專利名稱：旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣體處理法精煉鋁合金的裝置。
利用吹頭在液態(tài)鋁合金中快速旋轉(zhuǎn)，將通過吹頭吹入合金中的惰性氣體破碎成尺寸細(xì)小的氣泡，使之在合金中均勻分布，緩慢上浮，排除合金中的有害氣體(氫)和混入的有害夾雜(主要是氧化鋁)，從而顯著地改善了浮游精煉法的動(dòng)力學(xué)條件，成為一種先進(jìn)的凈化合金的技術(shù)。自七十年代提出此法以來，受到普遍的重視。這類裝置用于鑄鋁業(yè)的代表產(chǎn)品有FOSECO公司的FDU和MDU，以及較大型的RDU裝置。FDU為固定式處理裝置；MDU為較小型的車式裝置，可在幾臺(tái)熔爐間移動(dòng)處理；RDU的規(guī)格更大些，附有保溫電爐，屬于大型爐外連續(xù)處理裝置。
裝有旋轉(zhuǎn)吹頭的懸臂可以升降，也可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以便浸入合金中進(jìn)行處理和處理后提出爐外。吹頭一般為抗氧化石墨或優(yōu)質(zhì)致密石墨制品。吹頭轉(zhuǎn)軸用石墨或加耐火材料套管保護(hù)，以免遭受鋁液浸蝕和污染合金。
吹頭一般為單向旋轉(zhuǎn)(500－600r／min)，精煉氣體為氮、氬或加有少量氯的混合氣體。為防止鋁液被吹頭帶動(dòng)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，在液面上形成旋渦，卷入氣體與夾雜，也為防止碎化的氣泡重新集聚長大，降低精煉效果，多在吹頭旁的機(jī)頭上固定一片或兩片耐火材料擋板(圖2)，以阻止合金旋轉(zhuǎn)。
上述裝置所以獲得廣泛使用是由于它的優(yōu)點(diǎn)顯著。主要是除氣速度快，一般每爐處理5－8分鐘，可使合金含氫量降至0.1ml／100g，達(dá)到優(yōu)質(zhì)件鑄造的要求；除渣能力也較強(qiáng)，微米級(jí)的夾雜在強(qiáng)烈攪拌作用下發(fā)生集聚而被氣浮清除；液面平靜，合金氧化燒損量少；用惰性氣體為精煉介質(zhì)，不污染環(huán)境。
但是它們還存在一定的問題，如FOSECO公司的RDU裝置(圖3)的石墨質(zhì)葉輪和法國ALPUR裝置(圖4)的葉輪從本質(zhì)上都相當(dāng)于帶有擋板的水泵葉輪，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。都是用優(yōu)質(zhì)致密石墨加工而成，加工精細(xì)、材料昴貴。RDU葉輪碎化氣泡能力較好，但氣泡在熔體內(nèi)分布范圍不寬。Alpur葉輪采用圓柱面上安排四個(gè)直葉，碎化氣泡能力也很強(qiáng)，氣泡分布范圍會(huì)較寬，但帶動(dòng)金屬熔體旋轉(zhuǎn)的傾向大，即葉輪的效率不高。FOSECO系列產(chǎn)品中還有方形葉輪(圖5)，其加工方便，工藝性較好，比較牢固耐用，但分散氣泡的效能較差，帶動(dòng)熔體的旋轉(zhuǎn)作用較強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的在于1.采用構(gòu)形合理、碎化和分散精煉氣泡效能更高、工藝性能好的葉輪，以獲得更好的精煉效果；2.采用吹頭正反自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)措施配合葉輪構(gòu)形的改進(jìn)，不用防浪板裝置；采用特種復(fù)合耐火涂料，以提高吹頭部件的壽命；采用結(jié)構(gòu)簡單、壽命很長的錐面配合間隙密封，以減少易損零件的消耗。
本實(shí)用新型由吹頭、聯(lián)接套、機(jī)頭、旋轉(zhuǎn)密封件、懸臂、控制柜、惰性氣體瓶、車架和機(jī)柱組成，其特征在于1.吹頭部件吹頭采用二種結(jié)構(gòu)，一種如圖6，旋轉(zhuǎn)軸15的一端插入機(jī)頭的聯(lián)接套內(nèi)用鎖緊螺母17推緊擋環(huán)16與機(jī)頭聯(lián)接套固定并密封。旋轉(zhuǎn)軸15的另一端靠錐銷18將旋轉(zhuǎn)軸15與葉輪19固定。其間隙靠填料密封。葉輪19與旋轉(zhuǎn)軸15表面涂有特種復(fù)合耐火涂料層，保證在工作期間，不會(huì)被鋁液所熔蝕。
