技術領域

本示例性實施方案涉及熔融金屬加工。與熔融金屬泵、下沉器(submergence device)、除氣設備(degassing equipment)等結合，其找到特別的應用，并且將特別參照這一點對其進行描述。然而，要認識到本示例性實施方案也適合于其它類似應用。

背景技術：

在地殼中，鋁是第三最豐富的元素(在氧和硅之后)，并且是最豐富的金屬。其占地球固體表面的約8重量％。對于金屬的低密度和對于其由于鈍化現象而耐腐蝕的能力，鋁是顯著的。由鋁及其合金制成的組件對于結構材料的全球生產是至關重要的。鋁由于其另外有利的易于回收的能力而是特別有價值的。

鋁通常被熔融并澆鑄成成品，或者澆鑄成用于運送的坯(billet)并最終再熔融和澆鑄成理想的最終產品。已經開發出特殊的操作設備以有助于熔融鋁的熔融、加工和運送。

盡管本公開已經與鋁關聯，但要注意的是本文中描述的設備可同樣適合于與其它熔融(motel)金屬(和它們的鹽)，包括例如鋅、鎂和鎳，一起使用。

熔融金屬操作和回收的過程是復雜的。其需要用于熔融所述金屬的設備，用于熔融金屬循環的泵，用于下沉碎屑金屬片的器件(device)，用于移除雜質的器件(例如過濾和除氣)，用于引入助熔劑(flux)和其它合金化劑(alloying agent)的器件，和用于運送所述熔融金屬的器件。

在典型的熔融操作中，提供一種熔融爐，其具有封閉的爐膛和連接的開放側井。將泵或其它熔融金屬流引發裝置(molten metal flow inducing apparatus)定位在所述側井中并使熔融金屬在所述爐膛內循環。所述測井可包括泵井和熔融跨(melting bay)，該熔融跨可以被進一步分成進料井和渣井。可通過將固體棒引到所述主爐膛中和/或通過將金屬片添加到所述測井而熔融金屬。

所述進料井可用于熔融金屬碎屑。已經開發了多種設備部件以幫助下沉所述碎屑片，并且在本文中它們被稱為碎屑下沉器(scrap submergence device)。所述渣井可用于移除污染物。另外，碎屑金屬通常被有機和無機污染物污染。有機污染物最通常由多種類型的油、涂料或油漆(paint)等的殘余部分組成。所述無機污染物可包括灰塵顆粒、顏料、少量的不是所述主要金屬的多種碎屑金屬等。鋁碎屑通常還將含有不同量的金屬氧化物。所述污染物的大部分將漂浮到熔融金屬浴的頂部或在所述熔融金屬上形成無機污染物的熔渣或熔渣狀皮，其可以根據完善的技術撇除離開所述金屬。

在熔融金屬(例如鋁或鋅)的加工中，一種常用的設備部件是用于在熔爐中產生熔融金屬流的循環泵。另外，它對于從一個容器到另一個容器泵送熔融金屬經常是必須的。當所述熔融金屬需要通過將其提升越過防護墻(containment wall)而從容器移除時，經常使用所謂的輸送泵。這些可包括例如在美國專利5,947,705(通過引用并入本文中)中說明的傳統樣式的輸送泵，或者在美國公開申請US 2013/0101424(通過引用并入本文中)中說明的類型的溢流輸送系統，或者在美國專利8,337,746(通過引用并入本文中)中說明的類型的流槽(launder)/澆包(ladle)輸送系統。

這種情況最典型的是其中所述輸送泵位于熔融金屬熔爐的進料井中以從所述熔爐移除熔融金屬，也許用于引到澆包和從那里到壓鑄機(die caster)。在鋁循環工業中，鎂的移除已經變成特別的焦點。從熔融的鋁中移除鎂的能力通過在鎂和氯之間的有利化學反應成為可能。為此目的可使用氣體注射泵。

