本實(shí)用新型屬于金屬熔體質(zhì)量?jī)艋I(lǐng)域，具體涉及一種金屬熔體復(fù)合式除氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
所謂金屬熔體的凈化就是利用一定的物理化學(xué)原理和相應(yīng)的工藝措施，去除液態(tài)金屬中的氣體、夾雜物和有害元素的過(guò)程，金屬中的氣體和夾雜物的存在破壞金屬基體的連續(xù)性，從而降低金屬材料的力學(xué)性能。氫是唯一能大量溶解于金屬熔體尤其是鋁鎂合金熔體中的氣體，氫占到85%以上，一般認(rèn)為熔體中“含氣量”可以近似地認(rèn)為是“含氫量”。金屬熔體中夾雜物主要是指液相線溫度以上的任何固相或液相的外生雜質(zhì)，主要為金屬氧化物、金屬碳化物及非金屬夾雜。 凈化已經(jīng)成為許多金屬尤其是有色金屬及合金重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。金屬熔體凈化工藝是金屬產(chǎn)品的首道工序，若凈化質(zhì)量不高，不能及時(shí)排除氣體和各種冶金缺陷，缺陷一旦在此環(huán)節(jié)產(chǎn)生，就很難消除掉，因此，研究高效的金屬熔體的凈化裝置和凈化方法十分必要。
目前，已發(fā)展了各種金屬熔體凈化裝置和方法，去除金屬熔體中的氣體和夾雜物。但生產(chǎn)實(shí)踐證明單一的金屬熔體凈化方法都有一定的局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：凈化時(shí)間長(zhǎng)，而且凈化裝置中一些關(guān)鍵零部件使用壽命較短，后期的維修費(fèi)用昂貴，這些因素造成金屬熔體凈化效率低，同時(shí)也增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本；有的方法污染比較嚴(yán)重，有的方法除氣效果不佳。更為重要的是，采用單一方法很難達(dá)到高效凈化的高要求。因而，為提高金屬熔體的凈化效率及純凈度，優(yōu)化金屬鑄件的質(zhì)量，提升產(chǎn)品綜合性能，金屬熔體凈化的發(fā)展趨勢(shì)是從單一凈化向復(fù)合凈化發(fā)展，即集除氣、排雜為一體的凈化復(fù)合，同時(shí)為滿足環(huán)保的要求，節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有金屬熔體單一凈化裝置凈化效率不高，以及高能耗的問(wèn)題，提出了一種利用旋轉(zhuǎn)噴吹復(fù)合功率超聲高效的金屬熔體凈化裝置。
一種金屬熔體復(fù)合式除氣凈化裝置，它包括旋轉(zhuǎn)噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿、密封套、功率超聲工具桿、功率超聲變幅桿小端、功率超聲變幅桿大端、功率超聲發(fā)射體、第一電機(jī)、第一電機(jī)輸出軸、第一電機(jī)傳動(dòng)帶、第一支架、第一數(shù)據(jù)傳輸線、第二數(shù)據(jù)傳輸線、絲杠、惰性氣體導(dǎo)管、電氣控制柜、第一絲杠螺母、第二絲杠螺母、移動(dòng)平臺(tái)、第二支架、第三數(shù)據(jù)傳輸線、第二電機(jī)、第二電機(jī)輸出軸、第二電機(jī)傳動(dòng)帶。所述的旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿出氣端與旋轉(zhuǎn)噴頭螺紋連接，旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿進(jìn)氣端與惰性氣體導(dǎo)管通過(guò)密封套相連接。所述的功率超聲工具桿與功率超聲變幅桿小端螺紋連接。所述的功率超聲變幅桿小端與功率超聲變幅桿大端為一個(gè)整體。所述的功率超聲變幅桿大端與功率超聲發(fā)射體剛性連接。所述的第一電機(jī)與第一支架剛性連接，第一電機(jī)通過(guò)第一電機(jī)輸出軸控制第一電機(jī)傳動(dòng)帶與旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿相連接。所述的第一支架通過(guò)第一絲杠螺母與絲杠相連接。所述的移動(dòng)平臺(tái)一端與功率超聲變幅桿大端剛性連接，另一端通過(guò)第二絲杠螺母與絲杠相連接。所述的第一數(shù)據(jù)傳輸線與功率超聲發(fā)射體電氣連接，第二數(shù)據(jù)傳輸線一端與第一電機(jī)電氣連接，第三數(shù)據(jù)傳輸線與第二電機(jī)電氣連接。所述的惰性氣體導(dǎo)管與電氣控制電氣控制柜相連接。所述的電氣控制柜與第一數(shù)據(jù)傳輸線、第二數(shù)據(jù)傳輸線和第三數(shù)據(jù)傳輸線電氣連接。所述的第二電機(jī)與第二支架剛性連接，第二電機(jī)輸出軸通過(guò)第二電機(jī)傳動(dòng)帶與絲杠相連接。
