本發明涉及鋁合金熔煉領域，具體地說，涉及一種強剪切攪拌鋁合金熔體復合處理裝置和技術。

背景技術：

近年來全球汽車工業特別是中國汽車行業的迅猛發展帶動了汽車零部件制造業的發展，作為汽車關鍵性零部件的鋁合金輪轂也迎來了高速增長期。據中國車輪協會統計，2015年中國大陸鋁合金輪轂出口達7500萬件，金額達38.67億美元，出口量78.86萬噸，中國已成為世界鋁輪轂第一制造和出口大國。

鋁輪轂制造涉及鋁液熔化、鑄造、熱處理、機械加工、表面處理等多個環節，其中熔體處理是制造的第一個環節，對產品的外觀品相和力學性能影響非常大。目前，對鋁熔體處理方式，行業內一般采用在中轉包中將覆蓋劑撒在熔體表面，用鐘罩將精煉劑壓入鋁溶液中，然后再將以氮氣為載體采用旋轉噴吹方式進行精煉凈化，該方法雖可以消除鋁液中的部分氣體與氧化物夾渣物，但熔體中的原子氫與氧化物夾雜物處理不徹底，精煉凈化效果并不理想，處理過的鋁熔體經測氫檢驗一般密度為2.53～2.60g/cm²，該熔體質量狀況只適合生產普通輪轂，無法達到高品質輪轂機械性能和外觀的要求；特別是對于高合金化的熔體，由于更容易存在成分偏析、高熔點形核質點分布不均勻，以上處理方法對于成分、質點均勻分布處理效果有限，會使鑄件結晶凝固后晶粒粗大；因此，鋁輪轂行業技術研發人員需要研制更好的鋁熔體精煉處理裝置。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有對鋁合金熔體精煉處理過程所存在的不足，提供一種可實現鋁合金熔體潔凈化、細化與均勻化的復合處理裝置和技術，具體地說，是一種強剪切攪拌鋁合金熔體復合處理裝置和技術。

實現以上的技術方案是：一種強剪切攪拌鋁合金熔體復合處理裝置和技術，包括控制柜、導線、儲氣瓶、氣體流量控制閥、氣管、粉末儲存罐、升降系統驅動馬達、支撐桿、石墨轉子驅動馬達、石墨轉子、旋轉噴頭、刮渣板、中轉包。控制柜通過導線與升降系統驅動馬達以及石墨轉子驅動馬達相連接，控制支撐桿上下運動以及石墨轉子驅動馬達轉動；石墨轉子驅動馬達與石墨轉子安裝在支撐桿上，支撐桿與升降系統驅動馬達相連接；石墨轉子驅動馬達通過皮帶與石墨轉子相連接，驅動石墨轉子轉動對熔體進行剪切與攪拌；石墨轉子中間有直徑10-12mm的孔洞，為熔體處理過程氣流與所添加粉末的通道；石墨轉子與旋轉噴頭相連接，旋轉噴頭的底部有6個高度為15～20mm的凸臺，在每兩凸臺之間有寬度8～12mm、深度10～15mm的凹槽，其目的將氣流與所添加的粉末均勻分散，將較大的氣泡撞擊成較小的氣泡，提升熔體的凈化效果；儲氣瓶與粉末儲存罐通過氣管與石墨轉子連接，氣體流量控制閥控制儲氣瓶氣體的流出量，儲氣罐內的氣體為純度為99.99％的氮氣或氬氣，在儲氣瓶的壓力下通過氣流將粉末儲存罐內的粉末經石墨轉子攜帶到熔體內，再經旋轉噴頭在熔體內產生均勻細小的氣泡與分散的粉末，粉末儲存罐內的粉末為精煉劑與晶粒細化劑，精煉劑的成分為45％含量的KCl、35％含量的NaCl與20％Na₃AlF₆；細化劑的成分為K₂ZrF₆與KBF₄各占50％，這樣處理使溶劑中含一定量的冰晶石Na₃AlF₆可促進溶劑對氧化物的潤濕與吸附能力大大加強，伴隨氣泡在上浮過程將熔體內的原子氫與氧化物夾渣攜帶到熔體的表面，提高溶劑的凈化能力，細化劑K₂ZrF₆與KBF₄加入與熔融的鋁液發生化學反應：

