專利名稱：用于液體金屬處理的設備和方法
用于液體金屬處理的設備和方法本發(fā)明總體上涉及在金屬材料的固化加工之前的液體金屬處理，并且尤其涉及用于剪切液體金屬的裝置。本發(fā)明提供用于下列方面的手段:控制夾雜物和氣體元素，均質(zhì)化熔體組成和溫度，促進用于涉及液相的任何化學反應或相轉(zhuǎn)化的動力學，混合含有異質(zhì)相的材料，精煉鑄造微組織并消除/減少鑄造缺陷。本發(fā)明可應用至多種鑄造技木，如高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造、直接冷硬鑄造、雙輥連鑄，以及需要液體金屬作為原料的任何其他鋳造エ藝。
背景技術：
多種鑄造エ藝需要固化加工之前的液體金屬處理，所述多種鋳造エ藝包括，但是不限于，砂型鋳造、永久鑄模鑄造、高壓模鑄、直接冷硬鋳造、雙輥連鑄等，其用于以下目的:晶粒細化、熔體清潔、均質(zhì)化顯微構(gòu)造和化學組成的均勻性、內(nèi)源和外源粒子兩者的分散和分布。用于液體金屬處理的現(xiàn)有方法主要包括，通過葉輪機械攪拌、電磁攪拌，以及ー些其他方法如氣體誘生的液體流動。通過葉輪的機械攪拌是處理液體金屬的非常簡單的方式。它僅提供葉輪周圍溫和的熔體剪切，但導致液體金屬中的嚴重渦旋和液體表面附近的嚴重湍流，導致來自熔體表面的氣體和其他污染物的嚴重夾帯。存在數(shù)種方式解決這個問題。授予Kraemer等的美國專利號3，785, 632公開了ー種用于加速冶金反應的エ藝和設備。該エ藝包括在熔融浴與反應物之間的邊界處使用雙葉輪的機械攪拌。當該設備開始攪拌時產(chǎn)生離心力分量并且產(chǎn)生朝向鋼包邊界不同的曲率，這導致熔融金屬材料與反應物之間的化學反應的加速。授予McRae等的美國專利號4，743，428公開了ー種用于制備合金的液體金屬的機械攪拌的方法。該エ藝引入攪動裝置主要用于加速合金元素的溶解并減緩浮渣的形成。授予Flemings等的美國專利號3，902, 544公開了通過機械攪拌處理液體金屬以獲得具有非枝狀初級固體的半固體金屬材料的連續(xù)エ藝。在該エ藝中，引入三個螺旋轉(zhuǎn)并且使其位于三個分開的攪動區(qū)。與雙葉片葉輪比較螺旋轉(zhuǎn)更加有效。將攪動區(qū)的內(nèi)表面與螺旋轉(zhuǎn)的外表面之間的距離保持為足夠小，以使得可以在多個攪動區(qū)中將高剪切力施加至材料。授予Shingu等的美國專利號4，373，950通過葉輪將機械攪拌引入至直接冷硬鑄造エ藝中以提純鋁。鋁熔體通過使用機械攪拌設備提純以打破液體與固體之間的界面處的枝晶，并且分散由枝晶釋放至整個液體中的雜質(zhì)。授予Duenkelmann的美國專利號4，931, 060公開了ー種包括空心軸和連接至軸的空心轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置用于分散熔融金屬中的氣體。該裝置將惰性氣體從軸的頂部引入并且將大體積的惰性氣體遞送至熔體用于液體金屬的脫氣。上面討論的發(fā)明全部包括機械攪拌。它們既沒有提供用于熔體調(diào)節(jié)(conditioning)所需的高剪切速率，也沒有避免來自熔體表面的氣體和其他污染物的夾帶的問題。
美國專利號4，960，163在直接冷硬鋳造中引入機械攪拌器，用于獲得細小的晶粒組織，并且引入分隔以將DC鋳造機中的空間分割為供料儲存器和固化儲存器，用于避免供料儲存器中液體表面附近的湍流而不減弱固化儲存器中的攪拌。通過該發(fā)明獲得特定程度的晶粒細化但是每批次的結(jié)果不一致。授予Ernst的美國專利號6，618, 426公開了ー種處理液體金屬的電磁攪拌エ藝。該エ藝使用具有不同的方向的多級螺旋以減少液體表面附近的湍流。然而，通過電磁攪拌的剪切速率低并且設備的成本高。W02010/032550 (Nippon Light Metal C0.Ltd)公開了用于在澆鑄室中使用的金屬熔體精煉機。它基本上是用于將液體金屬脫氣和除渣的多葉片攪拌器。然而它具有非常小的分散和分布能力并且整個組裝體不適合于直接結(jié)合在現(xiàn)有的鋳造エ藝中。W02010/150656(Eddy Plus C0.Ltd)公開了基于離心力的分布混合裝置。它具有低剪切速率和不足的分散能力。EP1779924(Prosign)公開了用于分布混合的圓盤-葉片混合器。它具有不足的分散能力。US4, 684, 614(Ceskoslovenka akademie ved)公開了一種用于混合、泵送和驅(qū)散液體的無葉片混合器，尤其用于食品エ業(yè)中。它將僅適合于低溫度應用，并且不能用于剪切液體金屬。US4, 046, 559 (Kennecott Copper Corporation)公開了用于混合不同密度的兩種液體的基于圓盤葉片的分布混合器。它具有不足的分散能力。US2010/0300304(Shimizu)公開了用于在廚房中混合小量的家用食物的手動エ具。它將不適合于剪切液體金屬。該類型的其他食品混合器公開在W02007/042635(Seb
S.A.)中。目前的用于處理液體金屬的機械或電磁攪拌在液體表面附近產(chǎn)生湍流，這對于大部分鋳造エ藝有害。因此，必須限制攪拌速度以便獲得相對穩(wěn)定的液體表面，并且結(jié)果液體金屬處理的有效性和效率兩者都被折衷。因此，有益的是提供一種這樣的方法和設備，其可以容易地應用至現(xiàn)有鑄造エ藝并且可以提供強熔體剪切，同時避免熔體表面夾帶氣體和其他污染物。本發(fā)明的主要目標是提供一種用于提供處理過的/調(diào)節(jié)過的液體金屬作為用于金屬材料的進ー步固化加工的原料、顆粒加強的金屬基體復合材料(MMC)和不相混的合金的設備和方法。本發(fā)明的另ー個目標是提供一種可以均質(zhì)化化學組成、將氣相、液相和固相分散并分布在液體金屬或金屬基體復合材料(MMC)中的設備和方法。本發(fā)明的再另ー個目標是促進用于涉及至少ー個液相的化學反應和相轉(zhuǎn)化的動力學條件。本發(fā)明的另ー個目標是提供ー種用于制備具有細化的顯微構(gòu)造和減少的鑄造缺陷的高品質(zhì)金屬材料或金屬基體復合材料(MMC)的設備和方法。本發(fā)明的再另ー個目標是提供一種用于在不在液體表面附近產(chǎn)生嚴重湍流的情況下在高剪切速率下分散混合和在液體金屬的整個體積中以宏觀流動分布混合的方式。