除氣裝置可用于在執行澆鑄操作之前提高所述熔融金屬的質量。在這樣的除氣操作中，將大量的細氣泡化的惰性氣體，例如氬氣或氮氣，引入到所述熔融金屬中，使得溶解的氣體和非金屬包含物被所述惰性氣體的氣泡夾帶或捕獲，它們是漂浮的以進行移除。典型地，將所述惰性氣體通過設置在所述熔融金屬表面之下的旋轉的軸和葉輪組件注入到所述熔融金屬中。另外，存在用于將助熔劑，通常氯和/或氯鹽，引入到熔融金屬中的裝置。這些裝置可包括旋轉的葉輪/軸組合，通過它們可引入惰性氣體和助熔劑。美國專利3,767,382和8,025,712是助熔劑注射器的實例，并且每個公開通過引用并入本文中。

如本領域技術人員將認識到的，其中所述熔融金屬加工設備操作所處的環境是極其苛刻的。例如，鋁和鎂在高于1200℉下熔融。相應地，在這些類型的熔融金屬中沒有許多材料發揮作用。另外，這些液體的密度可在用于移除所述熔融金屬的設備上提供顯著的機械應力(stress)。另外，其中所述設備將所述熔融金屬轉移到周圍大氣的區域是高溫高氧化性環境，其使得許多材料不適合應用。因此，到目前為止，用于構成熔融金屬加工設備的原材料(primary material)，至少在熔體線之下操作的元件，已經是石墨、氮化硅和碳化硅。這些材料中的每種具有缺點例如機械加工性、強度、對于熱沖擊的敏感性和高成本。

技術實現要素：

本公開涉及在多種熔融金屬加工設備組件的構造中使用可替代的材料的概念，和進一步地，可由其構成的改進的組件的代表性實例。

根據第一實施方案，提供一種熔融金屬加工裝置，其選自泵、脫氣器、助熔劑注射器和碎屑下沉器。構成所述裝置以包括至少一種由C/C復合物組成的元件。

根據另一個示例性實施方案，本公開涉及一種裝置，例如熔融金屬泵、脫氣器、助熔劑注射器和/或碎屑下沉器。所述裝置可包括馬達、在第一端處接合所述馬達和在第二端處接合葉輪的軸，其中至少一個旨在設置在熔融金屬表面之下或過渡穿過熔融金屬表面的組件由C/C復合物材料組成。

根據另一個實施方案，提供一種加工熔融金屬的方法。所述方法包括如下步驟：(i)用樹脂浸漬碳纖維主體；(ii)加熱步驟(i)的主體以形成C/C復合物；(iii)機械加工步驟(ii)的C/C復合物以形成熔融金屬泵、脫氣器或碎屑下沉器的組件；和(iv)在熔融金屬的加工中操作包括步驟(iii)的組件的泵、脫氣器或碎屑下沉器。另外，可能希望包括在步驟(ii)或(iii)中的一個之后可選的抗氧化處理。

附圖說明

圖1是典型的熔融金屬熔爐的示意圖；

圖2是熔融金屬熔爐的透視圖，其具有部分切除部分(cut-away)以說明熔融金屬泵；

圖3是氣體注射泵的側正視圖(side elevation view)，部分在截面中；

圖4是輸送泵的側正視圖，部分在截面中；

圖5是包括C/C復合物頂板的葉輪的分解圖；

圖6是熔爐側井中的可替代的輸送泵的透視圖；

圖7是圖6的輸送泵的截面圖；

圖8是模具泵的側正視圖，部分在截面中；

圖9是適合于在圖8的模具泵中使用的可替代的葉輪軸組件的透視圖；

圖10是除氣裝置的側正視圖；

圖11是除氣葉輪的底視圖(bottom plan view)；

圖12是具有由石墨構成的主體并包括具有C/C復合插入物的磨損區的葉輪的底視圖；

圖13是采用C/C復合物材料可獲得的可替代的葉輪構造的俯視圖(top plan view)；

圖14是類似于圖13的樣式的混合式葉輪，其具有石墨主體和C/C復合物葉片；和

圖15是碎屑熔融(meting)裝置的剖視圖(cross-sectional view)。

具體實施方式

根據本公開，考慮了熔融金屬加工設備的多種組件部分或全部由碳-碳復合物材料(下文中稱C/C復合物)構成。C/C復合物對于制備而言可能是昂貴的，但提供高的強度-重量比和剛度。C/C復合物也可以用如下物質浸漬：通常與石墨組件一起使用的類型的抗氧化的化學品，例如包括基于磷酸鹽或酯(phosphate based)的抗氧化劑的溶液(例如參見美國專利4,439,491，其公開內容通過引用并入本文中)。相對于例如不易被浸漬的高密度石墨，這是有利的。C/C復合物提供導熱性和硬度的優異組合。另外，C/C復合物提供低的密度、高的硬度(stiffness)、低的熱膨脹系數、零至很小的排氣性(outgassing)和獨特的高溫能力(high temperature capability)。

