一种浇压铸铝产品精炼装置及其工艺

摘要

本发明提供一种浇压铸铝产品精炼装置，包括熔解炉和封闭保温炉，所述熔解炉上方设置有可升降的搅拌转轴及套于搅拌转轴的搅拌叶片，所述搅拌转轴内设有用于通入惰性气体的中通孔，所述熔解炉经输料管与密闭保温炉相连接，所述保温炉设有的排液管，所述精炼装置还包括抽真空泵，所述保温炉通过抽真管道与抽真空泵相连通，本发明还提供一种浇压铸铝产品精炼工艺，本发明还包括一种浇压铸铝产品精炼工艺，该工艺可使铝锭熔解经除氢处理至保温工艺的整个输送过程，有效地避免精炼铝液在转移过程中二次吸氢氧化，减少铝制品的气孔与杂质，大大提高浇压铸铝产品的质量，应用前景广泛。

权利要求

1.一种浇压铸铝产品精炼工艺，其特征在于，包括一种浇压铸铝产品精炼设备，所述设备包括熔解炉和封闭保温炉，所述熔解炉上方设置有可升降的搅拌转轴及套于搅拌转轴的搅拌叶片，所述搅拌转轴内设有用于通入惰性气体的中通孔，所述熔解炉经输料管与密闭保温炉相连接，所述保温炉设有排液管，所述精炼设备还包括抽真空泵，所述保温炉通过抽真管道与抽真空泵相连通，所述熔解炉内置有用于装盛铝液的第一坩埚，所述第一坩埚周壁与底部包裹有保温层，所述保温层周部设有加热装置，所述保温炉内置有用于装盛铝液的第二坩埚，所述第二坩埚周壁与底部包裹有保温层，所述保温层周部设有加热装置，所述第二坩埚底部设有凸起，所述输料管设有控制铝液流通的启闭阀，所述抽真管道上设有抽真空阀，所述保温炉连接有空压机且连接管道上设置有进气阀门，所述保温炉还设置有压力表和安全阀，所述排液管内设有铝液过滤装置，并按以下步骤进行：（1）将预热好的铝锭放入熔铝炉进行过热熔解，设定熔解的过热温度为680～800℃；

（2）待铝锭熔解后向熔解炉内置入搅拌装置搅拌铝液，向搅拌装置的搅拌转轴内的中通孔通入惰性气体；

（3）开启抽真空泵，使密闭保温炉处于真空状态；

（4）使熔解后的铝液通过输料管进入保温炉进行保温，堆积于熔解炉铝液上方的惰性气体由于比重大也随之进入保温炉内，并在保温炉铝液上方形成隔离层，所述保温炉的温度控制在670~750℃；

（5）向保温炉内通入气体，以提高保温炉内压力从而提高保温炉内铝液在排液工作时的势能，使铝液可通过排液管快速排出。

2.根据权利要求1所述的浇压铸铝产品精炼工艺，其特征在于，所述输料管与排液管内壁涂覆有氮化硼、氟化铝或氟化铜涂层。

说明书

一种浇压铸铝产品精炼装置及其工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及一种浇压铸铝产品精炼装置及其工艺。

背景技术

[0002] 铸造铝合金以其密度小、比强度高、塑性好、导电导热性好和容易加工等优点，而广泛应用于航空航天、汽车、机械和电子等各个领域。但是，铸造铝合金在熔炼过程中可能会导致铸件产生一系列的缺陷，如针孔、气孔、夹渣等。因此，如何提高熔炼质量一直都是铸件实际生产中需要思考的问题。铸造铝合金在熔炼中的夹杂物主要为氢和三氧化二铝，如果精炼工艺不当，铝铸件的连续性和致密性受到破坏，必然降低铸件的性能。

[0003] 铝合金精炼的方法较多，主要分为吸附法与非吸附法。非吸附包括直流电法、压力结晶法及化合脱气法等，但是这些工艺多半停留在实验室阶段，要大规模应用到实际生产中尚有一定的距离。吸附法主要包括使用介质过滤法及浮游法两大类，因浮游法操作简单且不会产生熔剂夹渣，故浮游法应用最为广泛，。