參考以下說明、實施方案和實施例，將更加完整地理解和認識本發(fā)明的這些和其他目標和益處。發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于液體金屬的強剪切以提供適合于多種鑄造エ藝的固化加工的調(diào)節(jié)過的液體金屬的設備和方法。在本發(fā)明的第一方面，提供一種用于剪切液體金屬的裝置，所述裝置包括:定子，所述定子為第一空心圓筒的形式，所述第一空心圓筒具有開ロ末端以允許液體金屬進入所述圓筒，以及所述圓筒壁中的至少ー個開ロ以允許液體金屬離開所述圓筒，轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括其上具有至少ー個可旋轉(zhuǎn)元件的軸，所述軸基本上平行于所述圓筒的縱軸，并且所述可旋轉(zhuǎn)元件被安置在所述圓筒內(nèi)并安排為當由發(fā)動機驅(qū)動時繞所述軸旋轉(zhuǎn)，其中所述可旋轉(zhuǎn)元件與所述圓筒的內(nèi)壁之間的最小間隙為10 Pm至10mm，并且其中所述裝置由具有不低于200°C，優(yōu)選不低于600°C，并且最優(yōu)選不低于1000°C的熔點的一種或多種材料形成。所述裝置的部件的相對高的熔點使得它適合于在液體金屬加工的高溫環(huán)境中使用。用于液體金屬的強剪切的設備(高剪切裝置)，所述設備優(yōu)選包括: 定子,所述定子是在定子壁中具有至少ー個開ロ的空心圓筒； 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有至少ー個葉片并且以高速在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)； 所述轉(zhuǎn)子與定子之間的小的間隙確保高剪切速率； 外殼，所述外殼使用于轉(zhuǎn)子/定子組合體的所述定子、所述轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸成為整體； 發(fā)動機，安置在平臺上的所述發(fā)動機連接至所述轉(zhuǎn)子軸以驅(qū)動轉(zhuǎn)子； 刷，所述刷可以固定在所述外殼上或所述轉(zhuǎn)子軸上。在一個實施方案中，高剪切裝置包括: 定子，所述定子是固定在所述外殼上的空心圓筒并且在其壁中具有至少ー個開ロ，并且優(yōu)選所述開ロ是具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔； 轉(zhuǎn)子，定子內(nèi)的通過軸連接至發(fā)動機的所述轉(zhuǎn)子具有至少ー個葉片，并且優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為IRPM至50000RPM ； 所述定子與轉(zhuǎn)子之間足夠小的間隙以確保足夠高的剪切速率，用于所需的液體金屬剪切的目的，并且優(yōu)選的所述間隙為10 y m至IOmm ; 發(fā)動機，設置在平臺上的所述發(fā)動機連接至軸以驅(qū)動轉(zhuǎn)子； 外殼,用于固定定子并支撐轉(zhuǎn)子軸的所述外殼固定在平臺上以定位所述高剪切裝置； 刷，所述刷可以固定在所述外殼上或所述轉(zhuǎn)子軸上。所述轉(zhuǎn)子和定子可以以這樣的方式組裝:使得該設備成為多級高剪切泵以分批地或連續(xù)地將調(diào)節(jié)過的液體金屬提供至所考慮的鋳造エ藝。因此，在備選的實施方案中，所述設備是用于將處理過的/調(diào)節(jié)過的液體金屬作為原料提供至連續(xù)或形狀鑄造エ藝的高剪切泵， 所述高剪切泵包括:
至少兩組轉(zhuǎn)子/定子組裝體，所述轉(zhuǎn)子/定子組裝體可以或者同心地或者垂直地排列以形成多級高剪切裝置； 所述轉(zhuǎn)子/定子組裝體內(nèi)所述定子與轉(zhuǎn)子之間存在足夠小的間隙，以確保足夠高的剪切速率用于所需的液體金屬處理目的。優(yōu)選的所述間隙為IOym至10mm，優(yōu)選定子(或轉(zhuǎn)子)中的開ロ是具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔，并且優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為IRPM至 50000RPM。 泵室，所述泵室容納多級轉(zhuǎn)子/定子組裝體； 阻擋板，其用于在所述泵外殼內(nèi)分隔高剪切區(qū)和積累區(qū)； 發(fā)動機，設置在平臺上的所述發(fā)動機連接至軸以驅(qū)動轉(zhuǎn)子； 刷，所述刷可以固定在所述泵外売上或所述轉(zhuǎn)子軸上； 入口，所述入口允許液體金屬流至泵室中； 出ロ管，所述出ロ管允許將調(diào)節(jié)過的熔體提供至鋳造機。在操作過程中，發(fā)動機經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸傳送功率至轉(zhuǎn)子并且驅(qū)動轉(zhuǎn)子以在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且將液體金屬在所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的間隙中并且也在所述定子的所述開口中強剪切。該方法是通過使用所述高剪切裝置或所述高剪切泵等在不改變其精神的情況下分布地或連續(xù)地液體金屬的強剪切。該方法還包括，但不限于，液體金屬的脫氣、制備半固體漿料、制備金屬基體復合材料、混合不相混的金屬液體、提供用于現(xiàn)有的鑄造エ藝的進一步固化加工的調(diào)節(jié)過的液體 金屬。根據(jù)本發(fā)明的多種形式中的設備和方法的功能包括，但是不限干，以下各項: 所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以在液體金屬中有效地分散并均勻地分布固體粒子、液滴和氣泡。 所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以減小液體金屬中固體粒子、液滴或氣泡的尺寸。 