當(dāng)處理鋁液溫度較高或使用過分頻繁時(shí)，可采用圖7的結(jié)構(gòu)。即在涂有防護(hù)涂料的旋轉(zhuǎn)軸15外再加一層高鋁質(zhì)保護(hù)套管25，在套管與旋轉(zhuǎn)軸15間配合時(shí)，繞3－5層玻璃布24作為填料，以保證裝合時(shí)同心。利用擋片23，輻射防熱板22，彈簧21，擋圈20，將套管壓向葉輪19，保持適當(dāng)?shù)膲毫?。用螺釘固定擋?0的位置。套管25與葉輪19間也用耐火泥料封嚴(yán)。這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是套管25能更有效地保護(hù)旋轉(zhuǎn)軸15不被熔蝕。而套管25與旋轉(zhuǎn)軸15間，由于膨脹率和膨脹量不同形成的相對(duì)位移能被壓緊彈簧21的彈性變形所吸收，始終保持接合牢固可靠。
本實(shí)用新型的葉輪19的結(jié)構(gòu)如圖8，在大角度截錐體的園錐面上，根據(jù)葉輪直徑的大小，均勻分布有4－16個(gè)高度不大的直葉片26，每兩片之間的葉根處，靠近中心一端有一小出氣孔28(φ0.5－1.5mm)。葉片與出氣孔沿園錐面均勻分布。兩葉片間形成開放的流道27，流道27的出口處即靠近葉輪19外緣部分，有一小段垂直于旋轉(zhuǎn)軸15的平面29，作為出口的導(dǎo)向段。葉輪19與旋轉(zhuǎn)軸15之間，靠銷釘在銷孔處30聯(lián)接。葉輪19的材料為鑄鐵或鈦合金敷以復(fù)合耐火涂層，也可以用高鋁質(zhì)材料壓制燒結(jié)或高致密優(yōu)質(zhì)石墨壓制或加工成形。工藝性與經(jīng)濟(jì)性能最好的是鑄鐵葉輪。
復(fù)合耐火涂層由內(nèi)外兩層組成，內(nèi)層主要為能牢固附著于金屬表面的無定形二氧化硅材料組成，外層以鋁釩土、氧化鋅等耐火材料為骨料，水玻璃為粘結(jié)劑的耐火材料構(gòu)成。
2.旋轉(zhuǎn)密封閥門為將精煉用氣體通入旋轉(zhuǎn)的吹頭1，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)密封閥門4如圖9，機(jī)頭的中空旋轉(zhuǎn)軸15上端有螺紋39旋入閥套32的下端，同時(shí)壓緊閥座31。閥套32、閥座31與機(jī)頭旋轉(zhuǎn)軸15聯(lián)為一體，共同旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣管咀33靠錐面與閥座31錐孔密合，靠閥套32上半部導(dǎo)向部分保證與閥座31同心，并留有間隙可滑動(dòng)。靠安裝于支架38橫板上的螺釘35調(diào)節(jié)彈簧(或橡皮)34的壓縮量，保持進(jìn)氣管咀33與閥座31之間維持一定的壓力，起到密封作用。進(jìn)氣管咀33上部通過鎖緊箍36，支架38橫板上的固定螺釘37撥住，不能旋轉(zhuǎn)，但由于有較大間隙，卻可在橫板中上下滑動(dòng)。進(jìn)氣管咀33上端接軟管通入氣體N2(或Ar)。該結(jié)構(gòu)之優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，進(jìn)氣管咀33與閥座31間壓力不大，且旋轉(zhuǎn)半徑較小，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磨損很輕，錐面配合嚴(yán)密，磨損后具有自修復(fù)功能，其使用壽命很長。
3.吹頭的旋轉(zhuǎn)采用正反向自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)。
正向旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30－60秒，停止1－2秒，再自動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)30－60秒，停止1－2秒，如此反復(fù)進(jìn)行，直到設(shè)定的精煉時(shí)間結(jié)束自動(dòng)停轉(zhuǎn)。調(diào)整旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間的目的是適應(yīng)坩堝和澆包容量不同，吹頭直徑和轉(zhuǎn)速不同的變化，以便使熔體內(nèi)的精煉氣泡最大限度地處于細(xì)小分散狀態(tài)，取得最佳處理效果。