[0004] 浮游法是在精炼铝时，向铝液中通入气体（Cl2、N2或Ar），在铝液中形成气泡上浮，上浮中，铝液中的氢扩散入气泡中，气泡逸出液面后散发到空气中的同时将氢气带出，而达到除氢的目的。然而采用Cl2脱氢虽具有极佳效果，但造成严重环境污染，后采用N2或Ar等非活性气体脱氢，无须废气处理设施，成为环保型工艺。

[0005] 另外还有基于气泡漂浮理论设计除气用钟罩，使用该钟罩可以减小气泡的尺寸，降低气泡上浮的速度，延长上浮时间，同时可以避免反应后的杂质对铝液进行二次污染，钟罩采用高纯石墨制造，又可避免合金液增铁。

[0006] 英国FOSECO 公司也研制出旋转转子除气机，用于铝合金液除气。它的作用原理是:旋转转子把普通的惰性气体大气泡打散成为细小的气泡，并使其分散在金属液中，通过减小气泡直径，使气泡表面积急剧增大，则有更多的惰性气泡表面与金属液中的氢气和杂质接触，从而提高除气效率。

[0007] 然而，以上所述的精炼铝的方法都只应用于在铝锭熔解炉内，当需要将精炼后的铝液倒入模具浇压铸成铝产品时，则采用人工或机械设备将铝液倒入保温炉内，再经由保温炉输送铝液至模具，这样精炼完成的铝液在转移的过程中将无法避免地与外界空气或与保温炉内的空气接触，因而造成精炼铝液的二次吸氢氧化。

发明内容

[0008] 本发明对上述现有精炼工艺精炼效果较差和浇压铸铝产品过程中铝液易受到二次吸氢氧化的问题，设计出一种浇压铸铝产品精炼装置及一种浇压铸铝产品精炼工艺。

[0009] 为了实现上述目的，本发明的技术方案一是：一种浇压铸铝产品精炼装置，包括熔解炉和封闭保温炉，所述熔解炉上方设置有可升降的搅拌转轴及套于搅拌转轴的搅拌叶片，所述搅拌转轴内设有用于通入惰性气体的中通孔，所述熔解炉经输料管与密闭保温炉相连接，所述保温炉设有的排液管，所述精炼装置还包括抽真空泵，所述保温炉通过抽真管道与抽真空泵相连通。

[0010] 进一步的，所述熔解炉内置有用于装盛铝液的第一坩埚，所述第一坩埚周壁与底部包裹有保温层，所述保温层周部设有加热装置。

[0011] 进一步的，所述保温炉内置有用于装盛铝液的第二坩埚，所述第二坩埚周壁与底部包裹有保温层，所述保温层周部设有加热装置，所述第二石埚底部设有凸起。

[0012] 进一步的，所述输料管设有控制铝液流通的启闭阀，所述抽真管道上设有抽真空阀。

[0013] 进一步的，所述保温炉连接有空压机且连接管道上设置有进气阀门，所述保温炉还设置有压力表和安全阀。

[0014] 进一步的，所述排液管内设有铝液过滤装置。

[0015] 进一步的，所述输料管与排液管内壁涂覆有氮化硼、氟化铝或氟化铜涂层。

[0016] 为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种浇压铸铝产品精炼工艺，包括如权利要求 1 所述的一种浇压铸铝产品精炼设备，并按以下步骤进行：

[0017] （1）将预热好的铝锭放入熔铝炉进行过热熔解，设定熔解的过热温度为680～800℃；

[0018] （2）待铝锭熔解后向熔解炉内置入搅拌装置搅拌铝液，向搅拌装置的搅拌转轴内的中通孔通入惰性气体；

[0019] （3）开启抽真空泵，使密闭保温炉处于真空状态；

[0020] （4）使熔解后的铝液通过输料管进入保温炉进行保温，堆积于熔解炉铝液上方的惰性气体由于比重大也随之进入保温炉内，并在保温炉铝液上方形成隔离层，所述保温炉的温度控制在670~750℃；