所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以提高液體金屬中化學組成和溫度場的均勻性。 所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以通過活化液體金屬中內(nèi)源和外源固體粒子兩者對金屬和合金提供物理晶粒細化，產(chǎn)生金屬材料的顯著晶粒細化。 所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以促進用于涉及至少ー個液相的化學反應和相轉(zhuǎn)化的動力學條件。本發(fā)明的應用總結(jié)如下:(I)可以使用所述高剪切裝置和所述高剪切泵將具有低氣體含量、良好分散的氧化物膜和其他包含物、均勻的溫度和均勻的化學組成的調(diào)節(jié)過的液體金屬作為適合于多種鋳造エ藝的固化加工的原料進行提供。(2)所述高剪切裝置和所述高剪切泵可以用作現(xiàn)有的用于晶粒細化的鋳造エ藝的附件，用于促進鑄造エ藝并且用于提高鑄造產(chǎn)品的品質(zhì)。例如，但是不限于，高剪切裝置可以直接應用至直接冷硬鋳造和雙輥連鑄エ藝中，用于促進等軸固化，以及應用至形狀鋳造エ藝中，作為定量泵以直接提供調(diào)節(jié)過的液體金屬。(3)可以使用所述高剪切裝置和所述高剪切泵以將氣體、液體和離散的固體相分散和分布至液體基體中，例如，以高效率脫氣、混合不相混的金屬液體以產(chǎn)生細微分散的顯微構(gòu)造、產(chǎn)生具有良好分散的并且均勻地分布的細固體粒子的金屬基體復合材料，并且促進異相之間的化學反應。附圖簡述將參考附圖描述本發(fā)明的數(shù)個優(yōu)選的實施方案，其中:

圖1是作為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的高剪切裝置的示意圖。圖2是作為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的另ー個高剪切裝置的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有同心轉(zhuǎn)子/定子排列的用于提供連續(xù)地處理過的/調(diào)節(jié)過的液體金屬的多級高剪切泵的實施方案的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有垂直轉(zhuǎn)子/定子排列的用于提供連續(xù)地處理過的/調(diào)節(jié)過的液體金屬的所述多級高剪切泵的另一個實施方案的示意圖。圖5是使用圖2中所示的高剪切裝置的液體金屬調(diào)節(jié)エ藝的示意圖。圖6是使用圖2中所示的高剪切裝置的液體金屬脫氣エ藝的示意圖。圖7是通過將常規(guī)DC鑄造エ藝與圖2中所示的高剪切裝置集成的直接冷硬(DC)鑄造エ藝的不意圖。圖8顯示通過使用根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置的半固體エ藝制備的AZ91D鎂合金的顯微構(gòu)造。圖9顯示基于通過使用根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置的強熔體剪切制備的金屬基體復合材料的AZ91D鎂合金的顯微構(gòu)造。圖1Oa顯示通過常規(guī)DC鑄造エ藝制備的AZ31鎂合金的顯微構(gòu)造。圖1Ob顯示通過使用根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置的強熔體剪切的DC鑄造エ藝制備的AZ31鎂合金的顯微構(gòu)造。圖1la顯示通過常規(guī)DC鑄造エ藝制備的AA7075鋁合金的顯微構(gòu)造。圖1lb顯示通過使用根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置的強熔體剪切的DC鑄造エ藝制備的AA7075鋁合金的顯微構(gòu)造。圖12a顯不通過常規(guī)雙棍連鑄エ藝制備的5mm厚的AZ31鎂合金帶的顯微構(gòu)造。圖12b顯示通過常規(guī)雙輥連鑄エ藝與根據(jù)本發(fā)明的多級高剪切泵的集成制備的5mm厚的AZ31鎂合金帶的顯微構(gòu)造。發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種高剪切裝置、一種高剪切泵和用于通過強熔體剪切處理/調(diào)節(jié)液體金屬的方法?？梢允褂盟龈呒羟醒b置和高剪切泵以提供調(diào)節(jié)過的液體金屬用于使用多種鑄造エ藝的固化加工。所述高剪切裝置和高剪切泵也可以直接整合至特定的鑄造エ藝用于促進鑄造エ藝并提高鑄造產(chǎn)品的品質(zhì)?，F(xiàn)在參考附圖和顯微照片，在下面的段落中詳細描述本發(fā)明。參考圖1，所述高剪切裝置(I)的實施方案主要包括轉(zhuǎn)子(4)和定子(7)。包括轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子葉片的所述轉(zhuǎn)子(4)由發(fā)動機(未顯示)驅(qū)動。包括外殼板(3、5、8)和系桿(2)的外殼固定至平臺(未顯示)。定子(7)通過外殼板(3，8)使用至少兩個固定螺栓(9)固定。存在固定在外殼板(3)上的刷(10)以定位轉(zhuǎn)子軸和提供密封。所述轉(zhuǎn)子(4)包括至少ー個葉片以在操作過程中驅(qū)動所述液體金屬。在該實施方案中，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的葉片數(shù)目是四。所述葉片可以平行于所述轉(zhuǎn)子的軸或與所述轉(zhuǎn)子的軸成角度。所述葉片的形狀可以是圓筒、方柱、棱柱，以及規(guī)則的或不規(guī)則的任何其他幾何體，條件是實際上可以制造并組裝它們。単獨的葉片的形狀可以彼此不同，并且ー個葉片的表面可以是平的或彎曲的或通過不同的幾何表面組合?？梢允褂貌煌娜~片用于相同的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子軸周圍葉片的分布不需要是對稱的。