而且在結(jié)構(gòu)上大為簡化，不采用防浪擋板，簡化了機(jī)頭結(jié)構(gòu)，減輕了機(jī)頭重量，減少了易損配件的消耗。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1).葉輪高度小，葉片低，出氣孔口小，轉(zhuǎn)動(dòng)后破碎氣泡能力強(qiáng)，氣泡尺寸細(xì)小，分布范圍寬，整個(gè)熔體被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的傾向小，使合金液面較長時(shí)間處于平穩(wěn)狀態(tài)，熔體內(nèi)的細(xì)小氣泡較長時(shí)間處于高度分散狀態(tài)。而且采用雙向交替旋轉(zhuǎn)，使精煉時(shí)氣泡最大限度地處于細(xì)小分散狀態(tài)。故取消了現(xiàn)有技術(shù)常用的防浪擋板。旋轉(zhuǎn)密封閥門結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)磨損輕，錐面配合嚴(yán)密，磨損后有自修復(fù)功能，壽命長；(2).工藝性能好，制造成本低，如葉輪構(gòu)形簡單，厚度均勻，既適于鑄造成形，也適于壓制燒結(jié)成形，加工要求不特殊，造價(jià)低；(3)安裝、拆卸方便，吹頭部件各件都是可拆卸件，便于更換損壞部位，減少消耗費(fèi)用。


圖1為本實(shí)用新型的總裝圖1.吹頭2.聯(lián)接套3.機(jī)頭4.旋轉(zhuǎn)密封件5.懸臂6.控制柜7.惰性氣體瓶8.車架9.機(jī)柱圖2為采用防浪板的設(shè)置圖10.坩堝11.防浪擋板12.合金熔體13.防護(hù)罩14.葉輪圖3為RDU葉輪結(jié)構(gòu)剖視圖圖4A為ALPUR葉輪結(jié)構(gòu)剖視圖圖4B為圖4A之剖視圖圖5A為FOSECO葉輪結(jié)構(gòu)剖視圖圖5B為圖5A之剖視圖圖6為本實(shí)用新型的一種吹頭部件圖15.旋轉(zhuǎn)軸16.推緊擋板
17.鎖緊螺母18.錐銷19.葉輪圖7為本實(shí)用新型的另一種吹頭部件圖15.旋轉(zhuǎn)軸16.推緊擋板17.鎖緊螺母18.錐銷19.葉輪20.擋圈21.彈簧22.輻射防熱板23.擋片24.玻璃布25.高鋁質(zhì)保護(hù)套管圖8A為本實(shí)用新型的葉輪結(jié)構(gòu)圖26.直葉片27.流道圖8B為圖8A之側(cè)視圖28.出氣孔29.導(dǎo)向段30.銷口圖9為本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)密封閥門結(jié)構(gòu)圖31.閥座32.閥套33.進(jìn)氣管咀34.彈簧(或橡皮)35.螺釘36.鎖緊箍37.固定螺釘38.支架39.螺紋15.旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合實(shí)施例說明附圖本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖1所示，是一較小型的車式裝置，由吹頭、聯(lián)接套、機(jī)頭、旋轉(zhuǎn)密封件、懸臂、控制柜、惰性氣體瓶、車架和機(jī)柱組成。
吹頭采用第二種結(jié)構(gòu)如圖7，旋轉(zhuǎn)軸15的一端插入機(jī)頭的聯(lián)接套內(nèi)用鎖緊螺母17推緊擋環(huán)16與機(jī)頭聯(lián)接套固定并密封。旋轉(zhuǎn)軸15的另一端靠錐銷18將旋轉(zhuǎn)軸15與葉輪19固定。其間隙靠填料密封。葉輪19與旋轉(zhuǎn)軸15表面涂有特種復(fù)合耐火涂料層，其外再加一層高鋁質(zhì)保護(hù)套管25，在套管25與旋轉(zhuǎn)軸15間配合時(shí)，繞3－5層玻璃布26作為填料，以保證裝合時(shí)同心。利用擋片23，輻射防熱板22，彈簧21，擋圈20，將套管壓向葉輪19，保持適當(dāng)?shù)膲毫?。用螺釘固定擋?0的位置。套管25與葉輪19間用耐火泥料封嚴(yán)。這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是套管25能更有效地保護(hù)旋轉(zhuǎn)軸15不被熔蝕。而套管25與旋轉(zhuǎn)軸15間，由于膨脹率和膨脹量不同形成的相對(duì)位移能被壓緊彈簧21的彈性變形所吸收，始終保持接合牢固可靠。