C/C復合物由于高的導熱性和低的熱膨脹性質，即低的熱膨脹系數，而具有熱穩定性、高的耐熱沖擊性。這些材料還表征為在高溫應用中具有高的韌性、強度和硬度。C/C復合物可包含與基體前體混合或接觸的碳或石墨增強物以形成“生坯(green)”復合物，其然后被碳化以形成所述C/C復合物。C/C復合物還可以包含碳或石墨增強物，其中所述基體完全或部分地通過化學氣相滲入(CVI)或化學氣相反應(CVR)引入。

C/C復合物可由纖維材料制成，所述纖維材料例如碳纖維或碳纖維前體。在制造所述C/C復合物的過程中，通常將這些纖維材料與粘結劑混合。一種類型的這種C/C復合物用與粉末形式的基于瀝青(pitch-based)的熱塑性粘結劑混合的短切纖維制成。將所述混合物放置在模具中，其中將其壓縮和加熱以形成預成型體，并將得到的預成型體通過加熱碳化。

C/C復合物商購自如Amoco、DuPont、Hercules、Celanese等的公司，并且可采用的形式為纖維、短切纖維、布或織物、或者布屑或織物屑(chopped cloth or fabric)，它們被稱為模制物料(molding compound)。C/C復合物還可以采取的形式為連續長絲紗、短切紗或由連續長絲制成的帶，并且它們被稱為單向纖維陣列。可以通過編結(braiding)或通過多向編織(mutidirectional weaving)以理想的形狀編織紗。所述紗、布和/或帶可以被卷起(wrap)或圍繞一個芯軸(mandrel)卷繞以形成多種形狀和增強定向(reinforcement orientation)。所述纖維可以干燥狀態卷起，或者它們可以在卷起、卷繞或堆疊之前用理想的基體前體浸漬以形成通常所稱的預浸料(prepreg)。這些預浸料和編織結構增強物商購自多種來源，包括Fiberite、Hexcel和Cytec。所述碳纖維增強物可以由前體制成，所述前體例如聚丙烯腈(PAN)、人造絲(rayon)或瀝青。

可用于形成C/C復合物的基體前體包括液體來源(liquid source)和氣體來源(gaseous source)，所述液體來源例如酚醛樹脂和瀝青，所述氣體來源包括烴，例如甲烷、乙烷、丙烷等。代表性的酚醛塑料包括但不限于例如由Willowbrook,Ill的Stuart-Ironsides供應的以市售商標USP39和91LD出售的酚醛塑料。

所述C/C復合物可通過多種技術制造。常規地，將樹脂浸漬的碳纖維在工具上或在模具中熱壓處理(autoclave)或壓塑成理想形狀。將模制的部件在惰性環境中加熱處理到約1300℉(700℃)至5250℉(2900℃)的溫度以將所述有機相轉化成碳。然后將碳化的部件通過碳化學氣相滲入或通過采用樹脂的多次循環再浸漬進行致密化，如上所述那樣。其它制造方法包括干燥預成型體的熱壓制(hot pressing)和化學氣相滲入。在所述制造方法中可用于實施一些必要步驟的C/C復合物的制造方法描述于美國專利3,174,895和3,462,289中，它們通過引用并入本文中。

一旦制造了所述C/C復合物制品的一般形狀(general shape)，可以容易地將該部件機械加工到精確的公差，在約0.1mm或更小的量級上。相應地，鑒于C/C復合物的強度和機械加工性，除了在最初制造過程中可能的成型外，C/C復合物可以通過機械加工成型為組件的高度精確形狀。關于這一點，本公開的C/C復合物可提供相對于具有澆鑄精度限制的陶瓷的制造優點和相對于石墨的強度優點。

