专利名称：有色金属液净化搅拌装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对浇铸成型前炉内的有色金属液进行净化搅拌用的有色金属液 净化搅拌装置。
背景技术：
目前，轻金属的冶炼及产品加工-以铝或铝合金产品的冶炼、加工为主，其工序大 致是这样的先将原料进行冶炼熔化，然后合金化，铝合金液在合金化之后通过向熔炼炉中 通入惰性气体在炉内进行除氢、除夹杂的净化搅拌即精炼工序，静置之后，检测铝合金液密 度及合金液中含氢量指标合格后，可出炉浇铸成型。金属液体进行精炼是一个极为重要的 工序，该工序的主要任务是将合金液中的氢气去除，同时可以将合金中的部分夹杂物去除， 还可以对合金液进行搅拌，使合金液的成分和温度更加均勻，为生产高质量，高纯净度的合 金打下基础。使用惰性气体除氢的原理为将惰性气体通入熔体内部时，惰性气体内部的氢 分压为零，在惰性气体与熔体的接触面上存在氢的分压差，溶解在熔体中的氢会向惰性气 体中扩散，最终达到平衡。惰性气体浮出熔体表面后，将扩散进来的氢带到熔体表面的气体 空间。根据扩散定律，对于使用惰性气体对铝合金进行精炼来说，假定铝合金成分一定、温 度一定，影响精炼效果的主要因素如下1、惰性气体与熔体接触的比表面积即单位质量气 体与熔体的接触面积，比表面积越大，除氢效果越好。2、惰性气体气泡的上浮速度；气泡上 浮速度慢，气泡在熔体内停留时间越长，除氢效果越好。3、气泡直径；气泡直径越小除氢效 果越好。通过对扩散定律的分析，可以看出如何得到直径小、分散的气泡是提高精炼效果的 关键技术。现有技术为了得到细小、分散的气泡，国际上先进的技术是使用转子打散气泡技 术、细小孔径装置喷吹技术。该两项技术效果较明显，除氢效率为10吨/小时，除氢后合金 的含氢量能够达到0. 15cc/100g铝，除夹杂率20%。其存在的的缺陷是由于除氢设备技术参数要求很高，故结构复杂、造价成本较 高，由于是进口设备，维修不便；惰性气体平均用气量高，约为IOKg/吨。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足，提供一种有色金属液除氢、除夹杂率高，结构简 单、成本低、维修方便的有色金属液净化搅拌装置。本发明的技术解决方案是这样实现的有色金属液净化搅拌装置，由支架、位于支 架下的滚动车轮及支架末端的手柄等组成，在支架上设有除气管，除气管末端与设有通气 孔的石墨棒连接，在所述的除气管上设有数级加热装置，除气管与通气控制阀组串联连通， 通气控制阀组由数个相互并联的通气阀组成，通气控制阀组进气口与惰性气体导管连通， 在所述的支架的适当位置设有流量计和控制通气量和加热量的电路控制装置和控制面板。所述的数级加热装置为由电路控制装置控制的3级电加热板。在所述的手柄与支架间连接有伸缩杆，在除气管上设有长度调整套。所述的通气控制阀组由5个电磁阀和与每个电磁阀单独连通的进气管组成。
本发明的有益效果是采用本发明装置能实现如下效果1、能产生气体高温加热细 化气泡。对于处于室温的惰性气体来说，当其通入到熔体内部时，气体吸热，温度逐渐等同于 熔体温度，假设熔体温度为720°C，根据克拉伯龙方程(理想气体状态方程)计算如下式中R是常数，在压强P —定、气体的物质的量η —定的情况下，将T1 = 298Κ (室 温)，T2 = 993K(720°C )代入式中可以得出在720°C时气体的体积是室温时气体体积的 3. 33倍。因此，惰性气体在室温下通入熔体内部后，气体体积增加，变为原来的3. 33倍，相 邻气泡很快融合，随之而来的就是气泡直径增大，与熔体接触的比表面积减少，气泡上浮速 度增大，气体的除氢效果大大降低。本发明装置将惰性气体在进气管中先进行数级加热， 加热后使惰性气体的温度高于熔体温度，就会出现相反的情况。比如将惰性气体加热至 750°C，进入熔体后会最终变为720°C，根据克拉伯龙方程可以知道单位体积的气体进入合 金熔体后，体积会变为原来的0. 97倍。相邻气泡距离相对变大，不易融合，随之而来的是气 泡直径减小，同样单位体积的惰性气体与熔体接触的比表面积大大增加，气泡上浮速度减 小，气体的除氢效果大大提高。