采用φ100－120mm的葉輪19，在大角度截錐體的園錐面上，均勻分布有8個(gè)高度不大的直葉片26，每兩片之間的葉根處，靠近中心一端有一φ1mm小出氣孔28。葉片與出氣孔沿園錐面均勻分布。兩葉片間形成開放的流道27，流道27的出口處即靠近葉輪19外緣部分，有一小段垂直于旋轉(zhuǎn)軸15的平面29，作為出口的導(dǎo)向段。葉輪19與旋轉(zhuǎn)軸15之間，靠銷聯(lián)接。葉輪19的材料為鑄鐵敷以復(fù)合耐火涂層，復(fù)合耐火涂層由內(nèi)外兩層組成，內(nèi)層主要為能牢固附著于金屬表面的無定形二氧化硅材料組成，外層以鋁釩土、氧化鋅等耐火材料為骨料，水玻璃為粘結(jié)劑的耐火材料構(gòu)成。
旋轉(zhuǎn)密封閥門4如圖9，機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)軸15上端有螺紋39旋入閥套32的下端，同時(shí)壓緊閥座31。閥套32、閥座31與旋轉(zhuǎn)軸15聯(lián)為一體共同旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣管咀33靠錐面與閥座31錐孔密合，靠閥套32上半部導(dǎo)向部分保證與閥座31同心，并留有間隙可滑動(dòng)?？堪惭b于支架38橫板上的螺絲35調(diào)節(jié)彈簧34的壓縮量，保持進(jìn)氣管咀28與閥座31之間維持一定的壓力，起到密封作用。進(jìn)氣管咀33上部通過鎖緊箍36，支架38橫板上的固定螺釘37撥住，不能旋轉(zhuǎn)，但由于有較大間隙，卻可在橫板中上下滑動(dòng)。進(jìn)氣管咀33上端接軟管通入0.15m3／h經(jīng)干燥處理的工業(yè)純N2。
吹頭的旋轉(zhuǎn)采用正反向自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速為550r／min正向旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30－60秒，停止1－2秒，再自動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)30－60秒，停止1－2秒，如此反復(fù)進(jìn)行，直到設(shè)定的精煉時(shí)間結(jié)束自動(dòng)停轉(zhuǎn)，總處理時(shí)間為6－8分鐘。
以上述條件進(jìn)行鑄造鋁合金精煉處理后，φ60的試樣之針孔度可達(dá)1－2級(jí)水平；吹頭和葉輪的壽命可達(dá)200爐以上，較使用致密石墨為材料的吹頭和葉輪之壽命長8－10倍；而其成本僅其三分之一。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)，由吹頭、聯(lián)接套、機(jī)頭、旋轉(zhuǎn)密封件、懸臂、控制柜、惰性氣體瓶、車架和機(jī)柱組成，其特征在于(1).吹頭采用二種結(jié)構(gòu)，其一由旋轉(zhuǎn)軸(15)、推緊擋環(huán)(16)、鎖緊螺母(17)、錐銷(18)和葉輪(19)組成，旋轉(zhuǎn)軸(15)的一端插入機(jī)頭的聯(lián)接套(2)內(nèi)用鎖緊螺母(17)推緊擋環(huán)(16)與機(jī)頭聯(lián)接套(2)固定并密封。旋轉(zhuǎn)軸(15)的另一端靠錐銷(18)將旋轉(zhuǎn)軸(1)與葉輪(19)固定，其間隙靠填料密封，葉輪(19)與旋轉(zhuǎn)軸(15)表面涂有特種復(fù)合耐火涂料層；其二是在涂有防護(hù)涂料的旋轉(zhuǎn)軸(15)外再加一層高鋁質(zhì)保護(hù)套管(25)，在套管(25)與旋轉(zhuǎn)軸(15)間配合時(shí)，繞3-5層玻璃布(26)作為填料，利用擋片(23)，輻射防熱板(22)、彈簧(21)和擋圈(20)，將套管(25)壓向葉輪(19)，用螺釘固定擋圈(20)的位置，套管(25)與葉輪(19)間用耐火泥料封嚴(yán)；(2).葉輪(19)在大角度截錐體的圓錐面上，分布有若干個(gè)高度不大的直葉片(26)，每兩片之間的葉根處，靠近中心一端有一小出氣孔(28)，葉片(26)與出氣孔(28)沿圓錐面均勻分布。