一種鋁合金精煉裝置及其精煉方法
【專利摘要】本發明屬于一種用于鋁合金熔體精煉凈化處理的精煉裝置及精煉方法。一種鋁合金精煉裝置，包括用于精煉的保溫爐及安裝在其爐底外部的電磁攪拌器，保溫爐側壁開設有若干精煉孔，通過精煉孔設置若干可斜向插入的精煉管，所述精煉管出氣端安裝在保溫爐側壁上的導向支架上，精煉管進氣端固定連接于導向支架上的驅動氣缸，精煉管通過軟管連接氣體調節控制柜，氣體調節控制柜中調節控制單元對通過進氣管輸入的氣體進行調節，并通過出氣管連接到所述軟管。本發明裝置制造、運行、維護成本低，安全性更高。
【專利說明】一種鋁合金精煉裝置及其精煉方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于有色金屬冶煉設備【技術領域】，涉及一種鋁合金熔體精煉凈化裝置，更具體地說，本發明涉及一種用于鋁合金熔體精煉凈化處理的裝置和該精煉裝置所采用的精煉方法。

【背景技術】
[0002]鋁合金熔體中的非金屬夾雜物，既有原材料帶入的，也有熔煉過程中金屬與爐氣或其它物質相互作用生成的化合物。同時，鋁合金在加熱和熔煉過程中有吸氣性，會吸收H2。
[0003]氧化物等非金屬夾雜物的存在會破壞金屬基體的連續性，降低鋁合金的塑性、韌性和耐蝕性，使金屬的工藝性能和表面質量更差。溶解于鋁合金中的氫會使鑄錠產生氣孔、疏松，進而使加工產品起泡及分層，甚至使產品產生氫脆。因此，對鋁合金熔體進行凈化處理，降低金屬熔體中非金屬夾雜物和去除溶解于鋁熔體中的氣體，特別是氫，獲得高純潔度的鋁合金熔體，為鑄造出高品質的鑄錠創造條件，是鋁合金熔煉的一個重要目的，也是生產聞純航空航天招合金材料的關鍵步驟。
[0004]生產高純航空航天鋁合金用鑄錠時需要采用爐內精煉和在線處理的聯合凈化工藝，而爐內精煉是鋁合金熔體凈化的重要環節，目前普遍采用的爐內精煉方法主要有熔劑噴射精煉、爐底透氣磚吹氣精煉和爐頂吹氣精煉。
[0005]熔劑噴射精煉是將主要成分為氯鹽、氟鹽等的粉狀精煉劑裝入噴粉罐，噴粉罐的進氣口與氮氣罐聯接，出氣口與精煉管聯接，精煉時將精煉管從爐門插入爐內鋁液中，打開氮氣瓶的氣閥，操作手將精煉管在爐內來回移動進行精煉。
[0006]爐底透氣磚精煉法是在爐底設置透氣磚，同時在爐底設置相應的工藝氣體管路，通過透氣磚下方設置的通氣管路向爐內通入精煉氣體對熔體進行凈化。
[0007]專利CN202246798U —種新型鋁液精煉保溫爐公開了一種應用爐頂精煉方法的鋁液精煉保溫爐，該精煉方法是將石墨轉子從爐頂伸入到爐內鋁液中，通過轉子把氮氣通入鋁熔體中實現除氣和除渣凈化處理。
[0008]現有的鋁合金爐內精煉裝置及其精煉方法存在以下問題:
[0009]熔劑噴射精煉設備及其方法存在以下缺陷:(I)在精煉時爐門必須打開，操作者移動精煉管，暴露在高溫輻射下，工作環境惡劣，勞動強度大；(2)由于精煉過程中爐門是打開的，精煉過程中產生的含Cl或F等有害氣體從爐門排出，惡化工作環境；(3)由于精煉過程中爐門始終處于開啟狀態，熱量會散失，造成爐子熱效率低，浪費能源；(4)因為是人工操作，因此該精煉裝置不適用于大型爐子，否則不但勞動強度大，并且精煉效果差。