经实践证明，1、采用本发明装置比现有技术的净化器产生的 气泡体积要小约70%，对于提高精炼效果的作用非常明显。2、能产生间歇式供气细化气泡。 现有精炼技术都是对熔体内连续吹入惰性气体，当惰性气体通过石磨棒孔径进入熔体后， 会形成气泡，由于气体的连续吹入，形成的气泡的距离会非常近，由于铝液紊流的作用，很 多气泡会碰在一起，这样就形成了合泡现象，本来直径较小的气泡形成了直径较大的气泡， 严重影响了惰性气体的精炼效果。本发明装置采用高频转换的开关电路来控制与进气管连 通的通气控制阀组，使惰性气体进入熔体内部时形成了通-断-通往复循环的供气方式。 当开关处于通的状态时，惰性气体进入熔体，随之开关关闭，通入的气体形成气泡，并在熔 体中上浮，然后气体开关打开，惰性气体进入熔体，由于原有气泡已经上升，所以没有了合 泡的可能，这样往复循环，使产生的气泡更加细小，精炼效果得到了加强。气体以间歇方式 进入熔体，使熔体内部产生紊流，促进了气泡向熔体内部分散和气泡在熔体内部的横向移 动，大大提高了气泡在熔体内部停留的时间，进一步提高了精炼效果。经过流体力学计算， 在通入熔体内部的气体压强为0. 3MPa的条件下，现有技术净化装置合泡的几率为30%，并 且随熔体深度增加，气体承受压强增大，合泡的几率增大。使用本发明装置，只要高频开关 的频率足够高，合泡的几率可以趋近于零，合泡几率的降低在很大程度上提高了精炼的效 果。生产试验证明采用本发明装置除氢效率为15吨/小时，除氢后合金的含氢量能够达 到0. lOcc/lOOg铝，除夹杂率30%。同时，本发明装置结构简单，维修方便，成本仅为进口设 备的十分之一。惰性气体平均用气量降低，约为^ig/吨。采用本发明装置精炼后浇铸成型 的有色金属锭与现有技术产品相比1.合金的含氢量明显降低，可以达到0. lOcc/lOOg铝。2.除合金的夹杂物即除夹杂率与现有技术处理的产品相比提升10%。3.由于氢含量和夹杂物降低，合金的综合性能比现有技术提升10%。
图1为有色金属液净化搅拌装置结构示意图。
图2为有色金属液净化搅拌装置中石墨棒结构示意图。图3为有色金属液净化搅拌装置控制电路原理图。图中1.石墨棒，2.除气管，3.调整套，4.通气控制阀组进气口，5.车轮，6.通气 控制阀组，7.流量计，8.支架，9.伸缩杆，10.手柄。
具体实施例方式如图所示，有色金属液净化搅拌装置，由支架(8)、位于支架(8)下的滚动车轮(5) 及支架(8)末端的手柄(10)等组成，在支架(8)上设有除气管0)，除气管( 末端与设 有通气孔的石墨棒(1)连接，在所述的除气管( 上设有三级加热装置，加热装置的数目可 随进气温度的设定值或加热装置的功率大小适当增减，通常为一至三级。除气管( 与通 气控制阀组(6)串联连通，通气控制阀组(6)由二至五个相互并联的通气阀组成，本实施例 为五个。通气控制阀组进气口(4)与惰性气体导管连通，在所述的支架(8)的适当位置设 有流量计(7)和控制通气量和加热量的电路控制装置和控制面板。在所述的手柄(10)与 支架(8)间连接有伸缩杆(9)，在除气管( 上设有长度调整套(3)。本实施例下面提供的 电路控制及说明仅为了证明本发明申请方案的完整性和可操作性，电器领域的一般技术人 员不用花费创造性劳动就可提出多个不同形式的电路实现方式，但只要采用了本发明的结 构、构造均落在本发明保护范围内。结合电路图，本发明装置的动作过程为闭合控制箱内的断路器QF、QF1、QF2、 QF3、QF4、QF5。手动控制过程及原理如下1、在触摸屏上把“手动运行/自动运行”控制开关转到手动位置；此时在触摸屏上 显示有“手动运行指示”；2、在触摸屏上“设定参数”栏中，设定氮气流量、除气时间、一级加热温度、二级加 热温度、三级加热温度；3、按下触摸屏上的“起动按扭”或控制箱面板上的“起动按扭” SF,此时可编程控 制器PLC型号:S7200CN(CPU-224XP CN)西门子(中国)有限公司制造上的输入点10. 1 接通，运行信号通过PLC内部程序闭锁，系统开始运行。PLC程序会按照设定的氮气流量自 动控制PLC上的输出点Q0. 