用于灌注熔融金屬的裝置和方法
【專(zhuān)利摘要】描述了有效灌注非導(dǎo)電性過(guò)濾器用于從液體金屬移除固體夾雜物的裝置和方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，陶瓷過(guò)濾器介質(zhì)被低頻感應(yīng)線(xiàn)圈(1－60Hz)圍繞，該感應(yīng)線(xiàn)圈的軸線(xiàn)與凈金屬流的方向?qū)?zhǔn)。放置線(xiàn)圈以增強(qiáng)過(guò)濾器元件上或過(guò)濾器元件的孔隙中凝結(jié)的任何金屬的加熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，放置線(xiàn)圈以產(chǎn)生洛倫茲力，該洛倫茲力起到引起加熱的金屬?zèng)_擊過(guò)濾器元件上表面的作用，從而增強(qiáng)灌注作用。一旦灌注了配備有這樣的線(xiàn)圈的過(guò)濾器，其就可保持為熱的或被再加熱并在幾個(gè)分批放液工序期間被再利用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于灌注熔融金屬的裝置和方法
[0001] 本申請(qǐng)要求2012年4月27日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/639, 196的優(yōu)先權(quán)，通 過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及用于從液體金屬移除固體夾雜物的過(guò)濾器灌注。本文公開(kāi)的是用于灌 注熔融金屬過(guò)濾器的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 陶瓷過(guò)濾器和通常地多孔陶瓷過(guò)濾器（CFF)對(duì)于凈化液體金屬是目前可用的，例 如美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3, 893, 917中公開(kāi)的。最經(jīng)常地這涉及從液體金屬例如鋼和鋁移除固體夾雜 物。如果在凝固之前沒(méi)有被移除，這些固體夾雜物可導(dǎo)致最終金屬產(chǎn)品中的物理缺陷。
[0004] 為了最有效地使用過(guò)濾器介質(zhì)，必須用液體金屬完全填充過(guò)濾器的開(kāi)口孔隙。用 液體金屬完全填充過(guò)濾器改進(jìn)了過(guò)濾器介質(zhì)表面的潤(rùn)濕，從而促進(jìn)固體夾雜物的收集。待 解決的問(wèn)題是不完全的灌注導(dǎo)致過(guò)濾器的活性部分中局部較高的液體速度、較高的操作壓 力降或較低的總體液體金屬生產(chǎn)率連同對(duì)固體夾雜物較低的收集效率。
[0005] 通常的做法是將具有墊圈材料的多孔陶瓷過(guò)濾器放置在過(guò)濾設(shè)備或"杯"中，使得 金屬高度在過(guò)濾器上方積累并且被重力迫入和通過(guò)過(guò)濾器介質(zhì)。隨后通過(guò)深度或?yàn)V床式過(guò) 濾機(jī)構(gòu)移除夾雜物。這些陶瓷過(guò)濾器差的潤(rùn)濕特性和需要移除包含在孔隙內(nèi)的空氣經(jīng)常導(dǎo) 致困難，特別是在過(guò)濾操作開(kāi)始時(shí)。
[0006] 灌注在過(guò)濾中的重要性公開(kāi)于多個(gè)專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)中，例如美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 4, 872, 908,其中Enright，P. G.等人詳細(xì)描述了灌注的定義和作用并且還給出了當(dāng)使用 用于30PPI過(guò)濾器的LiMCA移除20微米顆粒（一 13. 4和54. 8%之間）時(shí)的具體效率數(shù) 據(jù)。過(guò)濾效率的大范圍可部分歸因于灌注對(duì)過(guò)濾器性能的影響。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4, 081，371， Yarwood，J. C.等人描述了從多孔陶瓷過(guò)濾器內(nèi)移除氣泡的需要和金屬靜力學(xué)頭和過(guò)濾器 角度對(duì)灌注的作用。通常來(lái)說(shuō)，較高的總體壓力（來(lái)自金屬靜力學(xué)頭或其它裝置）改進(jìn)灌 注效率。在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/867, 144中，Quackenbush, M.S.公開(kāi)了一種過(guò)濾器介質(zhì)，沒(méi)有 施加機(jī)械力來(lái)支持空氣泡釋放，用于釋放被捕獲的空氣泡以確保過(guò)濾器介質(zhì)較容易和更完 全的灌注的目的。