[0010]爐底透氣磚精煉主要缺點:(I)透氣磚易堵塞，維護更換困難；(2)由于透氣磚的更換維護時，其周圍耐火材料的磨損會導致過早更換爐子內襯材料，爐子內襯壽命縮短；
(3)鋁液可能從透氣磚與爐襯材料的結合處滲漏，引發設備事故。
[0011]爐頂吹氣精煉的主要缺點:(I)精煉器(轉軸及石墨轉子)須從爐頂伸入接近爐底，精煉管太長易于斷裂，因此受轉軸材料及長度限制，爐頂吹氣精煉不適用于大型爐子；
(2)由于爐頂是爐子的熱量聚集區，對爐頂精煉裝置安裝孔的密封性要求很高，否則熱量易損失，造成爐內溫差大；(3)精煉裝置維護更換困難。


【發明內容】

[0012]本發明的發明目的是:針對上述技術問題，提供一種鋁合金爐內精煉裝置及其精煉方法。本發明采用自動控制，同時精煉時不需要開啟保溫爐爐門，確保減少勞動強度，同時減少爐門開啟時不必要熱量損失。本發明提供一種爐內精煉方法，精煉效果更好，不添加精煉熔劑，爐內除氫效率可達50 %以上，合金成分更均勻，鋁合金熔體更純潔。
[0013]本發明技術方案為:一種鋁合金精煉裝置，包括用于精煉的保溫爐及安裝在其爐底外部的電磁攪拌器，所述保溫爐側壁開設有若干精煉孔，通過精煉孔設置若干可斜向插入的精煉管，所述精煉管出氣端安裝在保溫爐側壁上的導向支架上，精煉管進氣端固定連接于導向支架上的驅動氣缸，所述精煉管通過軟管連接氣體調節控制柜，所述氣體調節控制柜包括調節控制單元及與調節控制單元連接的若干進氣管和出氣管，所述調節控制單元對通過進氣管輸入的氣體進行調節，所述出氣管連接到所述軟管。
[0014]相比現有技術，本發明應用保溫爐側壁開設用于精煉的精煉孔，利用精煉管穿過精煉孔并伸入保溫爐內，插入鋁合金熔體中。精煉時，通過氣體調節控制柜精確調節所需精煉氣體的流量、氯氣和氬氣的比例，以達到在最佳的精煉效果。本發明通過在保溫爐側壁安裝精煉管，第一，精煉時不需要打開保溫爐爐門，保證精煉過程保溫爐密閉，避免含Cl或F等有害氣體從爐門排出；第二，避免爐底透氣磚精煉中透氣磚維護更換困難、鋁液可能從透氣磚與爐襯材料的結合處發生滲漏等不足；第三，避免爐頂吹氣精煉中精煉管太長易于斷裂不適用于大型爐子的不足。
[0015]優選的，所述精煉孔設置在保溫爐側壁中部，所述精煉管與保溫爐成15-45°夾角，所述精煉管與保溫爐間為滑動密封。針對不同的保溫爐規格，精煉孔的位置及精煉管的數量根據實際情況設置。
[0016]優選的，所述精煉管在導向支架上，其進氣端固定連接在平行于精煉管的驅動氣缸活塞桿，驅動氣缸安裝在導向支架上。驅動氣缸活塞桿的行程為精煉管在保溫爐爐內的行程，控制驅動氣缸即可控制精煉管。
[0017]優選的，所述氣體調節控制柜包括調節控制單元和與其連接的若干進氣管和出氣管，所述進氣管上設置開關，出氣管上設置單向閥，所述出氣管通過金屬軟管連接精煉管。本發明實施中設置兩根進氣管和I根出氣管，所述進氣管和出氣管還設置有氣體流量表和壓力表。設置氣體流量表和壓力表可以更好調節氣體。
[0018]優選的，所述精煉管、進氣管和出氣管均為無縫鋼管。其中精煉管的內、外壁進行耐熱涂層處理，通過耐熱涂層可以很好保護精煉管，增加使用壽命。