0、Q0. 1、Q0. 2、Q0. 3、Q0. 4的接通或断开，从而控制通气控制阀 组(6)中电磁阀ΗΧ1、ΗΧ2、ΗΧ3、ΗΧ4、Η)(5的开启数量。并在PLC程序中设定有一定时间控制 电磁阀全开或全关等状态，产生氮气脉冲，从而产生搅拌效果。到达除气设定时间时，自动 停止运行。在运行状态下，按下触摸屏上的“停止按扭”或控制箱面板上的“停止按扭” SS， PLC输入点10. 2闭合，PLC程序使系统停止运行。一级加热原理由安装在一级加热部分上的热电偶(WRN-3300-1300°C，北京自动 仪表二厂)检测一级加热温度，其温度信号送入PLC上的热电偶模块(型号EM231CNTC西 门子(中国)有限公司制造)输入端A+(+101)、A-(-101)，PLC经过自动转换后与设定的 需要温度值比较，经PID运算，将计算结果从PLC模拟量输出点M(-11)、I (+11)输出信号至 可控硅调功触发器JKl上的主输入端10(-11)、11 (+11)，由可控硅调功触发器JKl的触发 端I(IGl)、2(1G2)送出控制信号至双向可控硅Kl的控制端1G1、1G2，控制可控硅Kl的导 通角，从而控制一级加热元件JRl上的端电压，进行加热，使实际温度与设定温度越来越接近。当实际温度与设定温度相差超过一定值且时间过长时，其温差值和时间在程序中设定， PLC程序使Q0. 5闭合，发出声光报警信号，并在触摸屏上显示“一级加热故障”。当加热元 件异常，使得电流增大时，可控硅调功触发器JKl的报警输出端16 (10. 4)、15 (N12)闭合，使 PLC的开关量输入点10. 4闭合，PLC程序使Q0. 5闭合，发出声光报警信号，并在触摸屏上显 示“一级加热故障”。按触摸屏上的“音响解除”或控制箱面板上的“音响解除”按扭FA，可 解除音响报警。二级加热、三级加热原理与一级加热原理相同，只是模拟量输出用模拟量输出模 块EM232CN西门子(中国)有限公司制造控制。4、由在线测氢仪(深圳派瑞科冶金设备有限公司制造)测量的含氢量信号输入到 PLC上的模拟量输入的A+端(PIC1+)、M端(PIC-)，经PLC运算后在触摸屏上可实时显示。 除气运行时间也在触摸屏上有实时显示。除气时间到，自动停止运行，停止各段加热、关断 电磁阀，并发出声光报警信号，提醒操作员及时进行下一步工作。氮气流量由装在系统上的 流量变送器输入到PLC上的模拟量输入的B+端(PIC2+)、M端(PIC-)，氮气压力由装在系 统上的压力开关I输入到PLC上的开关量输入点10. 7，当氮气流量或压力异常时，程序使 Q0. 5闭合，发出声光报警。在触摸屏上及控制箱面板上设有“急停按扭”，在紧急状态下按 下并自锁，PLC开关量输入点10. 0闭合，PLC程序控制整个系统停止运行。自动控制过程及原理如下1、在触摸屏上把“手动运行/自动运行”控制开关转到自动位置；此时在触摸屏上 显示有“自动运行指示”；2、在触摸屏上“设定参数”栏中，设定含氢量要求、除气时间、一级加热温度、二级 加热温度、三级加热温度；3、按下触摸屏上的“起动按扭”或控制箱面板上的“起动按扭”SF，PLC上的输入点 10. 1接通，运行信号通过PLC内部程序闭锁，此时系统开始自动运行。由在线测氢仪测量的 含氢量信号输入到PLC上的模拟量输入的A+端(PIC1+)，PLC自动比较设定的含氢量与由 在线测氢仪检测的实际含氢量的差值，PLC经过自动运算及与设定的需要含氢量值比较，由 PLC自动调节氮气流量，控制PLC上的输出点Q0. 0、Q0. 1、Q0. 2、Q0. 3、Q0. 4的接通或断开， 从而控制通气控制阀组(6)中电磁阀HX1、HX2、HX3、HX4、HX5的开启数量。并随时比较实 际含氢量与设定的含氢量，及时调整氮气流量。在PLC程序中设定有一定时间的控制电磁 阀全开或全关等状态，产生氮气脉冲，产生搅拌效果。当含氢量达到设定值时，或到达除气 设定时间时，自动停止运行。在运行状态下，按下触摸屏上的“停止按扭”或控制箱面板上 的“停止按扭” SS, PLC输入点10. 2闭合，PLC程序使系统停止运行。