本說明書的C/C復合物例如通過包括受控量的硼可具有在高溫下的低摩擦特性。這種類型的C/C復合物可特別用作熔融金屬泵中的軸承套圈(bearing ring)。

鋁循環熔爐描述于美國專利6,217,823中，其通過引用并入本文中。現在參照圖1，描繪了鋁循環熔爐100。熔爐(furnace)100包括例如用氣體或油燃燒器(gas or oil burner)或通過任何現有技術中已知的其它手段加熱的主爐膛組件(main heart component)120。相鄰的并且與所述爐膛(heart)120流體連通的是由泵井(pump well)140、加料井(charge well)160和渣井(dross well)180組成的主循環區(primary recycling area)。盡管未示出，所述爐膛120的壁開口到所述泵井140，所述泵井140開口到所述進料井160，所述進料井160開口到所述渣井180，所述渣井180進而開口到所述爐膛120，以允許由箭頭示出的循環方式。所述泵井容納熔融金屬泵。所述熔融金屬泵將熔融金屬從所述爐膛120循環到所述進料井160，在那里，待加工的金屬的碎屑片(scrap chip)沉積到所述熔體的表面上。來自所述進料井160的熔融金屬流到所述渣井180中，在那里將形式為熔渣的雜質在所述熔體流回到所述爐膛120中之前從所述表面撇除(skim)。

現在參照圖2，示出了在回收熔爐(recycling furnace)203的泵井201內的熔融金屬循環泵200。這種類型的泵更充分地描述于美國專利6,887,425中，其通過引用并入本文中。泵200包括多個連接于基座(base)207并懸掛于馬達架(motor mount)209的立柱(post)205。葉輪(impeller)(未示出)設置在基座207內并通過軸(shaft)和連接件(coupling)(未示出)連接于馬達210。泵200將熔融金屬從泵井201循環到進料井211和渣井213中。圖2中描繪的泵通常被稱為循環泵。

根據本公開并且在多種熔融金屬泵裝置的隨后討論中更充分描述的，設想的是所述泵的熔體線(ML)以下的組件(the below melt line(ML)component)可以全部或部分地由C/C復合物材料構成。類似地，鑒于由化學處理實現的優異抗氧化性，在所述ML處或其附近的組件也可以由C/C復合物材料構成。這些組件包括所述基座殼(base housing)、所述軸、所述葉輪、一個或多個軸承套圈和/或泵立柱或套筒(sleeve)。

在某些熔融金屬加工操作中，可以采用描繪在美國專利5,993,728(其通過引用并入本文中)中的類型的氣體注射泵。另外，在與某些熔融金屬一起進行的工作時，可能必須進行氣體注射以移除不希望的雜質。現在參照圖3，描繪了典型的氣體注射泵301。泵301包括懸掛組件(hanger assembly)302，其用于在熔爐內根據需要升高(lift)和定位所述泵。馬達303由馬達架(motor mount)304支撐，其自身由支撐板(support plate)306支撐。所述馬達303通過連接組件(coupling assembly)308連接于固定到葉輪312的可旋轉軸310。基座組件(base assembly)314通過多個立柱316連接于馬達架304。所述葉輪312可在泵室(pumping chamber)318內旋轉，并且其旋轉將熔融金屬319通過入口320抽入到所述泵室318中并通過出口通路322排出所述熔融金屬。軸承套圈對(bearing ring pairs)321和323協同地(cooperatively)設置在所述葉輪312上和在泵室318的壁中。可以在泵室318的頂部并且與葉輪312的頂部徑向邊緣相對設置另一個軸承套圈325。

將反應性氣體(例如氯)提供到由夾鉗機構(clamping mechanism)326支撐的氣體注射管324，所述夾鉗機構326連接于所述支撐板306。所述氣體注射管324的下沉端(submerged end)通過管塞(tube plug)328連接于出口通路322。除了在圖2中明確的C/C復合物元件，所述氣體注射管324和管塞328可以由C/C復合物材料構成。相應地，可有利地完全或部分由C/C復合物材料構成的泵301的組件包括基座組件314、葉輪312、立柱316、軸310、氣體注射管324、管塞328和一個或多個軸承套圈321、323和325。