所述定子(7)是在其壁上具有至少ー個開ロ的空心圓筒。所述定子壁上開ロ的形狀可以是圓孔、方孔、縫等，條件是將所述液體金屬有效率地并且實際地剪切。優(yōu)選的開ロ是適當尺寸的圓孔。在操作過程中，所述轉(zhuǎn)子(4)由發(fā)動機(未顯示)通過所述軸驅(qū)動。所述轉(zhuǎn)子葉片在剪切室內(nèi)在離心カ下將液體金屬向外移動，在所述剪切室內(nèi)建立負壓。所述負壓將液體金屬通過所述底部外殼板(8)上的開ロ吸至剪切室。在轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙和定子壁中的開ロ兩者中都存在強熔體剪切。剪切的強度是所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的間隙、所述定子上所述開ロ的尺寸以及所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的函數(shù)。更小的間隙、更小的開ロ以及更塊的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有利于更高的剪切強度。優(yōu)選所述間隙是10 至10mm，優(yōu)選所述開ロ是具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔，并且優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速是IRPM至50000RPM。參考圖2，所述高剪切裝置(13)的另ー個實施方案主要包括一體式轉(zhuǎn)子(4)、管狀定子(17)和刷(15)。所述實施方案類似于圖1中所示的前一個實施方案，但更易于使用基于陶瓷的材料構(gòu)建部件，并且更適合于腐蝕性液體金屬(如鋁)和高熔融溫度合金。參考圖2的該實施方案的工作原理與參考圖1的前一個實施方案的完全相同。圖3是顯示所述多級高剪切泵的實施方案的示意圖，其中所述轉(zhuǎn)子和定子ー個套ー個同心地排列。參考圖3，所述多級高剪切泵主要包括轉(zhuǎn)子(I)、定子￠)、外殼環(huán)(5)、上部外殼板(4)、刷(3)和出口管(7)。所述轉(zhuǎn)子是一體式部件，包括轉(zhuǎn)子軸、多個轉(zhuǎn)子葉片和具有開ロ的轉(zhuǎn)子環(huán)，所述開ロ可以是圓孔、方孔、規(guī)則的縫或任何其他幾何形狀。所述定子是附著至定子板的具有開ロ的定子環(huán)，并有位于中心的開ロ作為用于所述液體金屬的入ロ。所述轉(zhuǎn)子/定子組裝 體被容納在包括定子板、上外殼板(4)、外殼環(huán)(5)和刷(3)的泵室中。所述轉(zhuǎn)子/定子組裝體、泵外殼和轉(zhuǎn)子軸經(jīng)由固定系桿(2)集成。在圖3中，為了簡潔僅給出了ー個定子環(huán)和ー個轉(zhuǎn)子環(huán)。在實踐中，可以使用多于一組轉(zhuǎn)子/定子環(huán)以依賴于所需熔體處理的特定目的而確保剪切的效率。在操作過程中，所述轉(zhuǎn)子(I)由發(fā)動機(未顯示)驅(qū)動，并且所述轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)將在泵室中建立負壓。所述負壓進而將液體金屬通過所述定子板上的所述開ロ吸入至所述泵室中。在通過轉(zhuǎn)子葉片建立的離心カ下，迫使所述液體金屬向外流動并且最終通過出口管(7)泵出。轉(zhuǎn)子葉片、一個或多個定子環(huán)和ー個或多個轉(zhuǎn)子環(huán)之間的相對運動將使所述液體金屬在所述泵室中經(jīng)歷極其高的剪切和湍流。剪切速率是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定子與轉(zhuǎn)子環(huán)之間的間隙和定子和轉(zhuǎn)子環(huán)兩者上的開ロ的尺寸的函數(shù)?？梢酝ㄟ^改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子葉片的尖端與定子環(huán)之間的間隙而控制泵送速率。所述參數(shù)的優(yōu)化的組合將提供所需的泵送速率。優(yōu)選所述間隙是10 ii m至IOmm,優(yōu)選所述開ロ是具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔，并且優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速是IRPM至50000RPM。圖4是顯不所述多級聞到切栗的另一個實施方案的不意圖，其中所述轉(zhuǎn)子和定子垂直排列。參考圖4，所述多級高剪切泵包括4組轉(zhuǎn)子(I)和定子(8、10、11)，它們在管狀泵室(13)中垂直組裝。所述轉(zhuǎn)子可以或者通過將轉(zhuǎn)子軸和多組轉(zhuǎn)子葉片結(jié)合為ー個部件(如所示)制成一體式的，或者是連接至轉(zhuǎn)子軸的単獨的轉(zhuǎn)子葉片的組裝體的形式。在定子壁中具有開ロ的定子包括入口定子(11)、兩個中間定子(10)和出口定子8。所述定子可以由相同的設計或不同的設計制成。在定子之間有阻擋板(9)以將泵送室分割為單獨的高剪切區(qū)。所述高剪切區(qū)通過熔體積累區(qū)分離。所述轉(zhuǎn)子/定子組裝體通過轉(zhuǎn)子外殼(5)、刷
(4)和(6)、系桿(2)和固定螺栓(12)固定在管狀泵室(13)中。在圖4中，用于示例的目的顯示了四組轉(zhuǎn)子/定子組裝體。在實踐中，可以使用任意數(shù)目的轉(zhuǎn)子/定子組以依賴于所需熔體剪切的特定目的而適合于特定的應用。在操作過程中，轉(zhuǎn)子(I)由發(fā)動機(未顯示)驅(qū)動，并且入口定子內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)將在泵室中建立負壓，其進而將液體金屬通過入口定子的底部的開ロ吸入入口定子中。在由轉(zhuǎn)子葉片建立的離心カ下，強迫液體金屬向外流動并且最終收集在入口定子之上的積累區(qū)中。在所有可得的高剪切區(qū)中重復該過程，之后將調(diào)節(jié)過的液體金屬最終通過出口管