[0007] 在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7, 666, 248中，Belly, L.等人公開(kāi)了使用真空系統(tǒng)以產(chǎn)生約6kPa 或約25cm的鋁液體頭當(dāng)量的額外壓力梯度的方法，用于增加有效的灌注壓力以確保對(duì)于 具有2. 5 - 7. 6cm的厚度和150 - 500微米的低平均孔隙或"窗口"尺寸的多孔陶瓷過(guò)濾 器（其通常為具有60或更多PPI的過(guò)濾器）的充分灌注的明確目的。這些過(guò)濾器另外需 要大量的金屬靜力學(xué)頭（從槽底部到過(guò)濾器頂部的垂直距離）以確保充分的灌注。Belley 等人還公開(kāi)了用于多孔陶瓷過(guò)濾器的灌注頭的通常范圍為約20 - 80cm。較高的值與較高 的孔隙密度和較小的窗口尺寸相關(guān)，并且對(duì)于在存在的鑄造操作下實(shí)施經(jīng)常是不實(shí)際的。
[0008] 通常預(yù)熱過(guò)濾器以嘗試改進(jìn)金屬到過(guò)濾器介質(zhì)中的流動(dòng)，和因此對(duì)于在過(guò)濾器上 方固定金屬高度的灌注效率。在沒(méi)有局部過(guò)熱下在獲得均勻加熱方面經(jīng)常遇到困難，而局 部過(guò)熱可導(dǎo)致過(guò)濾器介質(zhì)的熱損壞。這使得難以確保整個(gè)過(guò)濾器區(qū)域?qū)τ谕ㄟ^(guò)液體金屬將 是可用的。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4, 834, 876中，Walker，N.G.請(qǐng)求保護(hù)一種方法，通過(guò)該方法使非 傳導(dǎo)性陶瓷過(guò)濾器導(dǎo)電：通過(guò)用導(dǎo)電物質(zhì)例如鎳涂覆過(guò)濾器介質(zhì)顆粒或通過(guò)使用導(dǎo)電性材 料例如碳化娃來(lái)構(gòu)造過(guò)濾器介質(zhì)。通過(guò)使電流通過(guò)介質(zhì)或通過(guò)用感應(yīng)線(xiàn)圈圍繞過(guò)濾器以誘 發(fā)渦流，由于電阻（I 2R)損耗可導(dǎo)致介質(zhì)自加熱，從而確保預(yù)熱和完全灌注。
[0009] 在Calogero, C.等人的美國(guó)專(zhuān)利4, 837, 385中提出了涉及使用低頻感應(yīng)線(xiàn)圈和多 孔陶瓷過(guò)濾器元件的方法。在該方法中，提出了多種不同的裝置，由此可產(chǎn)生交叉的電流 和磁場(chǎng)，這會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力。這些方法中的一些涉及使用電極和所謂的"注射電流"，該"注 射電流"是不需要的，因?yàn)殡姌O是對(duì)正在被過(guò)濾的液體金屬的污染的潛在來(lái)源。Calogero 等人公開(kāi)的方法下的理論是洛倫茲力會(huì)優(yōu)選作用于金屬而不是夾雜物，從而引起夾雜物遷 移和夾雜物被過(guò)濾器介質(zhì)的壁攔截。沒(méi)有公開(kāi)磁場(chǎng)對(duì)過(guò)濾器介質(zhì)的灌注的影響。此外，由 Calogero描述的機(jī)制取決于在磁場(chǎng)和洛倫茲力場(chǎng)中不存在任何明顯的渦流或旋渦。然而， 如美國(guó)專(zhuān)利4, 909, 836中公開(kāi)的，當(dāng)使用具有恒定螺距的正常感應(yīng)線(xiàn)圈作為交叉電流和磁 場(chǎng)的來(lái)源時(shí)，旋渦通常存在于這些場(chǎng)中。本發(fā)明的一個(gè)方面使用感應(yīng)線(xiàn)圈以避免液體金屬 的直接接觸和污染。使用標(biāo)準(zhǔn)的恒定螺距感應(yīng)線(xiàn)圈。本發(fā)明人很好地意識(shí)到通過(guò)這樣的感 應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁和洛倫茲力中的旋渦并且因此設(shè)計(jì)了最有利地利用旋渦的方法，以便將金 屬壓入過(guò)濾器介質(zhì)中，從而用低的金屬靜力學(xué)頭實(shí)現(xiàn)較好程度的灌注。