一级加热原理由安装在一级加热部分上的热电偶检测一级加热温度，其温度信 号送入PLC上的热电偶模块(PLC热电偶模块EM231CNTC由西门子(中国)有限公司出品) 输入端A+(+101)、A-(-101)，PLC经过自动转换后与设定的需要温度值比较，经PID运算，将 计算结果从PLC模拟量输出点M (-11)、I (+11)输出模拟量信号至可控硅调功触发器JKl上 的主输入端10 (-11)、11 (+11)，由可控硅调功触发器JKl的触发端1 (IGl)、2 (1G2)送出控制 信号至双向可控硅Kl的控制端1G1、1G2，控制可控硅Kl的导通角，从而控制一段加热元件 JRl上的端电压，进行加热，使实际温度与设定温度越来越接近。当实际温度与设定温度相 差超过一定值且时间过长时(温差值和时间在程序中设定)，PLC程序使Q0. 5闭合，发出声光报警信号，并在触摸屏上显示“一级加热故障”。当加热元件异常，使得电流增大时，可控 硅调功触发器JKl的报警输出端16 (10. 4)、15 (N12)闭合，使PLC的开关量输入点10. 4闭 合，PLC程序使Q0. 5闭合，发出声光报警信号，并在触摸屏上显示“一级加热故障”。按触摸 屏上的“音响解除”或控制箱面板上的“音响解除”按扭FA，可解除音响报警。二级加热、三级加热原理与一级加热原理相同，只是模拟量输出用模拟量输出模 块(EM232CN)控制。4、由在线测氢仪测量的含氢量信号输入到PLC上的模拟量输入的A+端(PIC1+)、 M端(PIC-)，经PLC运算后在触摸屏上可实时显示。除气运行时间也在触摸屏上有实时显 示。当含氢量达到设定值时，或到达除气设定时间时，自动停止运行，停止各级加热、关断电 磁阀，并发出声光报警信号，提醒操作员及时进行下一步工作。氮气流量由装在系统上的流 量变送器输入到PLC上的模拟量输入的B+端(PIC2+)、M端(PIC-)，氮气压力由装在系统上 的压力开关I输入到PLC上的开关量输入点10. 7，当氮气流量或压力异常时，程序使Q0. 5 闭合，发出声光报警。在触摸屏上及控制箱面板上的设有“急停按扭”，在紧急状态下按下， PLC开关量输入点10. 0闭合，PLC程序控制整个系统停止运行。
权利要求
1.有色金属液净化搅拌装置，由支架、位于支架下的滚动车轮及支架末端的手柄等组 成，其特征在于，在支架上设有除气管，除气管末端与设有通气孔的石墨棒连接，在所述的 除气管上设有数级加热装置，除气管与通气控制阀组串联连通，通气控制阀组由数个相互 并联的通气阀组成，通气控制阀组进气口与惰性气体导管连通，在所述的支架的适当位置 设有流量计和控制通气量和加热量的电路控制装置和控制面板。
2.根据权利要求1所述的有色金属液净化搅拌装置，其特征在于，所述的数级加热装 置为由电路控制装置控制的3级电加热板。
3.根据权利要求1或2所述的有色金属液净化搅拌装置，其特征在于，在所述的手柄与 支架间连接有伸缩杆，在除气管上设有长度调整套。
4.根据权利要求1或2所述的有色金属液净化搅拌装置，其特征在于，所述的通气控制 阀组由5个电磁阀和与每个电磁阀单独连通的进气管组成。
全文摘要
本发明公开了一种有色金属液净化搅拌装置，由支架、位于支架下的滚动车轮及支架末端的手柄等组成，在支架上设有除气管，除气管末端与设有通气孔的石墨棒连接，在所述的除气管上设有数级加热装置，除气管与通气控制阀组串联连通，通气控制阀组由数个相互并联的通气阀组成，通气控制阀组进气口与惰性气体导管连通，在所述的支架的适当位置设有流量计和控制通气量和加热量的电路控制装置和控制面板。采用本发明装置精炼后浇铸成型的有色金属锭与现有技术产品相比合金的含氢量明显降低，可以达到0.10cc/100g铝；除合金的夹杂物即除夹杂率与现有技术处理的产品相比提升10％；由于氢含量和夹杂物降低，合金的综合性能比现有技术提升10％。
文档编号B01F13/02GK102139356SQ201010578099
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者侯正河, 臧立国, 葛素静, 赵薇薇, 郑树波 申请人:河北立中有色金属集团有限公司