專利名稱：：用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使氣體散布到熔融金屬中，更具體地，涉及用于使細碎的氣泡均勻地散布到熔融金屬中的技術(shù)設(shè)備。
背景技術(shù)：
：在處理熔融金屬的過程中，有時需要用氣體來處理金屬。例如，為了去除諸如氫氣、非金屬摻雜物、以及堿金屬的不需要的組分，通常將諸如氮和氬的生產(chǎn)氣體(processgas)導(dǎo)入到熔融鋁和熔融鋁合金中。加入熔融金屬中的生產(chǎn)氣體與不需要的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以將這些不需要的組分轉(zhuǎn)化成能夠容易地與剩余的熔融金屬區(qū)分開的形式(諸如沉淀物或渣滓)。為了達到最佳效果，有必要使生產(chǎn)氣體與不需要的組分有效化合。這種效果要求氣體散布在盡可能小的氣泡中，并且要求氣泡均勻地分布在熔融金屬中。當需要去除氬氣時，生產(chǎn)氣體氣泡允許氫原子擴散到氣泡中并且形成氫分子。然后氣泡上升至氫能夠^皮釋^:到大氣或渣滓相(drossphase)或熔劑覆蓋層中的表面。如本文中所使用的，所提及的"熔融金屬"應(yīng)被理解成表示受氣體凈化作用的任何金屬，諸如鋁、銅、鐵及其合金。而且，術(shù)語"氣體，，應(yīng)被理解成表示對與其相混合的熔融金屬有凈化作用的任何氣體或氣體的混合物，包括氬、氮、氯、氟里昂等。迄今為止，都是由諸如噴頭的固定件或者由多孔擴散消聲器通過噴射使氣體與熔融金屬相混合。這種技術(shù)存在可能出現(xiàn)氣體沒有充分地散布到熔融金屬中的缺陷。為了使氣體充分地散步到熔融金屬中，通常使用旋轉(zhuǎn)式噴射器，該旋轉(zhuǎn)式噴射器提供了對氣泡的剪切作用并且表示攪動/混合生產(chǎn)氣體與液態(tài)金屬。盡管存在組合旋轉(zhuǎn)式/噴射式的裝置，但仍然存在一定問題。組合式裝置通常表現(xiàn)出較弱的混合作用。有時出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象或者引起圍繞其中裝有熔融金屬的容器的內(nèi)部運動的渦流。通常，這些裝置散布得氣泡太大或者氣泡沒有均勻地分布在熔融金屬中。一種已知現(xiàn)有裝置的一個問題是其使用具有可能被渣滓或異物堵塞的通道的推進器。大多數(shù)現(xiàn)有裝置都是很昂貴的、復(fù)雜的，并且僅可用于一類熔融金屬精煉系統(tǒng)。經(jīng)常遇到的其他問題是由于氧化、腐蝕、或者機械強度不夠而導(dǎo)致裝置的使用壽命較短。后面這些利害關(guān)系在鋁的情況下尤其麻煩，因為旋轉(zhuǎn)式/噴射式裝置通常由石墨制成，而石墨經(jīng)受正在進行的氧化并且被熔融鋁腐蝕掉。因此，起初執(zhí)行得很好的裝置通常很快被氧化并腐蝕掉，從而使它們的混合效率及氣體散布效率迅速降低；在嚴重的情況下，可能出現(xiàn)完全的機械故障。本文中所公開的特殊推進器被證實是非常有效的。該推進器呈具有鋒利的角及多個凹槽的長方形棱柱體的形式，其提供了特別有效的混合作用。
發(fā)明內(nèi)容在第一實施例中，一種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器包4舌具有頂面和底面以及四個側(cè)壁的長方形棱柱體本體。該本體具7有穿過頂面和底面延伸的開口，并且圍繞頂面上的開口限定出4侖聾殳。推進器還包括從4侖轂徑向向外延伸的多個細長凹槽。每個凹槽都具有與凹槽的最大尺寸平行的縱向軸線。每個凹槽都設(shè)置在頂面上，并且縱向軸線與開口的半徑共線。根據(jù)另一個實施例，一種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器包括推進器本體，該推進器本體包括第一面；與第一面隔開的第二面；在第一面與第二面之間延伸的側(cè)壁；以及在第一面與第二面之間延伸穿過本體的開口。推進器還包括從第一面朝向第二面延伸到本體內(nèi)且終止于第二面上方的多個凹槽。每個凹槽都乂人推進器本體的中心部分延伸至側(cè)壁。每個側(cè)壁都與至少兩個凹槽相交。