[0019]本發明的精煉方法按以下步驟依次進行:(I)在保溫爐將鋁合金熔體合金成分及熔體溫度調整合格后，對氣體調節控制柜7通過氬氣進氣管10輸入氬氣，氣體壓力為
0.4MPa，氣體流量.》80L/min ;啟動驅動氣缸5將精煉管3伸入保溫爐內并插入鋁合金熔體中；(2)對氣體調節控制柜7通過氯氣進氣管11輸入氯氣，進氣管11氣體壓力為0.20~
0.4Mpa。 通過調節控制單元8調節氬氣和氯氣的流量比是:80:20 ;混合氣出氣管9氣體壓力:0.20~0.4Mpa，氣體流量:100~400L/min ； (3)啟動電磁攪拌器，保持保溫爐設定溫度并保持步驟2在25分鐘；(4)關閉氯氣進氣管11閥門，控制氣體調節控制柜7通過氬氣對氯氣進氣管11閥門至精煉管3之間的管路進行吹洗，檢測管路氯氣無殘留；(5)啟動驅動氣缸將精煉管退出爐膛；(6)關閉氬氣閥，關閉電磁攪拌器，停止電磁攪拌。
[0020]本發明有益效果是:
[0021]1.本發明不受保溫爐規格的影響，適用于各種大、小規格的保溫爐。
[0022]2.本發明精煉時不需人工操作，可以極大減輕操作者勞動強度。
[0023]3.本發明精煉時爐門始終關閉，一方面操作人員不會受到熱輻射，另一方面沒有熱量散失，可提高保溫爐熱效率，節約能源。
[0024]4.本發明精煉時爐門關閉，精煉過程中產生的含Cl或F等有害氣體不會從爐門排出，可改善工作環境。
[0025]5.本發明工藝氣體可精確控制，精煉效率高。
[0026]6.本發明精煉管不易堵塞，壽命長，維護量小，精煉管更換、拆裝方便。該精煉裝置在使用、維護過程中不會對保溫爐結構和耐火材料造成任何不利影響。
[0027]7.本發明的精煉裝置制造、運行、維護成本低，安全性更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發明功能結構示意圖。
[0029]其中，1-保溫爐、2-電磁攪拌器、3-精煉管、4-導向支架、5-驅動氣缸、6-金屬軟管、7-氣體調節控制柜、8-調節控制單元、9-混合氣出氣管、10-氬氣進氣管、11-氯氣進氣管。

【具體實施方式】
[0030]本發明公開了一種鋁合金精煉裝置，包括用于精煉的保溫爐I及安裝在其爐底外部的電磁攪拌器2，所述保溫爐I側壁開設有若干精煉孔，通過精煉孔設置若干可斜向插入的精煉管3，所述精煉管3出氣端安裝在保溫爐I側壁上的導向支架4上，精煉管3進氣端連接驅動氣缸5，所述精煉管3通過軟管6連接氣體調節控制柜7，所述氣體調節控制柜7中調節控制單元8對通過進氣管10、11輸入的氣體進行調節，所述出氣管9連接到所述軟管6。
[0031]現有技術中，熔劑噴射精煉設備及其方法、爐底透氣磚精煉和爐頂吹氣精煉均存在各自不足。這些不足影響生產效率和生產成本。