[0010] 定義
[0011] 如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)"灌注"是指過(guò)濾器（例如多孔陶瓷過(guò)濾器）的開(kāi)口孔隙結(jié) 構(gòu)中包含的空氣的置換和過(guò)濾器介質(zhì)對(duì)液體金屬潤(rùn)濕的改進(jìn)，因而使最大的體積和內(nèi)表面 積對(duì)于通過(guò)流和收集顆粒是可用的。
[0012] 如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)"夾雜物"是指對(duì)于液體金屬具有大于該金屬的熔點(diǎn)的任何 污染物，并且因此在加工溫度下為固體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的各個(gè)方面涉及：（1)灌注方法，不使用外部施加的真空或氣體壓力，通過(guò) 施加低頻感應(yīng)線(xiàn)圈（1 一 60HZ)以確保非導(dǎo)電性過(guò)濾器元件的完全灌注；(2)灌注方法，以 改進(jìn)具有小"窗口"尺寸的多孔陶瓷過(guò)濾器（例如那些通常為50 - 80PPI商業(yè)多孔陶瓷 過(guò)濾器）的灌注和隨后的操作，以便以較高的效率操作并且產(chǎn)生含有較少夾雜物的金屬產(chǎn) 品；（3)灌注方法，其允許灌注比傳統(tǒng)多孔陶瓷過(guò)濾器更厚的過(guò)濾器或傳統(tǒng)過(guò)濾器的堆疊 體；和（4) 一種裝置，其允許包括先前使用過(guò)的過(guò)濾器介質(zhì)的過(guò)濾器介質(zhì)保持為熱的或被 再加熱和隨后再利用持續(xù)多于一個(gè)鑄造循環(huán)。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施方案中，用于灌注過(guò)濾器的裝置包括配置成接收液體金屬流的過(guò)濾器 元件；圍繞過(guò)濾器元件并配置成產(chǎn)生磁場(chǎng)的感應(yīng)線(xiàn)圈，該感應(yīng)線(xiàn)圈的軸線(xiàn)與液體金屬流的 引入方向基本上對(duì)準(zhǔn)；配置成向過(guò)濾器元件外周提供安全圍欄的墊圈；和容納感應(yīng)線(xiàn)圈并 分隔感應(yīng)線(xiàn)圈與液體金屬流的分隔體。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施方案中，圍繞并且非常接近陶瓷過(guò)濾器介質(zhì)例如多孔陶瓷過(guò)濾器元件 或所述過(guò)濾器元件的堆疊體放置低頻感應(yīng)線(xiàn)圈。磁場(chǎng)的存在允許比約50mm的常規(guī)工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)更厚的過(guò)濾器的灌注?？稍试S的總厚度由感應(yīng)線(xiàn)圈的安裝長(zhǎng)度確定。
[0016] 假如在灌注期間使通道對(duì)于氣體離開(kāi)是可用的，線(xiàn)圈和過(guò)濾器元件的取向可為堅(jiān) 直或水平的。
[0017] 感應(yīng)線(xiàn)圈的電導(dǎo)體可具有許多不同的形狀。例如，扁圓形、管形、矩形或正方形。不 像傳統(tǒng)的感應(yīng)爐線(xiàn)圈，不需要構(gòu)造本發(fā)明的線(xiàn)圈用于低電阻，因?yàn)樗鼈儾挥米鲋饕荚谟?效電熔化的設(shè)備的部分。因此，可有利地使用較高的電流密度（例如50A/mm 2相對(duì)于1 一 10A/mm2的通常值），導(dǎo)致成比例更小直徑的導(dǎo)體，其可在給定的線(xiàn)圈高度下提供更多阻，并 且磁場(chǎng)強(qiáng)度相應(yīng)地增加。還可有利地使用單層、雙層或更多層的線(xiàn)圈以在過(guò)濾器介質(zhì)的高 度內(nèi)實(shí)現(xiàn)甚至更高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。