(7)泵出。工作原理與圖3中所示的所述實施方案相同。通過圖1-4中所示的所述實施方案或與本發(fā)明相同或類似精神的任何其他實施方案的設備構(gòu)造的材料選擇必須滿足以下需要: 它們在應用溫度應當是高強度的和高耐久性的； 它們必須是耐腐蝕的以耐受液體金屬的腐蝕性； 它們必須易于使用可得的生產(chǎn)エ藝制造； 它們必須是容易可得的以節(jié)約成本。

可以使用陶瓷、石墨、鋼、高溫合金和任意其他材料用于制造高剪切裝置，條件是它們在加工溫度具有足夠的強度和化學穩(wěn)定性。例如，無鎳高溫鋼是用于建造用于處理/調(diào)節(jié)液體鎂合金的所述高剪切裝置的優(yōu)選材料。石墨、涂布有MoSi2的鑰和陶瓷是用于建造用于處理/調(diào)節(jié)鋁合金的所述高剪切裝置的優(yōu)選材料。合適的陶瓷材料包括，但是不限干，氮化物、硅化物、氧化物、碳化物、賽隆和其他混合陶瓷。特別優(yōu)選的陶瓷包括碳化硅、氧化鋁、氮化硼、氮化硅和賽隆。應該注意，石墨在所有的實施方案中是用于刷的合適的材料。圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的用于處理/調(diào)節(jié)液體金屬的實施方案的示意圖。參考圖5，將強剪切設備(13)固定在可調(diào)節(jié)的平臺(未顯示)上，并且轉(zhuǎn)子軸由發(fā)動機(未顯示)驅(qū)動。通過調(diào)節(jié)平臺控制所述強剪切設備(13)的位置部分地浸潰在坩堝(20)中容納的液體金屬(21)中?？梢酝ㄟ^多種方式加熱坩堝(20)以將熔體保持在所需的溫度。在操作過程中，液體金屬(22)被從強剪切設備(13)的底部吸至高剪切室中，并且使所述液體金屬經(jīng)受強剪切。被剪切的液體金屬(23)驅(qū)動坩堝內(nèi)的液體金屬形成宏觀流型，如通過(24)和(25)所示。所述宏觀流動將液體金屬供應至高剪切室，其中坩堝中的所有液體金屬經(jīng)受重復的高剪切處理。此外，宏觀流動還促進熔體溫度和化學組成兩者的空間均勻性。通過所述高剪切裝置提供的所述強熔體剪切分散氧化物團簇、氧化物膜和液體金屬中存在的任何其他金屬或非金屬夾雜物。所述宏觀流動將所有分散的粒子均勻地遍及所述坩堝中的全部熔體分布。應當指出的是坩堝中的所述宏觀流動在熔體表面附近將是弱的，并且因此，所述宏觀熔體流動將保持相對靜止的熔體表面，從而避免氣體、浮渣或任何其他潛在的污染物的可能的夾帶。這使得調(diào)節(jié)過的液體金屬特別適合于制造高品質(zhì)鑄造物。所述高剪切裝置的其他主要功能是將外源固體粒子分散至液體金屬中。所述外源固體粒子可以是晶粒細化劑粒子，用于金屬基體復合材料(MMC)的陶瓷粒子或用于納米金屬基體復合材料(NMMC)的制備的納米粒子。所述高剪切裝置將分散固體粒子團塊，將所分散的固體粒子均勻地分布在液體金屬中，并且強迫固體粒子被液體金屬潤濕?？梢允褂脜⒖紙D5的設備和方法或者在合金液相線之上處理液體金屬以調(diào)節(jié)液體金屬或者在合金液相線之下處理液體金屬以制成半固體漿液。當在液相線之上處理液體金屬時，所述設備和方法可以通過將氧化物膜和/或團簇分散為單獨的粒子而增加潛在成核位置，從而提高可潤濕性和液體金屬中的空間分布。這對于晶粒細化是非常有幫助的，而不需要加入任何化學晶粒細化劑。這被稱為物理晶粒細化。當在它們的液相線之下處理金屬時，所述設備和方法可以提供具有細小尺寸和窄尺寸分布的固體粒子的半固體漿液。此外，所述設備和方法可以大量提供高品質(zhì)半固體漿液。可以將在合金液相線之上或之下處理過的所述調(diào)節(jié)過的液體金屬分批或連續(xù)地提供至特定的鑄造工藝，所述鑄造工藝包括高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造、直接冷硬鑄造、雙輥連鑄，以及需要液體或半固體金屬作為原料的任何其他鑄造工藝。圖6顯示使用根據(jù)本發(fā)明的所述高剪切裝置的液體金屬脫氣工藝的實施方案的示意圖。參考圖6，將高剪切裝置(13)固定在可調(diào)節(jié)平臺(未顯示)上以將所述高剪切裝置定位在液體金屬中。通過調(diào)節(jié)平臺控制所述高剪切裝置(13)的位置以部分地浸潰在坩堝(20)中容納的液體金屬(21)中 。可以將坩堝(20)通過多種加熱方式加熱，以將熔體保持在所需的溫度。將管26設置在坩堝(20)中并且管的一端位于高剪切裝置(13)之下。用于液體金屬的脫氣的目的，將惰性氣體(27)如八^隊等通過管(26)引入至液體金屬中。在操作過程中，液體金屬和所引入的惰性氣體氣泡28被從高剪切裝置(13)的底部吸入高剪切室中，并且通過定子壁中的開口被強迫以高速離開，這在高剪切室和宏觀熔體流動兩者中產(chǎn)生強熔體剪切，如圖5中所示。在該工藝的過程中，所述強熔體剪切可以將大的惰性氣體氣泡(28)分散為小得多的氣泡(29)。所述宏觀液體流動可以將細小的氣泡均勻地分布遍及坩堝(20)中的液體金屬，從而產(chǎn)生顯著地增加的氣體/液體界面區(qū)。液體金屬中所溶解的氣體將歸因于惰性氣體中比液體金屬中低得多的分壓而擴散至惰性氣體氣泡(29)。在浮力下并且在宏觀熔體流動的協(xié)助下，含有溶解的氣體的惰性氣泡(29)將從熔體表面脫離，從而導致液體金屬中顯著降低的氣體含量。當使用圖6中的實施方案脫氣時，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙、定子壁中的開口的尺寸和形狀以及所述高剪切裝置中轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速而控制液體金屬中的惰性氣泡的尺寸。優(yōu)選所述間隙為ΙΟμπι至IOmm,優(yōu)選所述開口為具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔，并且優(yōu)選所述轉(zhuǎn)子的所述轉(zhuǎn)速為IRPM至50000RPM。參考圖6的所述實施方案也可以用于通過將輸入的惰性氣體(27)改變?yōu)樘沾煞勰┤缣蓟琛⒀趸X等而制備金屬基體復合材料(MMC)。所述強熔體剪切可以提高粒子的均勻性和可潤濕性，其對于制備高品質(zhì)MMC材料是非常重要的。