[0021] （5）向保温炉内通入气体，以提高保温炉内压力，提高保温炉内铝液在排液工作时的势能，使铝液通过排液管快速排出。

[0022] 进一步的，所述的惰性气体为氩气或氮气。

[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0024] 一、在铝液倒入保温炉前对保温炉进行抽真空，一方面有效地避免了铝液受到保温炉内空气的影响而二次吸氢氧化，另一方面由熔解炉引入的铝液上方堆积有惰性气体，由于惰性气体的比重较大，也随铝液进入保温炉并在保温炉铝液的上表面形成隔离层，使铝锭熔解经除氢处理再进入保温炉的整个输送过程都实现与外界空气隔绝，大大提高了铸造铝产品的产品质量。

[0025] 二、熔解炉精炼铝时，向铝液中通入惰性气体，在铝液中形成微小的惰性气体的气泡，铝液中的氢原子将迁向惰性气体气泡壁，形成氢分子并扩散进入气泡，带有H2的惰性气体气泡在上浮时，不断吸收氢，最终逸出液面后，散发到空气中，惰性气体在铝液表面形成隔离层从而实现铝液除氢的目的，该方法操作简单，除氢率高。

[0026] 三、所述保温炉内第二坩埚底部设有凸起，可实现铝液的快速分流，形成环流现象，避免了铝液对坩埚底部的直接冲击，大大减少了坩埚损耗，延长坩埚的耐用度，同时，铝液内部的惰性气体也可快速逸出，在保温炉铝液的表面形成隔离层。

[0027] 四、保温炉内还设置有空气气体加压阀，利用保温炉施加空气压力、铝液物料自重以及保温炉上液面和模具型腔面落差压强几种因素共同形成的势能使保温炉内的铝液在进入模具型腔时具有较高的流速，以提高成型铝产品表面质量。

[0028] 五、所述输料管内部涂敷有氮化硼或氟化铝、氟化铜涂层，使管路在400～1000℃以上都仍保持着良好的电绝缘性能。

[0029] 综上，本发明浇压铸铝产品精炼装置结构简单，操作方便，运用该装置所形成的浇压铸铝产品精炼工艺方法可避免精炼铝液在转移过程中二次吸氢氧化，减少铝制品的气孔与杂质，大大提高浇压铸铝产品的质量，应用前景广泛。

附图说明

[0030] 图1为本发明结构示意图。

[0031] 图中：1-熔解炉，2-保温炉，3-抽真空泵，4-加热装置，5-空压机，11-搅拌转轴，12-第一坩埚，13-保温层，21-输料管，22-排液管，23-抽真管道，24-第二坩埚，25-压力表，26-安全阀，51-进气阀门，111-搅拌叶片，211-启闭阀，221-过滤装置，231-抽真空阀。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

[0033] 如图1所示，一种浇压铸铝产品精炼装置，包括熔解炉1和封闭保温炉2，所述熔解炉1内设置有可升降的搅拌转轴11及套于搅拌转轴11的搅拌叶片111，所述搅拌转轴11内设有用于通入惰性气体的中通孔，所述熔解炉1经输料管21与密闭保温炉2相连接，所述保温炉2设有排液管22，所述精炼装置还包括抽真空泵3，所述保温炉通过抽真管道23与抽真空泵3相连通。

[0034] 所述的熔解炉1可位于封闭保温炉2的高处，以提高铝液的势能，搅拌转轴11可升降，一开始位于熔解炉1的上方，当铝锭放入熔解为液体后降下，置于熔解炉1的铝液中搅拌。

[0035] 铝锭熔解时，将带有搅拌叶片111的搅拌转轴11伸入熔解炉底部，同时在旋转叶片111搅拌铝液的同时向导气管通入惰性气体，所述的惰性气体可以为氩气或氮气，喷出的惰性气体形成细小气泡在铝液中呈螺旋状上升。由于惰性气体的气泡中的H2的分压约为0Pa，铝液中的氢原子将迁向惰性气体气泡壁，形成氢分子并扩散进入惰性气体形成的气泡中，带有H2的惰性气体气泡在上浮时，不断吸收氢，最终逸出液面后，散发到空气中并与空气中氧气接触燃烧，从而达到除氢的目的。