還可使用多于3層的感應(yīng)線(xiàn)圈，但是額外的磁場(chǎng)強(qiáng)度的益 處減少。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)濾器介質(zhì)基本上是水平的并且被感應(yīng)線(xiàn)圈圍繞。放置感應(yīng) 線(xiàn)圈以在過(guò)濾器元件的上表面上方延伸，其將過(guò)濾器頂部置于高縱向磁通密度的區(qū)域內(nèi)。 磁場(chǎng)的通量密度在線(xiàn)圈的全部高度內(nèi)非常強(qiáng)，但是在線(xiàn)圈的最后一匝后快速消散。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)方面特征在于澆注至過(guò)濾器上至少與線(xiàn)圈頂部一樣高的金屬。在 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，金屬大體上高于線(xiàn)圈頂部以防止明顯的金屬?gòu)澰旅娴男纬桑⑶?減少金屬在灌注期間氧化的可能性。線(xiàn)圈的磁場(chǎng)在位于過(guò)濾器介質(zhì)上的金屬中誘發(fā)渦流， 其與線(xiàn)圈的強(qiáng)磁場(chǎng)相互作用以產(chǎn)生強(qiáng)大的洛倫茲力。通過(guò)在線(xiàn)圈激勵(lì)電流中使用低的交變 頻率來(lái)增強(qiáng)可產(chǎn)生這些力的深度。具有大寬度的過(guò)濾器元件將需要使用較低頻率以實(shí)現(xiàn)與 較小寬度過(guò)濾器類(lèi)似的結(jié)果。
[0020] 線(xiàn)圈的加熱效率隨著頻率而增加。在本發(fā)明的一個(gè)方面，線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu) 選為1 一 60Hz，并且更優(yōu)選50 - 60Hz。該頻率范圍提供了攪拌和加熱的優(yōu)化組合。如果 需要較高程度的加熱以重熔在先前使用過(guò)的過(guò)濾器介質(zhì)中凝結(jié)的金屬，那么可任選使用較 高的頻率。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，選擇圓形過(guò)濾器的半徑或者矩形或正方形過(guò)濾器的寬 度，使得可利用50或60Hz的標(biāo)準(zhǔn)電行頻（electrical line frequency)以提供優(yōu)化的有 益效果。
[0021] 在不偏離本發(fā)明的目的下，線(xiàn)圈和過(guò)濾器裝置的截面可為圓形、正方形或矩形。矩 形形狀具有優(yōu)點(diǎn)：可使總的過(guò)濾器區(qū)域最大化，同時(shí)使得必須讓磁場(chǎng)穿透的寬度最小化。矩 形形狀可消除使用低于行頻（50或60Hz)的頻率（其中昂貴的固態(tài)電源變成必要的）的需 要。
[0022] 洛倫茲力首先僅在金屬中產(chǎn)生而不在非導(dǎo)電性過(guò)濾器介質(zhì)中產(chǎn)生。因此，大的初 始旋渦存在于洛倫茲力場(chǎng)中，這引起金屬的旋轉(zhuǎn)和過(guò)濾器元件表面上的沖擊。正是沖擊金 屬的動(dòng)量迫使金屬進(jìn)入過(guò)濾器中。
[0023] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在過(guò)濾器介質(zhì)內(nèi)通過(guò)陶瓷基體的存在將電流流動(dòng)抑制到令人驚訝的 程度。因此，與在過(guò)濾器上方或下方的金屬中相比，更少的電流在過(guò)濾器內(nèi)流動(dòng)，因而降低 洛倫茲力的數(shù)值。過(guò)濾器中降低的有效導(dǎo)電性確保了洛倫茲力中大量的旋渦持續(xù)存在直到 并且通過(guò)完全過(guò)濾器灌注的點(diǎn)。結(jié)果是迫使金屬進(jìn)入并通過(guò)過(guò)濾器介質(zhì)。較高孔隙密度的 過(guò)濾器，例如50和80PPI，具有增加的電阻，其增加洛倫茲力中的旋渦并且提供增加的驅(qū)動(dòng) 力來(lái)灌注這些"較緊密"的過(guò)濾器元件。