也可以使用參考圖6的所述實施方案以通過將輸入惰性氣體(27)改變?yōu)榉磻詺怏w以原位形成加強粒子從而原位制備金屬基體復合材料(MMC)。一個實例是將氧引入至液體鋁合金以制備氧化鋁粒子加強的鋁MMC。也可以使用參考圖6的所述實施方案以通過將輸入惰性氣體(27)改變?yōu)榕c坩堝
(20)中的液體金屬(21)不相混的液體金屬從而混合不相混的金屬。所述強熔體剪切可以均勻地分散并分布不相混的金屬液體。通過使用空心轉(zhuǎn)子軸以將惰性氣體、陶瓷粒子、不相混的液體金屬等引入至液體金屬(21)用于脫氣、制備MMC、混合不相混的金屬液體等的目的，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下也可以修改參考圖6的所述實施方案。圖7顯示常規(guī)直接冷硬(DC)鑄造工藝與根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置的直接集成形成高剪切DC鑄造工藝的實施方案的示意圖。參考圖7，將高剪切裝置(13)固定在用于定位的可調(diào)節(jié)平臺(未顯示)上。將所述高剪切裝置浸入至具有熱頂(hot-top) (31)和安裝有石墨環(huán)(35)的DC鑄模(30)的常規(guī)DC鑄造機的儲槽中。所述高剪切裝置(13)的底部的優(yōu)選的位置高于糊狀區(qū)0-300mm。在DC鑄造的過程中，將液體金屬(36)通過進料管(32)連續(xù)地提供至DC鑄模(30)并且通過高剪切裝置(13)連續(xù)地剪切。含有減少的溶質(zhì)元素和糊狀區(qū)(37)中的固體粒子的液體金屬被從固化立面吸入至高剪切裝置中，經(jīng)受強熔體剪切并且之后被迫使以高速通過定子壁中的開口離開。所述強剪切熔體在DC鑄造機的槽中產(chǎn)生宏觀流型(40、41)。所述宏觀流型將進而導致所述高剪切裝置周圍的液體金屬中溫度和化學組成的均勻化。這建立DC鑄造機的槽中獨特的固化條件，產(chǎn)生具有細和均勻的顯微構(gòu)造、均勻的化學組成和減少的/消除的鑄造缺陷的鑄造鑄錠(38)。參考圖5-7的以上所述實施方案意圖示例用于液體金屬處理的所述高剪切裝置和高剪切泵的具體應用，不意圖作為本發(fā)明的限制?？梢允褂靡韵潞喪鲎鳛楸景l(fā)明的進一步示例，尤其是，所述高剪切泵作為用于對多種鑄造工藝提供調(diào)節(jié)過的液體金屬的裝置。本發(fā)明的另一個實施方案是參考圖3和4的所述高剪切泵在熔爐或保溫爐中的整合，以將調(diào)節(jié)過的液體金屬提供至用于高品質(zhì)鑄錠的生產(chǎn)的連續(xù)鑄錠鑄造機。含有良好分散的氧化物粒子的所述鑄錠具有自晶粒細化能力，并且可以用作用于高品質(zhì)鑄造用鑄造室的原料。本發(fā)明的再另一個實施方案是參考圖3和4的所述高剪切泵在熔爐或保溫爐中的整合，以將調(diào)節(jié)過的液體金屬提供至連續(xù)(或半連續(xù))鑄造工藝。所述連續(xù)工藝包括，但不限于，用于薄帶的雙輥連鑄、用于鑄錠和板坯的直接冷硬鑄造、用于棒的上引鑄造(up-casting)和需要液體金屬作為原料的任何其他連續(xù)(或半連續(xù))鑄造工藝?？梢酝ㄟ^改變轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子/定子組合體的設計控制所述調(diào)節(jié)過的熔體的提供速率。本發(fā)明的再另一個實施方案是所述高剪切泵參考圖3和4在熔爐或保溫爐中的整合，以將調(diào)節(jié)過的液體金屬提供在形狀鑄造工藝以產(chǎn)生成形的部件。所述形狀鑄造工藝包括，但不限于，高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造以及需要液體金屬作為原料的任何其他形狀鑄造工藝。所述調(diào)節(jié)過的熔體的定量可以通過改變轉(zhuǎn)子速度和轉(zhuǎn)子/定子組合體的設計控制。以下實施例用于示例實施根據(jù)本發(fā)明的高剪切裝置和高剪切泵的效果，并且不意圖作為本發(fā)明的限制。實施例1將AZ91D鎂合金在680°C熔融并且之后通過用參考圖3的方法和設備進行強熔體剪切而在低于液相線的溫度進行調(diào)節(jié)。將調(diào)節(jié)過的AZ91D半固體漿液進料至標準冷室高壓模鑄機以鑄造拉伸測試樣品。圖8顯示通過根據(jù)本發(fā)明的半固體加工制備的AZ91D樣品的均勻的和細小的顯微構(gòu)造。實施例2將LM24鑄造鋁合金和AA7075鍛造鋁合金在700°C熔融并且之后用根據(jù)本發(fā)明的圖6中實現(xiàn)的方法和設備脫氣。使用密度指數(shù)作為熔體中氣體含量的指示(密度指數(shù)越高，氣體含量越高)通過減壓測試(RPT)評價液體鋁合金中的氣體含量。對于再循環(huán)的LM24合金，在用圖6中所示的實施方案的方法和設備脫氣I分鐘之后，密度指數(shù)從13.60%降低至2.66%。對于新鮮的AA7075合金，密度指數(shù)從9.32%降低至0.69%。實施例3在630°C根據(jù)本發(fā)明根據(jù)參考圖6的方法和設備用強熔體剪切制備基于AZ91D鎂合金的MMC。將AZ91D鎂合金在650°C熔融。參考圖6，將預熱的碳化硅粒子通過進料管