除了其中熔融金屬由循環泵循環或由氣體注射泵循環和處理的情況外，還存在其中熔融金屬從熔爐移除并遠程輸送以進一步加工的情況。示例性的輸送泵描述在美國專利5,947,705中，其通過引用并入本文中。

如圖4中示出的典型輸送泵401包括馬達411，該馬達411通過連接組件415連接于可旋轉軸413。所述軸413在其下端連接于可旋轉葉輪417，所述可旋轉葉輪417在基座419內的泵室418中旋轉。在設置在所述葉輪417的下部環形邊緣中的軸承套圈423的面對方向，在基座419的下部區域中提供軸承套圈421。另一個軸承套圈424可設置在基座419的上部區域，面對葉輪417的上部環形邊緣，以允許所述葉輪的適當旋轉。所述馬達411通過連接于馬達架平臺(motor mount platform)429的立柱425的對(僅其中一個是可見的)支撐并連接于所述基座組件419。

提升管(riser tube)451具有設置在所述基座419中的出口453內的第一端，并且通過連接件適配器(coupling adaptor)465固定在馬達架開口460中。所述提升管451的上端包括可將彎頭(elbow)(未示出)連接于其上的凸緣(flange)455。所述彎頭接合(engage)允許熔融金屬移動到遠程位置的輸送管道(transfer piping)。除了上述鉸接的(articulated)適合于由C/C復合物材料構成的泵組件外，所述輸送泵提升組件(transfer pump transfer assembly)可由其構成。

關于圖5，描繪了包括C/C復合物組件的葉輪。所述葉輪501是石墨或陶瓷的通常圓筒狀的主體(body)，并包括具有用于容納軸的凹陷(recess)504的上表面502。所述上表面502還包括通道506的入口505，所述通道506從所述上表面向下延伸并通過側壁508向外，至出口509。圍繞下表面512的外緣提供陶瓷(例如碳化硅或C/C復合物材料)的軸承套圈510。將C/C復合物盤513固定到所述葉輪501的頂表面502以改進所述器件的磨損特性(圖5中，所述盤513被展示是移除的和連接的)。

當然，所述葉輪和/或保護性頂板的形狀不限于圓筒形狀。然而，考慮了使用具有任何形狀葉輪的C/C復合物材料的保護性頂或底板，包括鳥籠狀、葉片狀、三角形或任何多邊形形狀。另外，考慮了整個葉輪主體可由C/C復合物材料構成。

參照圖6和7，與熔爐628關聯，描繪了熔融金屬溢流輸送泵(molten metal overflow transfer pump)630。所述泵組件更充分地描述于美國專利公開2013/0101424中，其通過引用并入本文中。泵630通過安置在所述熔爐跨(furnace bay)634的壁上的金屬框架632懸掛。馬達635旋轉軸636和附屬的葉輪(appended impeller)638。耐火體(refractory body)640形成細長的通常圓筒狀的泵室或管641。所述耐火體可例如由熔融石英、碳化硅、C/C復合物材料或它們的組合形成。主體(body)640包括容納葉輪638的入口643。葉輪638可完全或部分地由C/C復合物材料構成。優選地，提供軸承套圈(未示出)以便于其中的葉輪638的均勻磨損和旋轉。所述軸承套圈可由C/C復合物材料組成。

在操作中，熔融金屬通過所述入口643吸入到所述葉輪中并以強制(“平衡”)渦旋的形狀在管641內強制向上。在所述管641的頂部，提供螺旋形室(volute shaped chamber)642以將由所述葉輪的旋轉產生的熔融金屬渦旋向外引導到槽(trough)644中。槽644可連接/配合于另外的槽元件(trough member)或管以將所述熔融金屬引導到其理想的位置，例如澆鑄裝置，澆包(ladle)或本領域技術人員公知的其它機構。所述槽可用C/C復合物材料形成或用其涂覆。