[0024] 如果不預(yù)熱過(guò)濾器介質(zhì)，那么液體金屬將首先在過(guò)濾器介質(zhì)的表面上凝結(jié)?？紤] 到在相同溫度下固體金屬具有比液體金屬顯著更高的電導(dǎo)率（對(duì)于鋁約為兩倍），固體將 優(yōu)選傳導(dǎo)電流，而與此同時(shí)受到快速流動(dòng)的液體金屬?zèng)_擊。被迫使保持靜止并且在感應(yīng)器 的高度內(nèi)，其將經(jīng)歷持續(xù)的加熱直至其液化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)常規(guī)手段預(yù)熱 過(guò)濾器元件來(lái)降低熱應(yīng)力以便防止開(kāi)裂。然而，預(yù)熱不是對(duì)于灌注、甚至對(duì)于非常緊密的 80PPI過(guò)濾器元件的要求。
[0025] -旦過(guò)濾器介質(zhì)基本上用金屬填充，就可停止線(xiàn)圈的激勵(lì)。此后，可使用常規(guī)的鑄 造工序。在完成分批鑄造工藝時(shí)，通常處置過(guò)濾器介質(zhì)，因?yàn)槠潆y以在連續(xù)金屬流的不存在 下再利用。
[0026] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可再利用使用過(guò)的過(guò)濾器元件直至完全消耗其移 除夾雜物的能力。通過(guò)在用液體金屬灌注之前施加感應(yīng)加熱期或通過(guò)使用連續(xù)的感應(yīng)加熱 在鑄造之間保持過(guò)濾器填充有液體金屬，可再利用使用過(guò)的過(guò)濾器元件。在一方面，有利地 使用高于60Hz的激勵(lì)電流。該實(shí)施方案利用雙頻率電源，其可任選與專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于熔化操 作的第二線(xiàn)圈組合。
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【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 本專(zhuān)利或申請(qǐng)文件包含至少一幅以彩色執(zhí)行的圖。在要求和支付必要的費(fèi)用時(shí)由 事務(wù)所提供該具有（一幅或多幅）彩圖的專(zhuān)利或?qū)＠暾?qǐng)公開(kāi)的副本。
[0037] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
[0038] 圖2是顯示新的30PPI多孔陶瓷過(guò)濾器的相對(duì)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖 片。
[0039] 圖3是顯示與新的80PPI多孔陶瓷過(guò)濾器的金屬流的法線(xiàn)方向垂直的相對(duì)封閉的 結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖片。
[0040] 圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注30PPI陶瓷過(guò)濾器的非限制性實(shí)施例 的照片。
[0041] 圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注30PPI陶瓷過(guò)濾器的非限制性實(shí)施例 的照片。
[0042] 圖6描繪了在沒(méi)有感應(yīng)線(xiàn)圈存在下30PPI陶瓷過(guò)濾器的不完全灌注的照片。
[0043] 圖7顯示了對(duì)于實(shí)施例1的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。
[0044] 圖8是顯示對(duì)于實(shí)施例2的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。
[0045] 圖9是顯示對(duì)于實(shí)施例3的經(jīng)數(shù)據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的圖表。
[0046] 圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注50PPI CFF的非限制性實(shí)施例的照 片。
[0047] 圖11描繪了在沒(méi)有感應(yīng)線(xiàn)圈存在下50PPI CFF的可忽略的灌注的照片。
[0048] 圖12描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案灌注80PPI CFF的非限制性實(shí)施例的照 片。