[0032] 對此，本發明應用保溫爐I側壁開設用于精煉的精煉孔，利用精煉管3穿過精煉孔并伸入保溫爐I內鋁合金熔體中。精煉時，通過氣體調節控制柜7精確調節所需精煉氣體的流量、氯氣和氬氣的比例，以達到在最佳的精煉效果。本發明通過保溫爐I側壁安裝精煉管3:第一，精煉時，不需要打開保溫爐I爐門，保證精煉過程保溫爐I密閉，避免含Cl或F等有害氣體從爐門排出；第二，避免爐底透氣磚精煉中透氣磚維護更換困難、鋁液可能從透氣磚與爐襯材料的結合處發生滲漏等不足；第三，避免爐頂吹氣精煉中精煉管太長易于斷裂不適用于大型爐子的不足。
[0033]以下將結合附圖進行具體說明。
[0034]圖1是本發明中功能結構圖，如圖1所示:本發明的一種鋁合金精煉裝置，包括用于精煉的保溫爐I及安裝在其底部外側的電磁攪拌器2，保溫爐I側壁中部對稱位置開設有兩個精煉孔，通過精煉孔設置斜向插入的精煉管3，精煉管3與保溫爐I側壁成30°夾角，精煉管3與保溫爐I間采用滑動密封。這里精煉管3與保溫爐I側壁夾角較優選擇范圍在15° -45°。精煉管3安裝在導向支架4上，其進氣端連接于與之平行的驅動氣缸5的活塞桿，驅動氣缸5安裝在導向支架4上。精煉管3通過金屬軟管6連接氣體調節控制柜7。導向支架4安裝在保溫爐I側壁上，導向支架4根據精煉管3不同需要設置不同角度。
[0035]進一步，氣體調節控制柜7包括調節控制單元8和與其連接的氬氣進氣管10、氯氣進氣管11和混合氣出氣管9, IS氣進氣管10和氯氣進氣管11上設置開關閥門，混合氣出氣管9上設置單向閥，混合氣出氣管9通過金屬軟管6連接精煉管3。為對氣體精確控制，混合氣出氣管9、気氣進氣管10和氯氣進氣管11均設置氣體流量表和壓力表。
[0036]其中，精煉管3、混合氣出氣管9、氬氣進氣管10和氯氣進氣管11為無縫鋼管。精煉管3內、外表面進行耐熱涂層處理，這樣可以增加精煉管3使用壽命。
[0037]本發明的一種鋁合金精煉裝置的精煉方法，在保溫爐I將鋁合金熔體合金成分及熔體溫度調整合格后，按照以下步驟依次進行:
[0038]步驟1:對氣體調節控制柜7通過氬氣進氣管10輸入氬氣，氣體壓力為0.4MPa，氣體流量:140L/min ;啟動驅動氣缸5將精煉管3伸入保溫爐內并插入招合金熔體中；
[0039]步驟2:對氣體調節控制柜7通過氯氣進氣管11輸入氯氣，進氣管11氣體壓力為
0.20~0.4Mpa，流量為:35L/min。出氣管9氣體壓力:0.20~0.4Mpa，流量為175L/min。
[0040]步驟3:啟動電磁攪拌器2，對保溫爐I保持設定溫度及保持步驟2在25分鐘；
[0041]步驟4:關閉氯氣進氣管11閥門，控制氣體調節控制柜7通過氬氣對氯氣進氣管11閥門至精煉管3之間的管路進行吹洗，檢測管路氯氣無殘留；
[0042]步驟5:啟動驅動氣缸將精煉管退出保溫爐；
[0043]步驟6:關閉氬氣進氣管10閥門；關閉電磁攪拌器2，停止電磁攪拌。
[0044]采用電磁攪拌器2，鋁熔體在電磁力的作用下在保溫爐內作旋轉運動，一方面對精煉管3吹出的工藝氣體產生剪切作用從而將大氣泡打散成許多的小氣泡，另一方面通過攪拌使整個爐內的熔體質點可充分與工藝氣體接觸。熔體中的非金屬夾雜物與氣泡相遇時，夾雜物被吸附在氣泡的表面并隨氣泡上浮到熔體表面。由于吹入熔體中的氣泡其初始的氫分壓幾乎為零，氣泡內外存在氫分壓差，使溶于鋁熔體中的氫不斷擴散進入氣泡，隨著氣泡上浮到熔體表面，氣泡內的氫逸出從煙道排入大氣。