3K₂ZrF₆+13Al→3ZrAl₃+4AlF₃+6KF

6KBF₄+3K₂ZrF₆+10Al→3ZrB₂+10AlF₃+12KF

可生成ZrAl₃與ZrB₂成為高熔點異質晶核質點，以該方式形成的ZrAl₃與ZrB₂在熔體內活性大、細化效果好，可促使ɑ枝晶更加細小，從而起到細化晶粒的作用；石墨轉子浸入熔體的部分呈左螺旋式螺牙，其螺牙深度10～15mm，螺距15～20mm，該結構在高速轉動過程對熔體起到強剪切作用，即對熔體內的初生相進行剪切，對高熔點的異質晶核質點剪切，對高密度微合金剪切，經該結構處理過的熔體結晶凝固后ɑ枝晶細小且均勻分布，共晶成分細小均布，鑄件不存在成分偏析；在石墨轉子的兩側安裝刮渣板，刮渣板的橫截面呈菱形，刮渣板的側面有對熔體內的大起泡撞擊成無數的小起泡的作用，增強熔體的凈化效果，刮渣板的棱角在石墨轉子高速旋轉過程帶動熔體轉動，對熔體也有剪切作用；使用時依據熔煉工藝要求，將1.5—2.5kgAl-Sr-RE中間合金加入中轉包，將鋁液加入預熱至暗紅色的中轉包內，鋁液500-800kg，表面均勻的撒上一層干燥的覆蓋劑1.0～1.5kg，將干燥的精煉劑1.0～1.5kg與干燥的晶粒細化劑1.0～1.5kg加入粉末儲存瓶內，將防護蓋旋緊，將石墨轉子通過升降系統驅動馬達向下移動到距中轉包底80～100mm處，在控制柜上設定精煉凈化時間10.0～15.0min,,設定氣體流量0.8～1.5m²/h,石墨轉子轉速600～800轉/分，精煉結束后將石墨轉子通過升降系統上移到一定高度，關閉氣體，進行扒渣，整個中轉包內復合處理結束。該裝置有利凈化鋁液中的氣體與夾渣，處理過程產生大量高度彌散的高熔點異質晶核質點，同時還具有對熔體攪拌與剪切效果，促進熔體內異質形核質點與高密度微量合金均勻分布，避免傳統工藝熔體處理不徹底、成分偏析與晶粒粗大等問題，經測氫檢驗該裝置處理的鋁液密度可達到2.65m/cm²，鑄件各部位ɑ枝晶細小且均勻分布，和傳統的精煉裝置相比，有更好的除氣凈化、細化和均勻化的效果。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明旋轉噴頭結構示意圖。

具體實施方式

一種強剪切攪拌鋁合金熔體復合處理裝置，包括控制柜1、導線2、儲氣瓶3、氣體流量控制閥4、氣管5、粉末儲存罐6、升降系統驅動馬達7、支撐桿8、石墨轉子驅動馬達9、石墨轉子10、旋轉噴頭11、刮渣板12、中轉包13；控制柜1通過導線2與升降系統驅動馬達7以及石墨轉子驅動馬達9相連接，控制支撐桿8上下運動以及石墨轉子驅動馬達9轉動；石墨轉子驅動馬達9與石墨轉子10安裝在支撐桿8上，支撐桿8與升降系統驅動馬達7相連接；石墨轉子驅動馬達9通過皮帶與石墨轉子10相連接，驅動石墨轉子轉動對熔體進行剪切與攪拌，石墨轉子中間有直徑10mm的孔洞，為氣流與粉末通道；石墨轉子與旋轉噴頭相連接，旋轉噴頭底部有6個高度為20mm凸臺，在每兩個凸臺之間有6條寬度12mm、深度10mm的凹槽；儲氣瓶與粉末儲存罐通過氣管與石墨轉子連接，儲氣罐內的氣體為純度為99.99％的氮氣，氣體流量控制閥控制儲氣瓶氣體的流出量，在儲氣瓶的壓力下通過氣流將精煉劑儲存罐內的精煉劑與細化劑經石墨轉子以及旋轉噴頭攜帶到熔體內；石墨轉子浸入熔體部分呈左螺旋式螺紋，其螺牙深度15mm、螺距20mm，在石墨轉子轉動過程對熔體起到強剪切作用，即對熔體內的初生相進行剪切，對高熔點的形核質點攪拌均勻，對高密度微合金攪拌均勻，經該結構處理過的熔體結晶凝固后ɑ枝晶細小且均勻分布，共晶成分細小均布，鑄件不存在成分偏析；石墨轉子的兩側的刮渣板安裝在支撐架上，刮渣板的橫截面呈菱形，刮渣板的側面對熔體內的起泡撞擊成無數的小起泡，增強熔體的凈化效果，刮渣板的棱角在石墨轉子高速旋轉過程帶動熔體轉動，對熔體也有剪切作用；使用時依據熔煉工藝要求，將2.5kgAl-Sr-RE中間合金加入800kg的中轉包，表面上均勻的撒上一層所占鋁液1.5kg干燥的覆蓋劑，將1.5kg干燥的精煉劑加入粉末儲存瓶內，同時加入1.0kg細化劑，將密封蓋旋緊，將石墨轉子通過升降系統驅動馬達向下移動到距中轉包底90mm處，在控制柜上設定精煉凈化時間10.0min,設定氣體流量1.2m²/h,石墨轉子轉速700轉/分，精煉結束后將石墨轉子通過升降系統上移到一定高度，關閉氣體，進行扒渣，整個中轉包內精煉凈化結束。經測氫檢驗該裝置處理的鋁液含氫量為0.06㎝³/100g、密度在2.65m/cm²，很好地凈化鋁液中的氣體與夾渣，同時促進熔體內異質形核質點與高密度微量合金均勻分布。