[0049] 圖13描繪了在沒(méi)有感應(yīng)線(xiàn)圈存在下80PPI CFF的可忽略的灌注的照片。

【具體實(shí)施方式】
[0050] 出于增進(jìn)本發(fā)明原則的理解的目的，現(xiàn)在將參考在圖中說(shuō)明的實(shí)施方案。然而將 理解本發(fā)明的某些實(shí)施方案的說(shuō)明和描述意思不是本發(fā)明范圍的限制。此外，將說(shuō)明和/ 或描述的（一個(gè)或多個(gè)）實(shí)施方案的任何改變和/或修改視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外， 如本文中說(shuō)明和/或描述的，將本發(fā)明原則的任何其它應(yīng)用（如對(duì)于本發(fā)明涉及的領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常會(huì)發(fā)生的）視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0051] 圖1顯示了通常與多孔陶瓷過(guò)濾器一起使用的常規(guī)過(guò)濾"杯"1。根據(jù)本發(fā)明適當(dāng) 地修改圖1以包括感應(yīng)線(xiàn)圈2。在圖1中顯示了兩層感應(yīng)線(xiàn)圈2。還可使用單層、雙層或更 多層線(xiàn)圈而不改變本發(fā)明的目的。
[0052] 顯示將標(biāo)準(zhǔn)多孔陶瓷過(guò)濾器元件3安裝在感應(yīng)線(xiàn)圈2內(nèi)?；蛘?，可將兩個(gè)或更多 個(gè)過(guò)濾器元件堆疊而不偏離本發(fā)明的目的，條件是線(xiàn)圈2在過(guò)濾器3頂部的上表面上方延 伸一個(gè)線(xiàn)圈匝或至少5%和優(yōu)選10%的線(xiàn)圈半徑，如由圖1中虛線(xiàn)13所示。
[0053] 優(yōu)選盡可能地接近過(guò)濾器3的邊緣放置感應(yīng)線(xiàn)圈2以實(shí)現(xiàn)最有利的磁場(chǎng)結(jié)果。必 須允許合適的空間用于墊圈材料4以防止過(guò)濾器3附近的液體金屬的泄露并且用于絕熱以 及耐火材料5。充分的絕熱和耐火材料必須存在以避免杯6的上部或杯7的排放部分中的 熱金屬與線(xiàn)圈2或與線(xiàn)圈引線(xiàn)8接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解必須將合適的冷卻介質(zhì)（有機(jī) 物或水）與線(xiàn)圈引線(xiàn)8和線(xiàn)圈2組合使用以防止對(duì)電導(dǎo)體的電或熱的過(guò)熱和損壞。必須防 止導(dǎo)體8之間和線(xiàn)圈2的各層之間的接觸以防止激勵(lì)電流的電短路。
[0054] 為了充當(dāng)過(guò)濾設(shè)備，該杯必須配備有合適的液體金屬進(jìn)給機(jī)構(gòu)9和排放裝置10。 必須將該杯的側(cè)部11和底部12設(shè)計(jì)具有充足的耐火材料以保持待過(guò)濾的金屬的熱平衡。 可通過(guò)常規(guī)手段預(yù)熱過(guò)濾器3以防止在使用之前的過(guò)度熱沖擊。
[0055] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在感應(yīng)線(xiàn)圈上外加足夠數(shù)值的電流以跨過(guò)未灌 注的過(guò)濾器的寬度產(chǎn)生〇. 05 - 0. 25T的平均磁通密度。線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu)選為1 一 60Hz。線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率優(yōu)選在這樣的范圍內(nèi)：其中杯6的上部中的液體金屬中的電 磁穿透深度（S )與過(guò)濾器3的平均半徑或?qū)挾戎g的比例優(yōu)選為0. 5 - 3. O和更優(yōu)選為 〇. 7 - 1. 4,以便同時(shí)實(shí)現(xiàn)足夠高的磁穿透和避免過(guò)度加熱。