所述的功率超聲工具桿、功率超聲變幅桿小端、功率超聲變幅桿大端、功率超聲發(fā)射體均為內(nèi)徑相同的空腔結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿可以在該空腔結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的電氣控制柜可以同時(shí)分別通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線控制功率超聲發(fā)射體啟動(dòng)和停止、第二數(shù)據(jù)傳輸線控制第一電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿連接的旋轉(zhuǎn)噴頭旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)功率超聲工具桿和旋轉(zhuǎn)噴頭同時(shí)作用在金屬熔體中。
優(yōu)選的：所述的密封套一端與惰性氣體導(dǎo)管密閉連接，另一端與旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿通過(guò)密封套內(nèi)置軸承套密閉連接，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿在密封套中轉(zhuǎn)動(dòng)。
優(yōu)選的：所述的功率超聲工具桿、旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿的材質(zhì)均為45號(hào)鋼，旋轉(zhuǎn)噴頭材質(zhì)為石墨，變幅桿即變幅桿大端和變幅桿小端材質(zhì)均為硬鋁合金。
優(yōu)選的：所述的電氣控制柜中包括超聲發(fā)射電源、電機(jī)控制系統(tǒng)、供氣單元。
優(yōu)選的：所述的電氣控制柜通過(guò)第三數(shù)據(jù)傳輸線控制第二電機(jī)帶動(dòng)連接在絲杠上的移動(dòng)平臺(tái)和第一支架同步上下移動(dòng)。
優(yōu)選的：所述的密封套一端與惰性氣體導(dǎo)管密閉連接，另一端與旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿通過(guò)密封套內(nèi)置軸承套密閉連接，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿在密封套中轉(zhuǎn)動(dòng)。
優(yōu)選的：所述的功率超聲變幅桿包括功率超聲變幅桿小端與功率超聲變幅桿大端，功率超聲變幅桿形狀為階梯型變幅桿。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：
本發(fā)明通過(guò)對(duì)復(fù)合式功率超聲和旋轉(zhuǎn)噴吹除氣凈化裝置進(jìn)行研究，從理論上對(duì)兩種除氣凈化凈化方法的優(yōu)勢(shì)組合進(jìn)行分析，進(jìn)而研究復(fù)合式除氣的工藝參數(shù)。與傳統(tǒng)工藝比較，既體現(xiàn)了二者復(fù)合式高效除氣的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免了單一功率超聲除氣凈化不能處理大體積熔體，無(wú)法工業(yè)化的弊端，也克服了旋轉(zhuǎn)噴吹除氣為使熔體氣泡彌散而轉(zhuǎn)速過(guò)大產(chǎn)生的熔體表面翻滾，除氣時(shí)間長(zhǎng)而需要耗費(fèi)大量?jī)艋瘹怏w的缺點(diǎn)，又體現(xiàn)了功率超聲除氣無(wú)排放無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，滿足了現(xiàn)代航空航天、信息產(chǎn)業(yè)、交通運(yùn)載等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)︿X合金構(gòu)件的高質(zhì)量要求，又發(fā)揮了功率超聲除氣的優(yōu)點(diǎn)，滿足環(huán)保要求，有效節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。