盡管離心泵對于泵送熔融金屬而言滿意地操作，但它們從來沒有發現可接受作為填充熔融金屬模具的裝置。相反，這個任務留給了電磁泵、加壓熔爐和澆包(ladeling)。已知的離心泵通常通過調節所述葉輪的轉速控制熔融金屬的流速和壓力。然而，當嘗試將熔融金屬輸送到模具(例如成型模具(form mold))中時，這種控制機構經歷熔融金屬的流速和壓力的不穩定控制(erratic control)。當嘗試填充成型模具用于復雜或精細成型的工具或部件時，熔融金屬流到所述成型模具中的不穩定控制是尤其普遍存在的。能夠填充模具成型體(mold form)的離心泵已經描述在美國公開申請2014/0044520中，其通過引用并入本文中。

參照圖8，說明了模具泵組件(mold pump assembly)810。所述組件包括具有圓筒形狀的細長的軸816，其具有通常垂直于所述基座元件(base member)820的旋轉軸線。所述細長的軸具有第一端828和第二端830，所述第一端828適應于通過連接件(coupling)(未示出)連接于馬達(未示出)，所述第二端830連接于葉輪822。所述葉輪822可旋轉地定位于所述泵室818內，使得所述馬達/連接件的操作旋轉所述細長的軸816，該軸816旋轉在所述泵室818內的葉輪822。

所述基座元件820限定了所述泵室818，該泵室818容納所述葉輪822。構造所述基座元件820以在通道831內結構性容納一個或多個耐火柱(refractory post)(未示出)。每個通道831適應于容納設置在所述耐火柱的耐火護套組件內的金屬桿以剛性連接于馬達架(motor mount)(未示出)。所述馬達架支撐在所述熔融金屬上方的馬達。

所述葉輪822構造有第一徑向邊緣832，該第一徑向邊緣832與第二徑向邊緣834軸向地間隔開。所述第一和第二徑向邊緣832、834外周地設置于所述葉輪822周邊的周圍。所述泵室818包括軸承組件835，其具有第一軸承套圈836，該第一軸承套圈836與第二軸承套圈838軸向地間隔開。所述第一和第二徑向邊緣832和834分別面對所述軸承套圈836和838。所述徑向邊緣可以由碳化硅(siliicon carbide)軸承套圈組成。所述葉輪主體823的其余部分可以由C/C復合物材料組成。所述第一徑向邊緣832與所述第一軸承套圈836面向地對齊，和所述第二徑向邊緣834與所述第二軸承套圈838面向地對齊。所述軸承套圈由如下材料制成，例如碳化硅，所述材料具有高溫下的耐摩擦性能以防止由于高摩擦力導致的循環破壞(cyclic failure)。所述軸承適應于支撐所述葉輪822在所述基座元件內的旋轉，使得所述泵組件810至少基本上防止振動。

在其中需要精確計量熔融金屬量至特定模具體積和形狀的模具泵組件中使用C/C復合物主體是特別有利的。關于這一點，已經發現歷史上使用石墨主體在所述徑向表面上形成磨損，特別是在所述石墨材料接合所述碳化硅軸承套圈時。這樣的磨損可能導致隨著時間過去在選擇的馬達RPM下不可預測的熔融金屬流和壓力。

所述葉輪822的旋轉將熔融金屬抽入到所述入口848中并進入到所述室818中，使得所述葉輪822的連續旋轉導致熔融金屬強制離開所述泵室818到達所述基座元件820的出口(未示出)，其與模具連通。盡管所說明的泵包括C/C復合物材料作為所述葉輪的主體，但考慮了任何意欲設置在所述熔融金屬中的元件可由C/C復合物材料構成，包括軸承套圈。

例如，圖9描繪了用于模具泵的可替代的葉輪軸布置。所述布置由軸916組成，所述軸916具有馬達架端928和葉輪安裝端930。所述軸可由石墨、陶瓷或C/C復合物材料或它們的組合組成。所述軸還可以包括C/C復合物材料的套筒。所述葉輪922可以完全由C/C復合物材料構成。以此方式，可選地去除軸承套圈是可行的。