根據(jù)另一個實施例，一種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器包>^:第一面；與第一面隔開的第二面；在第一面和第二面之間延伸的側(cè)壁；以及在第一面與第二面之間延伸穿過本體的開口。推進器還包括從第一面朝向第二面延伸到本體內(nèi)且終止于第二面上方的多個凹槽，并且沿著每個凹槽的最長尺寸限定出對稱軸。每個凹槽的橫截面面積沿著對稱軸線的大部分基本不變。圖1是裝有熔融金屬的容器的橫截面圖，氣體散布裝置已浸入其中；圖2是圖l的散布裝置的放大圖，所示推進器和軸是分開的關(guān)系；圖3是圖2的推進器的透視圖4-圖14是測試的其他推進器的視圖(圖4和圖6是平面圖，剩余的是透視圖)；圖15是描繪了對于90標準立方英尺/小時圖3-圖14中所示推進器所需的最小速度(RPM)的圖表；以及圖16是描繪了圖3-圖14中所示推進器的氧去除的相關(guān)等級的圖表；具體實施例方式本申請結(jié)合參考第4，898，367號美國專利和第5,143,357號美國專利。本發(fā)明涉及一種更有效的推進器。裝置10能夠用在各種環(huán)境中，在此將描述一個典型的裝置。參考圖1-圖3,—種根據(jù)本發(fā)明的噴氣裝置大體上由參考標號IO表示。裝置10適于浸入到裝有熔融金屬12的容器14中。容器14設(shè)有可拆裝的蓋16,以防止過多的熱量從熔融金屬12的上表面損失。容器14能夠祐沒置成各種形狀，諸如立方形或圓柱形。為了本描述，容器14將^皮描述為圓柱形，其內(nèi)徑由圖1中的字母D表示。對于非圓柱形的應(yīng)用，字母D將標識出限定容器14的平均內(nèi)徑的尺寸。裝置10包4舌推進器20和軸40。推進器20和軸40通常由石墨制成，尤其是如果被處理的熔融金屬是鋁。如果使用石墨，則優(yōu)選地應(yīng)該纟皮鍍層或者通過其他處理來抗氧化和抗腐蝕。對石墨部分的氧化和腐蝕處理在商業(yè)上已實踐過，并且能夠從諸如俄亥俄州、才Jd侖市、才及光3各31935、郵編44139的MetaullicsSystems的來源處得到。如圖1中所示，軸40是一細長件，其剛性地連接至推進器20并且通過i殳置在蓋16中的開口22延伸到容器14外。如圖3中所示，推進器20呈具有頂面24、底面26、以及側(cè)壁28、30、32、34的長9方形棱柱體的形式。推進器20包括穿過底面26開口的排氣口(gasdischargeoutlet)36。在優(yōu)選實施例中，排氣口36(圖1)組成螺紋開口38的一部分，該螺紋開口穿過推進器20延伸，并且其穿過頂面24和底面26開口。如同側(cè)壁28、32和側(cè)壁30、34,面24、26近似地4皮此平行。面24、26以及側(cè)壁28、30、32、34都是平面，這些平面限定出《奪利的、成直角的角39。如圖2和圖3中所示，側(cè)壁30、34具有由字母A標識出的寬度，而側(cè)壁28、32具有由字母B標識出的深度。推進器20的高度，即，頂面24與底面26之間的距離由字母C表示。優(yōu)選地，尺寸A近似地等于尺寸B,并且尺寸C近似地等于尺寸A的三分之一。與上述尺寸存在偏差也是可行的，但是當尺寸A與尺寸B彼此近似相等(推進器20在平面圖中是正方形的)時，并且當角39是鋒利的且近似成直角時，將獲得最佳性能。而且，角39應(yīng)該在底面26上方近似垂直于底面26延伸至少一段較短距離。如所示的，角39近似垂直于底面26直至它們與頂面24相交。盡管不希望，但是有可能頂面24會大于或小于底面26,或者頂面24相對于底面26會歪斜；在任何一種情況下，角39都不會近似垂直于底面26。當角39嚴格垂直于底面26時獲得最佳性能。還有可能推進器20在平面圖中是三角形的、五邊形的、或者多邊形的，但是認為除長方形、正方形棱柱體以外的任何形狀都表現(xiàn)出降低了剪切氣泡和混合氣泡的性能。如果有可能，尺寸A、B、和C還應(yīng)當與容器14的尺寸有關(guān)。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當推進器20位于容器14內(nèi)的中心并且尺寸A與D之比在l:6至1:8的范圍內(nèi)時，推進器20執(zhí)行得最好。盡管推進器20會在幾乎4壬4可尺寸或形狀的容器14中充分運作，<旦是前述關(guān)系是優(yōu)選的。推進器20還具有延伸穿過推進器20的頂面24及底面26的中心延伸的螺紋開口38。