附圖說(shuō)明
圖1為旋轉(zhuǎn)噴吹與功率超聲復(fù)合式除氣凈化裝置構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。
具體實(shí)施方式：參見(jiàn)附圖1，一種金屬熔體復(fù)合式除氣凈化裝置，它包括旋轉(zhuǎn)噴頭1、旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2、密封套2-1、功率超聲工具桿3、功率超聲變幅桿小端4、功率超聲變幅桿大端5、功率超聲發(fā)射體6、第一電機(jī)7、第一電機(jī)輸出軸7-1、第一電機(jī)傳動(dòng)帶7-2、第一支架8、第一數(shù)據(jù)傳輸線9、第二數(shù)據(jù)傳輸線10、絲杠11、惰性氣體導(dǎo)管12、電氣控制柜13、第一絲杠螺母14、第二絲杠螺母14-1、移動(dòng)平臺(tái)15、第二支架16、第三數(shù)據(jù)傳輸線17、第二電機(jī)18、第二電機(jī)輸出軸18-1、第二電機(jī)傳動(dòng)帶18-2。所述的旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2出氣端與旋轉(zhuǎn)噴頭1螺紋連接，旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2進(jìn)氣端與惰性氣體導(dǎo)管12通過(guò)密封套2-1相連接。所述的功率超聲工具桿3與功率超聲變幅桿小端4螺紋連接。所述的功率超聲變幅桿小端4與功率超聲變幅桿大端5為一個(gè)整體。所述的功率超聲變幅桿大端5與功率超聲發(fā)射體6剛性連接。所述的第一電機(jī)7與第一支架8剛性連接，第一電機(jī)7通過(guò)第一電機(jī)輸出軸7-1控制的第一電機(jī)傳動(dòng)帶7-2與旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2相連接。所述的第一支架8通過(guò)第一絲杠螺母14與絲杠11相連接。所述的移動(dòng)平臺(tái)15一端與功率超聲變幅桿大端5剛性連接，另一端通過(guò)第二絲杠螺母14-1與絲杠11相連接。所述的第一數(shù)據(jù)傳輸線9與功率超聲發(fā)射體6電氣連接，第二數(shù)據(jù)傳輸線10一端與第一電機(jī)7電氣連接，第三數(shù)據(jù)傳輸線17與第二電機(jī)18電氣連接。所述的惰性氣體導(dǎo)管12與電氣控制電氣控制柜13相連接。所述的電氣控制柜13與第一數(shù)據(jù)傳輸線9、第二數(shù)據(jù)傳輸線10和第三數(shù)據(jù)傳輸線17電氣連接。所述的第二電機(jī)18與第二支架16剛性連接，第二電機(jī)輸出軸18-1通過(guò)第二電機(jī)傳動(dòng)帶18-2與絲杠11相連接。
所述的功率超聲工具桿3、功率超聲變幅桿小端4、功率超聲變幅桿大端5、功率超聲發(fā)射體6均為內(nèi)徑相同的空腔結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2可以在該空腔結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的電氣控制柜13可以同時(shí)分別通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線9控制功率超聲發(fā)射體6啟動(dòng)和停止、第二數(shù)據(jù)傳輸線10控制第一電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2連接的旋轉(zhuǎn)噴頭1旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)功率超聲工具桿3和旋轉(zhuǎn)噴頭1同時(shí)作用在金屬熔體中。
所述的功率超聲工具桿3、旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2的材質(zhì)均為45號(hào)鋼，旋轉(zhuǎn)噴頭1材質(zhì)為石墨，變幅桿即變幅桿大端5和變幅桿小端4材質(zhì)均為硬鋁合金。
所述的電氣控制柜13中包括超聲發(fā)射電源、電機(jī)控制系統(tǒng)、供氣單元。
所述的電氣控制柜13通過(guò)第三數(shù)據(jù)傳輸線17控制第二電機(jī)18帶動(dòng)連接在絲杠11上的移動(dòng)平臺(tái)15和第一支架8同步上下移動(dòng)。