[0056] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)進(jìn)口 9向杯6的上部添加液體金屬，伴隨向線(xiàn)圈2 施加電流?；蛘?，首先添加液體金屬，然后向線(xiàn)圈2施加電流。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中， 液體金屬填充杯6的上部至超過(guò)線(xiàn)圈2的最后一匝足夠的高度，使得防止形成電磁彎月面。 該實(shí)施方案還避免了金屬在灌注期間的過(guò)度氧化。
[0057] 可在過(guò)濾器的上表面上方用最少的液體金屬完成電磁灌注。優(yōu)選地，約5-lOcm的 液體金屬高度在線(xiàn)圈2的頂部匝上方?；蛘?，優(yōu)選約I. 1至3. 6的金屬靜力學(xué)壓力以實(shí)現(xiàn) 30-80PPI的CFF過(guò)濾器的充分灌注，同時(shí)避免過(guò)量的彎月面形成，并且在線(xiàn)圈與過(guò)濾器之 間的空間中使用0. 1-0. 2T的平均磁通密度。
[0058] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，電流持續(xù)約30秒至約10分鐘、甚至優(yōu)選約3-6分鐘的時(shí)間 段。一旦實(shí)現(xiàn)了充分的灌注，就可停止線(xiàn)圈2的激勵(lì)電流。
[0059] -旦使用了過(guò)濾器元件3，就可通過(guò)首先使用感應(yīng)線(xiàn)圈2來(lái)重熔過(guò)濾器3的孔隙中 凝結(jié)的金屬。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解較高的頻率對(duì)于熔化是有利的?？墒┘?gt;60Hz的頻率。 因此雙頻率電源可有益地與本方法一起使用。技術(shù)人員可指定頻率、電流和時(shí)間以在恰當(dāng) 量的時(shí)間中實(shí)現(xiàn)所需的熔化，而沒(méi)有對(duì)過(guò)濾器元件的明顯過(guò)熱和可能的損壞，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高 的電效率?？扇芜x地設(shè)計(jì)第二線(xiàn)圈并將其與線(xiàn)圈2同軸安裝以實(shí)現(xiàn)甚至更加能量有效的熔 化。
[0060] 可參考具體的實(shí)施例更好地理解本發(fā)明。這些實(shí)施例是說(shuō)明性的并且不旨在限制 本發(fā)明的適用性。使用如表1所示的幾種不同的線(xiàn)圈進(jìn)行這些實(shí)施例。使用如在各個(gè)實(shí)施 例中所示的施加電流在50Hz下操作這些線(xiàn)圈。
[0061] 表 1
[0062]

【權(quán)利要求】
1. 一種灌注非導(dǎo)電性陶瓷過(guò)濾器用于從液體金屬移除固體夾雜物的方法，其中所述過(guò) 濾器包含在過(guò)濾杯中，并且被感應(yīng)線(xiàn)圈圍繞，該感應(yīng)線(xiàn)圈的軸線(xiàn)與所需的凈金屬流的方向 基本上對(duì)準(zhǔn)，所述方法包括： a) 向感應(yīng)線(xiàn)圈施加交變激勵(lì)電流； b) 添加充足的液體金屬以覆蓋過(guò)濾器元件的上游側(cè)； c) 使通過(guò)線(xiàn)圈在液體金屬中誘發(fā)的電流和線(xiàn)圈的磁場(chǎng)產(chǎn)生洛倫茲力，該洛倫茲力推進(jìn) 和攪拌液體金屬，使得液體金屬被壓入陶瓷中，因此灌注過(guò)濾器；和 d) -旦獲得了預(yù)定程度的灌注，就停止激勵(lì)電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)和施加的電流的數(shù)值在線(xiàn)圈與陶瓷過(guò)濾器 之間的空間中產(chǎn)生至少0. 05T的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在線(xiàn)圈與陶瓷過(guò)濾器之間的空間中平均場(chǎng)強(qiáng)度為 0. 05 - 0. 25T。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在線(xiàn)圈與陶瓷過(guò)濾器之間的空間中平均場(chǎng)強(qiáng)度為 0? 1 - 0? 2T。