(26)借助于強熔體剪切加入至熔體，并且之后將熔體與碳化硅粒子強剪切另外5分鐘。之后將所制備的Mg/SiC漿液進料至標準冷室高壓模鑄機以鑄造MMC樣品。圖9顯示細小的并且均勻的組織和在Mg基體中良好分布的碳化硅粒子。實施例4將AZ31鎂合金在680°C熔融。將未進行熔體調(diào)節(jié)的液體金屬在670°C通過常規(guī)DC鑄造工藝鑄造，以產(chǎn)生圖1Oa中所示的結(jié)果。之后將相同的液體金屬使用參考圖7的本發(fā)明的實施方案鑄造，以產(chǎn)生圖1Ob中所示的結(jié)果。圖1Oa與IOb之間的比較顯示高剪切DC鑄造工藝(圖7)可以在不使用任何晶粒細化劑添加的情況下產(chǎn)生具有細小的并且均勻的顯微構(gòu)造的Mg-合金鑄錠。實施例5將AA7075鋁合金在720°C熔融。將未進行熔體調(diào)節(jié)的液體金屬在700°C通過常規(guī)DC鑄造工藝鑄造，以產(chǎn)生圖1la中所示的結(jié)果。之后將相同的液體金屬使用參考圖7的本發(fā)明的實施方案鑄造，以產(chǎn)生圖1lb中所示的結(jié)果。圖1la與Ilb之間的比較顯示高剪切DC鑄造工藝(圖7)可以在不使用任何晶粒細化劑添加的情況下產(chǎn)生具有細小的并且均勻的顯微構(gòu)造的Al-合金鑄錠。實施例6將AZ31鎂合金在680°C熔融。將未進行熔體調(diào)節(jié)的液體金屬在650°C通過常規(guī)雙輥連鑄工藝鑄造以產(chǎn)生圖12a中所示的結(jié)果。之后將相同的液體金屬使用高剪切泵(參考圖4)和常規(guī)雙輥連鑄機的整合的實施方案鑄造，以產(chǎn)生圖12b中所示的結(jié)果。圖12a與12b之間的比較顯示高剪切雙輥連鑄工藝可以產(chǎn)生具有遍及整個厚度的細小的和均勻的顯微構(gòu)造、具有消除的/減少的中線偏析的Mg-合金帶。
權利要求
1.一種用于剪切液體金屬的裝置，所述裝置包括: 定子，所述 定子為第一空心圓筒的形式，所述第一空心圓筒具有開ロ末端以允許液體金屬進入所述圓筒，以及所述圓筒壁中的至少ー個開ロ以允許液體金屬離開所述圓筒， 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括其上具有至少ー個可旋轉(zhuǎn)元件的軸，所述軸基本上平行于所述圓筒的縱軸，并且所述可旋轉(zhuǎn)元件被安置在所述圓筒內(nèi)并安排為當由發(fā)動機驅(qū)動時繞所述軸旋轉(zhuǎn)， 其中所述可旋轉(zhuǎn)元件與所述圓筒的內(nèi)壁之間的最小間隙為IOym至10mm，并且其中所述裝置由具有不低于600°C的熔點的ー種或多種材料形成。
2.按權利要求1所述的裝置，其中所述至少ー個開ロ是具有0.5mm至IOmm的直徑的圓孔。
3.按權利要求1或2所述的裝置，所述裝置還包括發(fā)動機以使所述可旋轉(zhuǎn)元件以Irpm至50，OOOrpm的速度旋轉(zhuǎn)。
4.任一在前權利要求所述的裝置，其中所述裝置的部件獨立地由石墨、陶瓷、鋼或帶有或不帶有MoSi2涂層的鑰形成。
5.按權利要求4所述的裝置，其中所述陶瓷是賽隆陶瓷。
6.任一在前權利要求所述的裝置，其中所述軸上具有至少ー個另外的可旋轉(zhuǎn)元件，所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件被安排成當由發(fā)動機驅(qū)動時繞所述圓筒的縱軸旋轉(zhuǎn)。
7.按權利要求6所述的裝置，其中所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件安置在所述圓筒的外側(cè)。
8.按權利要求7所述的裝置，其中所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件是具有至少ー個開ロ的板，所述板被彎曲成與所述圓筒的彎曲匹配。
9.按權利要求8所述的裝置，其中所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件是環(huán)繞所述圓筒并且與其基本上同心的空心套筒。
10.按權利要求7至9中的任一項所述的裝置，所述裝置還包括環(huán)繞所述至少一個另外的可旋轉(zhuǎn)元件的空心圓筒形式的至少ー個另外的定子。
11.按權利要求6所述的裝置，其中所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件與所述第一個沿所述軸的長度隔開。
12.按權利要求11所述的裝置，所述裝置還包括用于所述另外的可旋轉(zhuǎn)元件的至少ー個另外的定子，所述另外的定子是至少ー個另外的空心圓筒的形式，所述至少ー個另外的空心圓筒中具有至少ー個開ロ以允許液體金屬由所述第一圓筒進入所述另外的圓筒，并且在所述另外的圓筒壁中具有至少ー個開ロ，以允許液體金屬離開所述另外的圓筒。
13.按權利要求11或12所述的裝置，所述裝置還包括與所述第一圓筒和所述另外的圓筒連通的室，從而在使用時，來自所述第一圓筒的液體金屬可以在進入所述另外的圓筒之前積累在所述室中。
14.按權利要求13所述的裝置，其中所述第一和另外的圓筒安置在外殼中，其中所述室在所述圓筒的外壁和所述外殼的內(nèi)壁之間形成。
15.按權利要求6至14中的任一項所述的裝置，所述裝置具有串聯(lián)的多組另外的轉(zhuǎn)子和定子，從而在使用時，所述液體金屬從第一組至最后ー組通過。
16.按權利要求15所述的裝置，所述裝置還包括與最后的一組轉(zhuǎn)子和定子連通的出ロ管，液體金屬可以通過所述出ロ管離開所述裝置。
17.一種用于通過強熔體剪切提供處理過的/調(diào)節(jié)過的液體金屬的方法，所述方法使用如任一在前權利要求中所述的裝置。
18.權利要求17所述的方法，其中所述強剪切提供在高剪切速率下的有效的分散混合和有效率的分布混合，同時防止所述液體表面附近的湍流。
19.權利要求17所述的方法，其中所述強剪切或者在合金液相線之上進行以為了晶粒細化而調(diào)節(jié)液體金屬，或者在合金液相線之下進行以制成半固體漿液。
20.權利要求17所述的方法，其中將所述在液相線之上或之下調(diào)節(jié)過的液體金屬作為原料提供給連續(xù)(或半連續(xù))鑄造エ藝，所述連續(xù)(或半連續(xù))鑄造エ藝包括連續(xù)鑄錠鑄造、用于鑄錠或板坯的直接冷硬鋳造、用于薄帶的雙輥連鑄、用于棒的上引鑄造以及需要液體或半固體金屬作為原料的任何其他連續(xù)(或半連續(xù))鋳造エ藝。
21.權利要求17所述的方法，其中將在所述液相線之上或之下調(diào)節(jié)過的液體金屬作為原料提供給形狀鋳造エ藝，所述形狀鋳造エ藝包括:高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造以及需要液體金屬作為原料的任何其他鋳造エ藝。
22.一種用于將液體金屬脫氣的方法，所述方法通過將惰性氣體引入至熔體并通過使用如權利要求1至16中的任一項所述的裝置進行強熔體剪切而進行。