[0045]本發明提供的一種鋁合金爐內精煉方法，與現有的爐內精煉方法比較，本發明的一種爐內精煉方法精煉效果更好，爐內除氫效率可達50 %以上，合金成分更均勻，不添加精煉熔劑，因而不會污染合金，特別適合于生產有高純、高均勻化要求的航空航天鋁合金金鑄錠。
【權利要求】
1.一種鋁合金精煉裝置，包括用于精煉的保溫爐及安裝在其爐底外部的電磁攪拌器，其特征在于:所述保溫爐側壁開設有若干精煉孔，通過精煉孔設置若干可斜向插入的精煉管，所述精煉管出氣端安裝在保溫爐側壁上的導向支架上，精煉管進氣端固定連接于導向支架上的驅動氣缸，所述精煉管通過軟管連接氣體調節控制柜，所述氣體調節控制柜包括調節控制單元及與調節控制單元連接的若干進氣管和出氣管，所述調節控制單元對通過進氣管輸入的氣體進行調節，所述出氣管連接到所述軟管。
2.根據權利要求1所述的一種鋁合金精煉裝置，其特征在于:所述精煉孔設置在保溫爐側壁中部，所述精煉管與保溫爐側壁成15-45°夾角，所述精煉管與保溫爐間為滑動密封。
3.根據權利要求1所述的一種鋁合金精煉裝置，其特征在于:所述精煉管安裝在導向支架上，其進氣端連接平行于精煉管的驅動氣缸活塞桿，驅動氣缸安裝在導向支架上。
4.根據權利要求1所述的一種鋁合金精煉裝置，其特征在于:所述氣體調節控制柜包括調節控制單元和與其連接的若干進氣管和出氣管，所述進氣管上設置開關，出氣管上設置單向閥，所述出氣管通過金屬軟管連接精煉管。
5.根據權利要求4所述的一種鋁合金精煉裝置，其特征在于:設置兩根進氣管和I根出氣管連接調節控制單元，所述進氣管和出氣管均設置氣體流量表和壓力表。
6.根據權利要求1-5中任一所述的一種鋁合金精煉裝置，其特征在于:所述精煉管、進氣管和出氣管均為為無縫鋼管或經耐熱涂層處理的無縫鋼管。
7.根據權利要求1所述的一種鋁合金精煉裝置的精煉方法，其特征在于:在保溫爐將鋁合金熔體合金成分 及熔體溫度調整合格后，按照以下步驟依次進行: 步驟1:對氣體調節控制柜輸入氬氣，壓力大于或等于0.4MPa，啟動驅動氣缸將精煉管伸入保溫爐內并插入鋁合金熔體中； 步驟2:對氣體調節控制柜輸入氬氣和氯氣,氬氣進氣管氣體壓力大于或等于0.4MPa,氯氣進氣管氣體壓力為0.2~0.4Mpa。調節控制單元調節氬氣和氯氣流量比是:80~100:O~20 ;混合氣出氣管氣體壓力:0.2~0.4MPa，氣體流量:0~400L/min ； 步驟3:啟動電磁攪拌器，對保溫爐保持設定溫度及保持步驟2在20-25分鐘； 步驟4:關閉氯氣進氣管閥門，控制氣體調節控制柜通過氬氣對氯氣進氣管閥門至精煉管之間的管路進行吹洗，檢測管路氯氣無殘留； 步驟5:啟動驅動氣缸將精煉管退出保溫爐； 步驟6:關閉氬氣進氣管；關閉電磁攪拌器，停止電磁攪拌。
【文檔編號】C22B21/06GK104073667SQ201410185896
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】沈海鷗, 鄭玉林, 樊春陽, 袁冰梅 申請人:廣西南南鋁加工有限公司