推進器20還包含中心部分或輪轂50，其在頂面的中心構(gòu)成頂面24的一部分。乂人4侖轂50徑向向外地延伸有多個凹沖曹52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74。凹槽52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74^殳置在頂面24上。凹槽52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74中的每個都包括一對相對的平行側(cè)壁76。每個凹槽都從輪轂延伸至相應(yīng)的側(cè)壁，并且相應(yīng)的凹槽在側(cè)壁上開口。在所述實施例中，每個側(cè)壁者卩與三個凹纟曹相交。^口乂人乂于圖3的分4斤中顯而易見的，凹槽52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74/人頂面24延4中至4偉進器20的本體內(nèi)，并且這些凹槽具有與頂面和底面26隔開且大致與之平行的下表面。凹槽52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74相對于彼此以大致相等的角度設(shè)置，即，任何給定凹槽都等距離地設(shè)置在相^卩凹沖曹之間。J:匕夕卜，凹沖曹52、54、56、58、60、62、64、66、68、70、72、74包括縱向軸線L(其也是對稱軸線)，這些縱向軸線4皮此成一條直線并且從一側(cè)延伸至相對一側(cè)(兩個凹槽一條軸線，每個凹沖曹^f立于螺紋開口38的相對一側(cè))。纟從向軸線L平4于于每個凹沖曹的最大尺寸并且與螺紋開口38的半徑共線(即，穿過螺紋開口的中心延伸)。每個凹槽的最外端(遠端)的垂直于縱向軸線的橫截面都大致是正方形或長方形的。每個凹槽在其最內(nèi)端(近端)都凈皮倒圓。垂直于縱向軸線的橫截面面積從凹槽的遠端至倒圓的近端起始處保持不變。橫截面面積在大于縱向軸線長度的大部分上保持不變?；剡^來參考圖2，軸40包含細長的圓柱形中心部分42，螺紋上端44和下端46乂人該中心部分伸出。軸40包含主從向延伸的孔48,其穿過螺纟丈部分44、46的端部開口。軸40可以由石墨線材坯(rodstock)加工成，或者由商業(yè)上可獲得的熔劑管或噴氣管、僅通過在管的每端加工出螺紋而制成。一種典型的適用于本發(fā)明的熔劑管具有2.875英寸的外徑、0.75英寸的孔徑、以及取決于容器的深度的長度。如圖中所示，下端46被旋擰到形成在輪轂50的開口38中，直到圓柱形部分42所限定的臺肩4妄合頂面24。^吏用粗牙螺紋(2.5-4英寸螺距，通用命名標準)便于制造和組裝。如果需要，軸40可通過不同于螺紋連接的技術(shù)剛性地連接至推進器，諸如，如果需要，強化連接的膠合或釘住。螺紋端44連4妄至^:轉(zhuǎn)驅(qū)動;f幾構(gòu)(未示出)，并且孔48連"l姿至氣體源(未示出)。當將推進器20浸入到熔融金屬中并且通過孔48抽吸氣體時，氣體將通過開口36以大氣泡的形式排出，這些大氣泡沿著底面26向外流動。當軸40旋轉(zhuǎn)時，將使推進器20旋轉(zhuǎn)。假設(shè)氣體具有比熔融金屬低的比重，隨著氣泡離開側(cè)壁28、30、32、34的下邊緣，它們將上升。最后，氣泡將接觸鋒利的角39。氣泡將被剪切成細石爭的氣泡，這些氣泡將^皮向外拋出并且完全與在容器14中攪拌的熔融金屬12混合。在熔融金屬12是鋁并且處理氣體是氮或氬的特定情況下，軸40應(yīng)該在每分鐘200-400轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。因為有四個角39，故每分鐘剪切邊緣將有800-1600轉(zhuǎn)。通過使用根據(jù)本發(fā)明的裝置，大量細碎氣泡形式的氣體能夠被抽吸到熔融金屬12中，并且如此抽吸的氣體借助于本發(fā)明的推進器將具有較長的氣泡停留時間。裝置10能夠以1至2立方英尺/分(cfm)的標稱流速流暢地抽吸氣體而不會堵塞。裝置10在散步氣體以及使氣體與熔融金屬12混合方面是非常有效的。本發(fā)明是非常廉價且易于制造的，并適用于所有類型的熔融金屬旋轉(zhuǎn)精煉系統(tǒng)。