圖10示意性地說明了連續除氣裝置的常規結構。然而，在批量除氣中使用C/C復合物元件同樣是可應用的。為了改進所述氣體遍及所述熔融金屬的分散性，通常使用旋轉注射器，其提供所述氣泡的剪切作用并將所述工藝氣體與所述液體金屬密切攪拌/混合。所述除氣裝置通過入口1002連續接收熔融金屬1009。除氣容器1001的上開口1001由蓋1003覆蓋，并且在下游側，分隔件(partition)1004在所述方向上向下延伸，使得其橫過(cross)所述金屬1009的流以防止可形成熔渣的包括氧化物等的漂浮物質(floating substance)(懸浮物(suspended matter))流到隨后的處理過程中。即，分隔件1004向下延伸，使得在所述分隔件1004的底端和所述容器1001的內底壁之間形成預定流通面積的相對窄的通路。所述分隔件1004的這樣的布置可獲得熔融金屬在所述分隔件1004上游的處理室1008處的最大停留時間，使得可以實現除氣操作的延長時間段。旋轉的氣體擴散器件1005通過在所述蓋1003中制成的孔插入，并位于所述除氣容器1001中的熔融金屬中。所述氣體擴散器件1005具有被安裝到位于(浸沒于)所述熔融金屬中同時經歷旋轉移動的可旋轉軸1012的葉輪1010，使得所述惰性氣體從所述氣體擴散器件1005的下部噴出，同時精細氣泡化的惰性氣體分散到所述熔融金屬中。可以包括一個燃燒器1006以保持理想的溫度。葉輪1010和可選地軸1012可以由C/C復合物材料構成。示例性的葉輪描述在美國專利8,178,036中，其通過引用并入本文中。類似地，描繪在美國專利3,767,382和8,025,712中的類型的助熔劑(flux)注射器裝置可受益于由C/C復合物材料構成多種組件(例如軸和轉子)。

參照圖11，說明了由C/C復合物材料構成的葉輪1120。所述葉輪的形式為長方體(rectangular prism)，其具有面1124、面1126和側壁1128、1130、1132、1134。所述葉輪1120包括通過所述面1124開口的氣體排放出口1136。所述氣體排放出口1136構成螺紋開口1138的一部分，所述螺紋開口1138延伸通過所述葉輪1120，并且其通過所述面1124和1126開放。所述軸(未示出)包括縱向延伸的孔，該孔通過所述出口1136的末端開放。所述面1124、1126大致地彼此平行，如所述側壁1128、1132和所述側壁1130、1134那樣。所述面1124、1126和所述側壁1128、1132、1130、1134是限定尖銳直角形角1139的平面。所述葉輪1120在平面圖中還可以是三角形、五邊形或另外地多邊形。

多個溝槽(groove)1152、1154、1156、1158、1160、1162、1164、1166、1168、1170、1172、1174從所述轂部(hub)1150徑向向外延伸。每個溝槽從所述轂部向相應側壁延伸，并且所述相應溝槽在所述側壁處是開放的。

所述溝槽1152…1174從面1124延伸到所述葉輪1120的主體中，并具有與所述面1126間隔開并通常平行于所述面1126的表面。所述溝槽1152…1174包括縱軸線L(其也是對稱軸線)，所述縱軸線L彼此對準并從一側延伸到相對側。所述軸線與螺紋開口(threaded opening)1138的半徑共線(即，延伸通過所述螺紋開口的中心)。

圖12說明了可替代的葉輪1220，其中所述主體1222由石墨構成并且所述角1239容納由C/C復合物材料構成的插入物1241。另外，所述角可構成高磨損表面，所述高磨損表面可通過較長壽命的C/C復合物獲益，而通過包括相對較低成本的石墨主體保持相對低的總單元成本(total unit cost)。

所述C/C復合物部件可通過機械手段、粘合劑手段(例如膠黏劑(cement))或通過反應性粘結接合件(joint)中間層的手段固定于所述熔融金屬加工設備的石墨、陶瓷或其它C/C復合物元件。所述中間層可由碳化物形成金屬成分和碳的細顆粒形成。包括在所述化合物中的金屬可選自由W、Ti、Si、Ta、Nb、Zr、Hf、V、Cr和Mo組成的組。在所述接合件化合物中鎢是優選的金屬成分。所述反應性粘結層還可以含有一種或多種耐火化合物作為填料物質。代表性的耐火化合物包括TiB₂、BN、B₄C、SiC、TiC、MoSi₂、WSi₂。粘結層可包括由例如10克鎢粉和0.5克碳粉和12毫升甲醇制成的漿料。將待與所述粘結層連接的部件在氬氣氛中和在5兆帕的壓縮壓力下加熱到1450-1580℃的溫度10-30分鐘的時間。所述方法包括如下步驟：提供第一C/C復合物部件和第二部件，其中所述第二部件具有與所述C/C復合物部件的表面互補的表面；在所述第一互補配合表面上提供一層金屬粉末和碳粉末的混合物；在所述粉末層上布置所述第二C/C復合物部件，使得所述第二互補配合表面與所述第一互補配合表面配合，從而形成所述第一C/C復合物部件、所述粉末層和所述第二部件的構建體(construct)；將所述構建體放置到壓具中并向所述構建體施加壓力以將在它們的互補表面處連接的所述兩個部件壓在一起；和向在所述構建體中的粉末施加電流以引發氧化還原反應，從而將所述部件粘結在一起。