[0036] 由于惰性气体相对于空气中的氢、氧分子重量大，因而会堆积在溶解炉1的铝液表面形成惰性气体隔离层，从而阻止熔解炉1上方空气中的氢气再次被铝液吸收。本发明的创新点在于，抽真空泵3可以将保温炉2抽真空，使保温炉2处于真空状态，当熔解炉1中的铝液通过管道全部流入保温炉2后，原来留置于溶解炉1上方的惰性气体也随之进入保温炉2内，在保温炉2内的铝液表面也形成惰性气体隔离层，实现了从熔解到保温的全过程与空气的完全隔绝，避免了铝液的二次吸氢氧化。

[0037] 另外，熔解炉1内还可以加入氯化钾、氯化钠、氟铝酸钠等精炼剂，这些物质也会在铝液的表面形成氧化保护层，在熔解至保温的过程中，避免铝液被空气中氧气氧化。

[0038] 所述熔解炉内置有用于装盛铝液的第一坩埚12，所述第一坩埚周壁与底部包裹有保温层13，所述保温层13周部设有加热装置4。

[0039] 所述保温炉内置有用于装盛铝液的第二坩埚24，所述第二坩埚周壁与底部包裹有保温层，所述保温层周部设有加热装置，所述第二坩埚24底部设有凸起。

[0040] 所述的第一坩埚12与第二坩埚24材料为石墨或粘土等具有有良好的热导性和耐高温性的材料，所述第二坩埚24底面中部设有凸起，可避免铝液对第二坩埚24的直接冲击，减少坩埚的损耗，延长坩埚的使用寿命。

[0041] 所述输料管21设有控制铝液流通的启闭阀211，所述抽真管道23上设有抽真空阀231。

[0042] 所述保温炉连接有空压机5且连接管道上设置有进气阀门51，所述保温炉2设置有压力表25和安全阀26。

[0043] 设备安装时，熔解炉1设置在保温炉2的高处，使熔化的铝液具有一定势能，可在重力的作用下通过输料管21流入保温炉2中，输料管21设置有启闭阀211控制铝液的进出，保温炉2在安装后与外部连接的管道都处于封闭封闭状态，以实现抽真空泵工作后形成真空状态。

[0044] 所述排液管内设有过滤装置221。所述的过滤装置221可以为过滤网，过滤网的网孔的孔径为30～50目，主要用于隔离铝液中的杂质。

[0045] 所述输料管21与排液管22内壁涂覆有氮化硼、氟化铝或氟化铜涂层，这样使管路在400～1000℃以上都仍保持着良好的电绝缘性能。

[0046] 为了实现上述目的，本发明的技术方案二是：一种浇压铸铝产品精炼工艺，包括上述的一种浇压铸铝产品精炼设备，并按以下步骤进行：

[0047] （1）将预热好的铝锭放入熔铝炉进行过热熔解，设定熔解的过热温度为680～800℃；

[0048] 在铝锭熔解前，可在在熔解炉1的上方设置物料预热区域，利用熔解炉的热传导、热辐射对铝锭进行加热，可先除物料表面的水分和结晶水500°，这样可有效减少熔液中因物料表面水分分解而产生氢气溶入熔液中，同时也可利用热能，将已预热的铝锭放入熔解炉中在680～800℃熔解形成铝液。

[0049] 熔解炉1内还可以加入氯化钾、氯化钠、氟铝酸钠等精炼剂，这些物质可也会在铝液的表面形成氧化保护层，使铝液在熔解至保温的过程中，避免铝液被空气中氧气氧化。

[0050] （2）待铝锭熔解后向熔解炉内放入搅拌装置搅拌铝液，向搅拌装置的搅拌转轴内的中通孔通入惰性气体；

[0051] 氢在熔态铝中的熔解度约为固态铝的20倍，熔态铝中存在的H2占其所含气体的85%。过热的熔液能够在熔解过程中吸收空气中的水气使之分解成H2和O2，这样就会使水气中的 H2 进入铝熔液中，且铝熔液中的氢气含量是随着温度的升高而上升。