裝置10不需要精確加工、復(fù)雜的零件，因此它具有更好的抗氧化性和抗腐蝕性、以及提高的機械強度，所有這些都提供了更長的使用壽命。因為推進器20和軸40對于熔融金屬12呈現(xiàn)固體表面，所以沒有可以被渣滓或異物阻塞的孔或者通道。當裝置IO被用作氣體散布器的時候，希望將推進器20放置得相對靠近其中設(shè)置有裝置10的容器的底部。盡管以具有一定禾呈度特殊性的優(yōu)選形式描述了本發(fā)明，4旦應(yīng)該理解的是，對優(yōu)選實施例的y^開但J又是通過實例的方式，并且在不背離如下文中所要求的本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍的情況下可以做出各種改變。旨在使本專利被所附權(quán)利要求中的恰當表述所覆蓋，而實例部分執(zhí)行下列測試條件水箱48〃x48〃x31〃轉(zhuǎn)子與i也面^f呆持4"氧傳感器用于測量損耗每次測試后抽回空氣，以4吏氧含量具有相同的起始點氮用于在除氣(degas)期間取代氧標準條件RPM:250、325、400流速(scfh):30、60、90<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>上述結(jié)果表明已知的"改進之星，，轉(zhuǎn)子的卓越性能。轉(zhuǎn)子如圖3所示。因為水與鋁流體之間的"動態(tài)相似性"，即，它們具有相似的運動粘度，故熔融鋁的除氣效率趨勢將遵循水模型中氧損耗所顯示的結(jié)果，即，期望轉(zhuǎn)子按照同一關(guān)于彼此的比較結(jié)果運作。已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了示例性實施例。顯然，在閱讀和理解了前面的詳細描述后，其^也人可以估文出《奮改和改動。旨在當這些l'務(wù)改和改動落入所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)時，這些示例性實施例被認為是包括所有這些^奮改和改動。權(quán)利要求1.一種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器，所述推進器包括具有頂面和底面以及四個側(cè)壁的長方形棱柱體本體，所述本體具有穿過所述頂面和底面延伸的開口，并且所述本體圍繞所述頂面上的開口限定出輪轂，所述推進器還包含從所述輪轂徑向向外延伸的多個細長凹槽，每個凹槽都具有平行于所述凹槽的最大尺寸的縱向軸線，每個凹槽都設(shè)置在所述頂面上，并且所述縱向軸線與所述開口的半徑共線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所迷的推進器,線與所述開口的直徑成一直線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所迷的推進器,隔設(shè)置在相鄰凹槽之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所迷的推進器，少五個凹才曹。5.6.根據(jù)權(quán)利要求1所迷的推進器,所述開口的半徑成一直線。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進器,其中，至少兩個凹槽的縱向軸其中，每個E7槽都等角度地間其中，所述推進器本體包括至其中，所述推進器本體包括至其中，每個凹槽的皇從向軸線與其中，所述開口是帶螺紋的。根據(jù)權(quán)利要求4所迷的推進器，少12個凹才曹。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進器，其中，每個凹槽的垂直于所述縱向軸線的橫截面面積沿著所述縱向軸線的大部分基本不變。9.在組合時，細長的可旋轉(zhuǎn)軸連接至權(quán)利要求1所述的推進器，所述軸從所述推進器的頂面伸出并且具有第一端和第二端，所述第一端一皮構(gòu)造成連接至相關(guān)的氣體源，而所述第二端被接收在所述推進器中的開口內(nèi)，所述軸具有縱向延伸的孔，以便與所述推進器中的開口液體連通，從而使待散布到熔融金屬中的氣體能夠通過所述軸傳送，并且沿著所述推進器的底面?zhèn)魉偷剿鐾七M器外。