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中液體金屬為鋁合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中首先向過(guò)濾杯添加液體金屬然后向感應(yīng)線(xiàn)圈施加電 流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中非導(dǎo)電性陶瓷過(guò)濾器是具有30 - 80PPI和25 - 75mm 厚度的多孔陶瓷過(guò)濾器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中將2個(gè)或更多個(gè)多孔陶瓷過(guò)濾器組合成50 - 150_的 總厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中線(xiàn)圈延伸超過(guò)過(guò)濾器頂部的上表面至少一匝和5 - 10%的線(xiàn)圈半徑，但小于線(xiàn)圈總長(zhǎng)度的一半。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其中金屬延伸超過(guò)線(xiàn)圈頂部5 - 15cm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中向感應(yīng)線(xiàn)圈施加的頻率為1 一 60Hz。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中選擇感應(yīng)線(xiàn)圈的頻率以給出0. 5 - 3. 0和優(yōu)選0. 7 - 1. 4的電磁穿透深度的比例。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11和12的方法，其中通過(guò)調(diào)節(jié)過(guò)濾器元件的寬度或直徑能夠使用局 部電行頻以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的比例。
14. 再利用先前使用過(guò)的陶瓷過(guò)濾器元件的方法，其包括以大于50Hz的頻率向權(quán)利要 求1中的感應(yīng)線(xiàn)圈施加交變電流，其中存在充足的電流來(lái)感應(yīng)熔化過(guò)濾器的孔隙中包含的 固體鋁。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中將專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于高效熔化的第二線(xiàn)圈與混合線(xiàn)圈同 軸安裝。
16. -種用于灌注過(guò)濾器的裝置，其包括： 配置成接收液體金屬流的過(guò)濾器元件； 圍繞過(guò)濾器元件并且配置成產(chǎn)生磁場(chǎng)的感應(yīng)線(xiàn)圈，該感應(yīng)線(xiàn)圈的軸線(xiàn)與液體金屬流的 引入方向基本上對(duì)準(zhǔn)； 配置成向過(guò)濾器元件外周提供安全圍欄的墊圈；和 容納感應(yīng)線(xiàn)圈并分隔感應(yīng)線(xiàn)圈與液體金屬流的分隔體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中感應(yīng)線(xiàn)圈在過(guò)濾器元件面對(duì)液體金屬流的上表面之 上沿著過(guò)濾器元件的軸延伸。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中感應(yīng)線(xiàn)圈是單層線(xiàn)圈或多層線(xiàn)圈。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，還包括配置成引導(dǎo)液體金屬進(jìn)料到過(guò)濾器元件的液體金 屬進(jìn)給機(jī)構(gòu)；和排放設(shè)備。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，還包括配置成在引入液體金屬流之前預(yù)熱過(guò)濾器元件的 預(yù)熱設(shè)備。
【文檔編號(hào)】C22B9/02GK104334758SQ201380022066
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】M·W·肯尼迪, S·阿赫塔爾, R·弗里奇, J·A·巴肯, R·E·奧內(nèi) 申請(qǐng)人:挪威科技大學(xué)