23.按權利要求22所述的方法，其中將所述惰性氣體通過外部管或通過所述裝置的空心軸引入。
24.按權利要求22所述的方法，其中所述強熔體剪切將大的惰性氣體氣泡分散為較細小的氣泡，并且因此在防止熔體表面附近的湍流的同時提高脫氣效率。
25.按權利要求22所述的方 法，其中將通過所述強熔體剪切脫氣的液體金屬分批地或連續(xù)地提供至特定的鋳造エ藝，所述鑄造エ藝包括:高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造、直接冷硬鋳造、雙輥連鑄以及需要液體或半固體金屬作為原料的任何其他鑄造ェ藝。
26.一種用于制備金屬基體復合材料(MMC)的方法，所述方法通過將固體粒子經(jīng)由通過使用如權利要求1至16中的任一項所述的裝置進行的強熔體剪切引入至液體金屬熔體而進行。
27.權利要求26所述的方法，其中將所述固體粒子或者通過外部管或者通過所述裝置的空心軸引入。
28.權利要求26所述的方法，其中所述強熔體剪切提供所述固體粒子的有效的分散混合和有效率的分布混合。
29.權利要求26所述的方法，其中所述強熔體剪切強制潤濕所引入的固體粒子。
30.權利要求26所述的方法，其中所述強熔體剪切在所述熔體表面附近產(chǎn)生非常弱的流動，從而防止在所述熔體表面附近的氣體和污染物的夾帶。
31.權利要求26所述的方法，其中將通過所述強熔體剪切混合有加強固體粒子的所述液體金屬分批地或連續(xù)地提供至特定的鋳造エ藝，所述鑄造エ藝包括:高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鋳造、熔模鑄造、直接冷硬鋳造、雙輥連鑄以及需要液體金屬作為原料的任何其他鑄造エ藝。
32.一種用于制備金屬基體復合材料(MMC)的方法，所述方法通過將活性氣體引入至所述液體金屬并且用如權利要求1至16中的任一項所述的裝置進行強熔體剪切而進行。
33.權利要求32所述的方法，其中將所述活性氣體或者通過外部管或者通過所述裝置的空心軸引入。
34.權利要求32所述的方法，其中將氧引入至鋁液體金屬以原位形成作為用于鋁基MMC的加強相的氧化物粒子。
35.權利要求32所述的方法，其中使用所述強熔體剪切増加所述反應性氣體與所述液體金屬之間的反應速率，從而分散所原位形成的粒子，并且將所分散的粒子均勻地分布在所述液體金屬中。
36.權利要求32所述的方法，其中所述強熔體剪切在所述熔體表面附近產(chǎn)生非常弱的流動，從而避免在所述熔體表面附近的氣體和污染物的夾帶。
37.權利要求32所述的方法，其中將通過所述強熔體剪切產(chǎn)生的含有加強固體粒子的所述液體金屬提供至砂型鑄造、高壓模鑄、直接冷硬鑄造或雙輥連鑄エ藝。
38.一種用于混合不相混的液體金屬的方法，所述方法通過將ー種不相混的液體金屬引入至另ー種液體金屬并且用如權利要求1至16中的任一項所述的裝置強熔體剪切而進行。
39.權利要求38所述的方法，其中將所述不相混的液體金屬或者通過外部管或者通過所述裝置的空心軸引入。
40.權利要求38所述的方法，其中所述強熔體剪切將所述不相混的液體金屬均勻地混合。
41.權利要求38所述的方法，其中所述強熔體剪切在所述液體金屬表面附近產(chǎn)生非常弱的流動，從而避免在所述液體金屬表面附近的氣體和污染物的夾帶。
42.權利要求38所述的方法，其中將通過所述強熔體剪切混合的不相混的液體金屬分批地或連續(xù)地提供至特定的鋳造エ藝，所述鑄造エ藝包括高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鋳造、熔模鑄造、直接冷硬鋳造、雙輥連鑄，或需要液體金屬作為原料的任何其他鋳造ェ藝。
43.一種用于通過強熔體剪切而連續(xù)地或半連續(xù)地直接冷硬(DC)鋳造具有細小且均勻的顯微構(gòu)造并且沒有化學偏析的鑄錠或板坯的方法，其中通過使用如權利要求1至16中的任一項所述的裝置將熔融的金屬在DC鋳造機的儲槽中連續(xù)地并且強烈地剪切。
44.權利要求43所述的方法，所述方法在所述鑄錠中產(chǎn)生顯著的晶粒細化和減少的鑄造缺陷。
45.權利要求43所述的方法，其中所述裝置在所述DC鑄模的儲槽中提供強液體流動，從而導致所述鑄錠的顯微構(gòu)造和化學組成的均勻化。
46.權利要求43所述的方法，其中所述裝置在所述DC鋳造機中的液體表面附近提供非常弱的液體流動，從而減少/避免在所述液體金屬表面附近的氣體和污染物的夾帶。
47.按權利要求17至46中的任一項所述的方法，其中所述強剪切在IRPM至50000RPM范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速進行。
48.一種用于連續(xù)地或半連續(xù)地直接冷硬(DC)鋳造具有細小且均勻的顯微構(gòu)造并且沒有化學偏析的鑄錠或板坯的設備，所述設備包括常規(guī)DC鋳造機和如權利要求1至16中的任一項所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于通過強熔體剪切處理液體金屬的設備(高剪切裝置)和方法。該設備包括在其之間具有小的間隙的定子和轉(zhuǎn)子以提供強熔體剪切，用于在液體金屬中有效地分散并均勻地分布氣相、液相和固相而不在熔體表面產(chǎn)生嚴重的湍流。該裝置可以通過同心地(一個套一個)或垂直地排列單獨的轉(zhuǎn)子/定子組合體而擴展為多級高剪切泵?？梢匀菀椎貙⒃撗b置和高剪切泵集成至現(xiàn)有鑄造工藝中。該裝置適合于在包括以下各項的鑄造工藝中使用高壓模鑄、低壓模鑄、重力模鑄、砂型鑄造、熔模鑄造、直接冷硬鑄造、雙輥連鑄以及需要液體金屬作為原料的任何其他鑄造工藝。此外，該裝置特別適合于提供用于金屬材料的形狀鑄造和連續(xù)(或半連續(xù))鑄造兩者的調(diào)節(jié)過的液體金屬、制備高品質(zhì)半固體漿料、顆粒加強的金屬基體復合材料的固化加工、混合不相混的金屬液體以及液體金屬在任何鑄造工藝之前的脫氣。
文檔編號F27D27/00GK103097846SQ201180044215
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者范仲云, 左玉波, 姜博 申請人:布魯內(nèi)爾大學