10.—種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器，所述推進器包括推進器本體，所述本體包括第一面；與所述第一面隔開的第二面；在所述第一面與所述第二面之間延伸的側(cè)壁；以及在所述第一面與所述第二面之間延伸穿過所述本體的開口，所述4#進器還包含從所述第一面朝向所述第二面延伸到所述本體內(nèi)且終止于所述第二面上方的多個凹槽，每個凹槽都乂人所述推進器本體的中心部分延伸到側(cè)壁，其中每個側(cè)壁都與至少兩個凹槽相交。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進器，其中，所述本體具有長方形棱柱體的形狀。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進器，其中，每個側(cè)壁都與至少三個凹4曹相交。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進器，其中，每個側(cè)壁都與具有垂直于所述側(cè)壁的對稱軸線的凹4曹相交。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進器，其中，所述第一面平行于所述第二面。15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的推進器，其中，每個凹槽都包括對稱軸線以及沿著所述對稱軸線的大部分基本不變的橫截面面積。16.在組合時，細長的可旋轉(zhuǎn)軸連接至權(quán)利要求10所述的推進器，所述軸/人所述推進器的頂面伸出并且具有第一端和第二端，所述第一端^皮構(gòu)造成連接至相關(guān)的氣體源，而所述第二端被接收在所述推進器中的開口內(nèi)，所述軸具有縱向延伸的孔，以便與所述推進器中的開口液體連通，從而使待散布到熔融金屬中的氣體能夠通過所述軸傳送，并且沿著所述推進器的底面?zhèn)魉偷剿鐾七M器外。17.—種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器，所述推進器包括推進器本體，所述本體包括第一面；與所述第一面隔開的第二面；在所述第一面與所述第二面之間延伸的側(cè)壁；以及在所述第一面與所述第二面之間延伸穿過所述本體的開口，所述推進器還包含從所述第一面朝向所述第二面延伸到所述本體內(nèi)且終止于所述第二面上方的多個凹槽，每個凹槽都乂人所述推進器本體的中心部分延伸到側(cè)壁，并且沿著每個凹槽的最長尺寸限定出對稱軸線，每個凹槽的才黃截面面積沿著所述對稱軸線的大部分基本不變。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的推進器，其中，每個凹槽都具有封閉的近端和敞開的遠端，所述近端呈卩瓜形。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的推進器，其中，每個側(cè)壁與至少兩個凹槽相交。20.在組合時，細長的可旋轉(zhuǎn)軸連接至權(quán)利要求17所述的推進器，所述軸從所述推進器的頂面伸出并且具有第一端和第二端，所述第一端被構(gòu)造成連接至相關(guān)的氣體源，而所述第二端被接收在所述推進器中的開口內(nèi)，所述軸具有縱向延伸的孔，以便與所述推進器中的開口液體連通，從而使待散布到熔融金屬中的氣體能夠通過所述軸傳送，并且沿著所述推進器的底面?zhèn)魉偷剿鐾七M器外。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于使氣體散布到熔融金屬中的推進器，該推進器包含具有頂面和底面以及四個側(cè)壁的長方形棱柱體本體。本體具有通過頂面和底面延伸的開口，并且圍繞頂面的開口限定出輪轂。該推進器還包括從輪轂徑向向外延伸的多個細長凹槽。文檔編號C22B9/05GK101490287SQ200780026607公開日2009年7月22日申請日期2007年7月13日優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日發(fā)明者倫納德·D·盧茨,戴維·內(nèi)夫,理查德·S·亨德森,詹姆斯·格雷森申請人:派瑞泰克有限公司