已经经过一次除氢，氢浓度较低，采用高纯惰性气体（99.999%氩气）惰性气体一是可以提高除氢效果，使除氢率达到50%以上；二是，经过二次除氢后的惰性气体作为一级净化室的除氢气体，其纯度仍然可以满足一次除氢要求，因此既可以提高除氢效果，又可以不明显增加二次除氢的惰性气体用量，以降低成本。

高纯惰性气体由于具有更低的氢分压，理论上可以获得较好的除氢效果。但在传统的气浮除氢工艺（snif）中，在除氢前期，铝熔体中氢浓度较高，高纯惰性气体与一般纯度惰性气体除氢效果并无差异。即便在除氢后期，铝熔体中氢浓度达到极限值时，由于氢在铝熔体中的扩散速度限制，还由于吸氢效应，采用高纯惰性气体对除氢效果的提高并不明显。

在本方案中，采用分级除氢，snif除氢设备首先使铝熔体中的氢浓度降低至一定水平。经过一次除氢后的铝熔体在流槽段再经过高纯惰性气体进行二次除氢，由于在上透气石墨板的覆盖和真空泵的负压作用下，可以避免吸氢以及促进铝熔体中的气泡排出，可以充分发挥高纯惰性气体的深度除氢作用，显著提高除氢效果。

另外，在本方案中，上透气石墨板还作为电极板，与下透气石墨板结合形成直流电场，与流槽侧部的磁极结合，可以对铝熔体起到磁力搅拌作用，进一步提高除氢效果。

附图说明

图1为本发明中铝合金熔体净化装置的结构示意图；

图2为本发明中流槽的截面示意图。

具体实施方式

如图1-2所示的一种铝合金熔体净化装置，包括一级净化室1和二级净化室2，一级净化室和二级净化室之间通过流槽3连通，二级净化室设有出铝口4；所述一级净化室设有snif除气设备5，所述二级净化室设有陶瓷过滤板6，流槽3连接于一级净化室和二级净化室的底部，陶瓷过滤板6位于出铝口的下方；所述流槽3的底部设有下透气石墨板7，下透气石墨板的下方设有与供气管路连通的进气室8，供气管路与高纯惰性气体源9连接，高纯惰性气体源优选纯度为99.999%的氩气。流槽3的顶部设有上透气石墨板10，上透气石墨板的上方设有气体收集室11，气体收集室连接有次级供气管路，次级供气管路与snif除气设备连接，次级供气管路连接有真空泵12。另外，为满足snif除气设备的供气压力要求，可以在次级供气管路连接缓冲罐13和气体增压泵14。snif除气设备还与一般纯度的惰性气体源连接，作为备用供气或者混合供气。

作为上述方案的改进，所述上透气石墨板10和下透气石墨板7连接有直流电压源，直流电压源应采用低压大电流供电；所述流槽3的侧部设有磁体15，磁体的磁极朝向流槽侧壁，磁体可选择电磁体或永磁体。在本方案中，上下石墨板通电后，流槽中的铝熔体作为通电导体，在稳定磁场中受到横向的作用力，产生相对稳定的层流，既可以促进气泡在铝熔体中充分扩散，又可避免铝熔体产生翻腾，有利于除氢。

作为上述方案的改进，所述流槽的侧部多个磁体，多个磁体沿流槽的高度方向排列设置，且上下相邻磁体的磁极为反向设置，两侧相对磁体的磁极为同向设置。该设计可以使流槽内铝熔体在不同高度产生逆向层流，可以在不同层流的界面处对气泡产生剪切效应，进一步促进气泡在铝熔体中扩散。

作为上述方案的改进，所述流槽的底部为沿轴线对称设置的多层台阶状，且每层台阶均设有下透气石墨板；多个沿流槽高度方向排列设置的磁体与多层台阶对应。考虑到流槽中部距离磁极较远处，磁场强度较小，搅拌作用较弱，在该改进方案中设置成台阶状，以解决上述问题。

作为上述方案的改进，所述上透气石墨板的下表面沿一级净化室的一侧向上倾斜设置，倾斜角度不大于5度。该改进设计主要考虑到流槽段产生的浮渣可以沿倾斜面向一级净化室迁移，防止在上透气石墨板的下表面聚集，影响铝熔体中气泡的溢出。

作为一种具体选择，所述下透气石墨板为孔径分布为0.5-1mm，上透气石墨板的孔径分布为1-2mm。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种铝合金熔体净化装置，包括一级净化室和二级净化室，一级净化室和二级净化室之间通过流槽连通，二级净化室设有出铝口；所述一级净化室设有SNIF除气设备，所述二级净化室设有陶瓷过滤板，流槽连接于一级净化室和二级净化室的底部，陶瓷过滤板位于出铝口的下方；所述流槽的底部设有下透气石墨板，下透气石墨板的下方设有与供气管路连通的进气室，流槽的顶部设有上透气石墨板，上透气石墨板的上方设有气体收集室，气体收集室连接有次级供气管路。本方案中的铝合金熔体净化装置采用多级净化，在流槽段可以对经过一次除氢的铝熔体进行深度除氢，因此可以进一步提高铝熔体的除氢率。

技术研发人员：李蒙
受保护的技术使用者：焦作大学
技术研发日：2019.01.25
技术公布日：2019.04.19