參照圖13，要說明的是熔融金屬葉輪(包括泵葉輪、碎屑下沉葉輪和除氣葉輪)的傳統形狀已經受限于石墨的強度和/或陶瓷的機械加工性(mahineability)。相應地，通過在所述葉輪的制造中采用C/C復合物，預想能實現增加的效率設計。例如，完全由C/C復合物材料構成的圖13的構造是可機械加工的，并且可能具有足夠的強度以在熔融金屬環境中操作。有利地，所述設計提供一個中心轂1301，其限定孔1302并由相對大的流體接收狹槽(slot)1303圍繞，所述狹槽1303由薄的葉片1305限定。葉片1305可按照需要向前或向后彎曲以增加流速或壓力。

現在轉到圖14，論證了與石墨組合使用C/C復合物材料。特別地，提供限定軸接收孔1402的石墨轂1401。多個C/C復合物葉片1405從轂部1401延伸并限定流體接收狹槽1403。轂部1401還包括多個切口(cut-out)1407，所述切口1407被構造以接收每個葉片1405的末端1409。所述葉片末端1409可以被膠粘(cement)或粉末粘結到所述石墨轂1401上(在每個切口1407內)。

熔融金屬碎屑，特別是鋁，基于多種特性(例如所述碎屑顆粒的尺寸和在其表面上存在油或其它有機材料)可能難以下沉。更明確地，部件尺寸和有機物含量可能強烈影響所述材料的浮力并且不利地影響所述碎屑下沉體系下沉所述碎屑的能力。關于這一點，未被下沉并漂浮在頂部的碎屑通常不會熔融，并且實際上可能燃燒。相應地，碎屑顆粒的快速下沉是任何體系的必要特性。

多種裝置已經在熔融跨(melting bay)(特別地在所述進料井中)中用于促進所述碎屑金屬下沉在所述熔融金屬浴的表面以下。一個體系是機械體系，其主要由從所述頂表面產生熔融金屬流的轉子(rotor)構成。這些器件的實例示于美國專利3,873,305；3,997,336；4,128,415；4,930,986；和5,310,412中，其公開內容通過引用并入本文中。這些裝置的多個組件可受益于由C/C復合物材料的構造。

參見圖15，在所述前壁1522的前方，鄰近所述進料井1518設置傳送帶(conveyor)1546。碎屑金屬的顆粒1548由所述傳送帶1546傳送以排放到所述進料井1518中。混合裝置1510包括驅動馬達和支撐件(support)1550。所述驅動馬達和支撐件1550設置在所述進料井1518的上方。連接件1552從所述驅動馬達和支撐件1550的下側突出。垂直定向的細長的軸1554從所述連接件1552的下側向下突出。在遠離所述連接件1552的位置處將葉輪1556剛性固定到所述軸1554。葉輪1556設置在所述熔融金屬1542內。所述葉輪1556或其部分和可選地所述軸1554或其部分可由C/C復合物材料制成。

如本發明已經描述的，對于本領域技術人員顯而易見的是其可以許多方式改變而不背離本發明的目的精神和范圍，并且旨在將任何和所有的這樣的變體包括在所附權利要求書的范圍內。

參照優選實施方案已經描述了所述示例性實施方案。顯然，當閱讀和理解前述詳細說明時，對于其它方面將發生改變和替換。希望所述示例性實施方案被理解為包括所有這些改變和替換，只要它們落在所附權利要求書或其等價物的范圍內。