所述的密封套2-1一端與惰性氣體導(dǎo)管12密閉連接，另一端與旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2通過(guò)密封套2-1內(nèi)置軸承套密閉連接，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2在密封套2-1中轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述的功率超聲變幅桿包括功率超聲變幅桿小端4與功率超聲變幅桿大端5，功率超聲變幅桿形狀為階梯型變幅桿。
測(cè)量原理：旋轉(zhuǎn)噴吹凈化處理方法是通旋轉(zhuǎn)噴頭向金屬液中通入惰性氣體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)作用，將導(dǎo)入的氣泡彌散到金屬液中。惰性氣泡凈化主要是利用分壓脫氣原理，即初始通入的惰性氣泡中的氫的分壓力PH2=0，溶于金屬液中的氫按照氫動(dòng)力學(xué)原理會(huì)不斷進(jìn)入氣泡中，直到氣泡中氫的分壓力PH2增加到與熔體中氫的濃度達(dá)到平衡，此時(shí)熔體中的氫不在向惰性氣泡中遷移，氣泡浮出液面，氣泡中的氫逸出熔體表面。而在旋轉(zhuǎn)噴吹除氣過(guò)程中添加了功率超聲后，空化作用產(chǎn)生的大量氣泡核和旋轉(zhuǎn)噴吹吹入的氣泡都在超聲波作用下長(zhǎng)大，當(dāng)吹入氣泡尺寸超過(guò)一定值后，超聲波的繼續(xù)作用會(huì)使之破裂，產(chǎn)生空化現(xiàn)象，破裂后的氣泡的尺寸減小，數(shù)量增加，氣泡半徑減小。氣泡半徑減小，氫原子從合金熔體內(nèi)部向熔體表面或氣泡表面遷移階段的速度將加快。同時(shí)氣泡的半徑越小，氣泡上浮速度也越慢，除氣時(shí)間將增長(zhǎng)，除氣效果加強(qiáng)。由于氣泡半徑減小，氣體總體積不變的情況下氣泡總表面積必定增加，提高除氣的效果，同時(shí)，大量的空化泡潰滅時(shí)產(chǎn)生了溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)及濃度流場(chǎng)，流場(chǎng)對(duì)熔體中氫向凈化氣泡擴(kuò)散傳質(zhì)具有重要的促進(jìn)作用。因此，從理論上復(fù)合除氣方法較單一旋轉(zhuǎn)噴吹除氣方法有優(yōu)勢(shì)。
工作過(guò)程如下：
打開(kāi)電氣控制柜13中惰性氣瓶，通過(guò)惰性氣體導(dǎo)管12和旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2使旋轉(zhuǎn)噴頭1中通入惰性氣體；電氣控制柜13發(fā)出控制信號(hào)通過(guò)第三數(shù)據(jù)傳輸線17控制第二電機(jī)18帶動(dòng)連接在絲杠11上的移動(dòng)平臺(tái)15和第一支架8同步向下移動(dòng)，產(chǎn)生向下位移，同時(shí)使功率超聲工具桿3和旋轉(zhuǎn)噴頭1浸入到被測(cè)熔體一定深度；電氣控制柜13分別通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線9控制功率超聲發(fā)射體6啟動(dòng)，使功率超聲工具桿3產(chǎn)生超聲振動(dòng)，同時(shí)電氣控制柜13通過(guò)第二數(shù)據(jù)傳輸線10控制第一電機(jī)7帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴頭空心導(dǎo)桿2連接的旋轉(zhuǎn)噴頭1旋轉(zhuǎn)以一定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)吹氣；功率超聲工具桿3和旋轉(zhuǎn)噴頭1在鋁合金熔體中作用一段時(shí)間后，由電氣控制柜13發(fā)出控制信號(hào)，使移動(dòng)平臺(tái)15產(chǎn)生向上位移，帶動(dòng)功率超聲工具桿3和旋轉(zhuǎn)噴頭1復(fù)位，之后切斷惰性氣體出氣開(kāi)關(guān)，完成鋁熔體除氣凈化工作。
本實(shí)施方式只是對(duì)本專(zhuān)利的示例性說(shuō)明，并不限定它的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)其局部進(jìn)行改變，只要沒(méi)有超出本專(zhuān)利的精神實(shí)質(zhì)，都在本專(zhuān)利的保護(hù)范圍內(nèi)。