兩葉片間形成開放的流道(27)，流道(27)的出口處即靠近葉輪(19)外緣部分，有一小段垂直于旋轉(zhuǎn)軸(15)的平面，作為出口的導(dǎo)向段(29)，葉輪(19)與旋轉(zhuǎn)軸(15)之間靠銷聯(lián)接；(3).旋轉(zhuǎn)密封閥門(4)由壓緊閥座(31)、閥套(32)、進(jìn)氣管咀(33)、調(diào)節(jié)彈簧(或橡皮)(34)、安裝于支架(38)橫板上的螺釘(35)、鎖緊箍(36)、固定螺釘(37)和支架(38)組成，旋轉(zhuǎn)軸(15)上端有螺紋(39)旋入閥套(32)的下端，同時(shí)壓緊閥座(31)，閥套(32)、閥座(31)與機(jī)頭旋轉(zhuǎn)軸(15)聯(lián)為一體，共同旋轉(zhuǎn)。進(jìn)氣管咀(33)靠錐面與閥座(31)錐孔密合，靠閥套(32)上半部導(dǎo)向部分保證與閥座(31)同心，并留有間隙可滑動(dòng)，靠安裝于支架(38)橫板上的螺釘(35)調(diào)節(jié)彈簧(或橡皮)(34)的壓縮量，保持進(jìn)氣管咀(33)與閥座(31)之間維持一定的壓力，起到密封作用，進(jìn)氣管咀(33)上部通過鎖緊箍(36)和支架(38)橫板上的固定螺釘(37)撥住，不能旋轉(zhuǎn)，但由于有較大間隙，卻可在橫板中上下滑動(dòng)。進(jìn)氣管咀(33)上端接軟管通入氣體N2(或Ar)；(4)、吹頭的旋轉(zhuǎn)采用正反向自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)，其特征在于葉輪(19)的材料為鑄鐵或鈦合金敷以復(fù)合耐火涂層，也可以用高鋁質(zhì)材料壓制燒結(jié)或高致密優(yōu)質(zhì)石墨壓制或加工成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)，其特征在于復(fù)合耐火涂層由內(nèi)外兩層組成，內(nèi)層主要為能牢固附著于金屬表面的無定形二氧化硅材料組成，外層為鋁釩土、氧化鋅等耐火材料為骨料，水玻璃為粘結(jié)劑的耐火材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)，其特征在于葉輪(19)的葉片(26)為4－16片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)，其特征在于吹頭正反向自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)是正向旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30－60秒，停止1－2秒，再自動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)30－60秒，停止1－2秒，如此反復(fù)進(jìn)行，直到設(shè)定的精煉時(shí)間結(jié)束自動(dòng)停轉(zhuǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)吹頭式鋁液凈化機(jī)。本裝置采用了碎化氣泡能力強(qiáng)、帶動(dòng)熔體旋轉(zhuǎn)傾向小、工藝性能好的吹頭葉輪。葉輪與旋轉(zhuǎn)軸表面涂有特種復(fù)合耐火涂料層。采用了靠錐面配合的旋轉(zhuǎn)密封閥門，結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，具有自修復(fù)功能。吹頭采用正反向自動(dòng)換向旋轉(zhuǎn)，使熔體內(nèi)的精煉氣泡最大限度地處于細(xì)小分散狀態(tài)，取得最佳處理效果。不采用防浪擋板，簡化了機(jī)頭結(jié)構(gòu)，減輕了機(jī)頭重量，減少了易損配件的消耗。
文檔編號(hào)C22B9/05GK2180649SQ94203730
公開日1994年10月26日 申請(qǐng)日期1994年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月28日
發(fā)明者朱承興, 張戎 申請(qǐng)人:地質(zhì)礦產(chǎn)部北京有色金屬鑄造廠