[0052] 将带有搅拌叶片111的搅拌转轴11伸入熔解炉底部，搅拌转轴11可由碳化硅管或退火紫铜管、石墨等作为材料，搅拌转轴11的中部设有中空通孔以形成导气管，在旋转叶片111搅拌铝液的同时向导气管通入惰性气体，所述的惰性气体可以为氩气或氮气，喷出的惰性气体形成细小气泡在铝液中呈螺旋状上升。

[0053] 由于惰性气体的气泡中的H2的分压约为0Pa，铝液中的氢原子将迁向惰性气体气泡壁，形成氢分子并扩散进入惰性气体形成的气泡中，带有H2的惰性气体气泡在上浮时，不断吸收氢，最终逸出液面后，散发到空气中并与空气中氧气接触燃烧，从而达到除氢的目的，惰性气体重量较大，因而会堆积在溶解炉1的铝液表面形成隔离层，从而阻止逸散入熔解炉1上方空气中的氢气再次被铝液吸收。

[0054] 一开始搅拌叶片111的转速不能过快，需要保持铝液面稳定，以防止铝液面表面波动过大表面形成的氧化膜和惰性气体隔离层被破坏，造成表面吸氢。

[0055] （3）开启抽真空阀，利用抽真空泵使密闭保温炉处于真空状态；

[0056] 利用抽真空泵，使密封状态下的保温炉2达到真空状态，真空状态下的保温炉达到0.7～0.95个负压真空度。

[0057] （4）打开输料管21的启闭阀211使熔解后的铝液通过输料管21进入保温炉2进行保温，堆积于熔解炉1铝液上方的惰性气体由于比重大也随之进入保温炉2内，并在保温炉2铝液上方形成隔离层，所述保温炉的温度控制在670~750℃；

[0058] 熔解炉1可设置在保温炉2的高处，使熔化的铝液具有一定势能，打开启闭阀211后，铝液在真空负压及重力势能的影响下快速地由输料管21通入保温炉2内，溶解炉1内的惰性气体也随之进入保温炉2内，保温炉2内的第二坩埚24底部设有凸起，铝液由输料管21出口流入后可实现铝液的左右分流，形成环流现象，不会对第二坩埚24底部造成直接冲击，可延长坩埚24的使用寿命。

[0059] 由于惰性气体重量较大，因而会堆积在溶解炉1的铝液表面形成惰性气体隔离层，从而阻止熔解炉1上方空气中的氢气再次被铝液吸收。本发明的创新点在于，抽真空泵3可以将保温炉2抽真空，使保温炉2处于真空状态，当熔解炉1中的铝液通过管道全部流入保温炉2后，原来留置于溶解炉1上方的惰性气体也随之进入保温炉2内，在保温炉内的铝液表面也形成惰性气体隔离层，在熔解炉1内由精炼剂在铝液表面所形成氧化保护层也会同时进入保温炉2内，使铝液在熔解至保温的过程中实现了从熔解到保温的全过程与空气的完全隔绝，避免了铝液的二次吸氢氧化。

[0060] 此外，还可以在保温炉2内还可以加入晶粒细化剂，使铝液细化晶粒，均匀组织，进而提高机械性能。精炼剂不仅可以细化晶粒还有复合脱氧功能，提高脱氧效果，有效地改善了铝液的流动性，大幅减少产品内外的夹杂和气孔，大幅减少缩孔和缩松，提升了铝产品的质量。

[0061] （5）向保温炉内通入气体，以提高保温炉内压力，使保温炉内铝液通过排液管排出。

[0062] 在铝产品成型过程中需要将保温炉2内的铝液压射入模具型腔内，为了保证铝产品的成型质量，避免流速过慢铝液过早凝结而无法充满模具型腔的缺陷，保温炉2内还设置有气体加压装置，开启空压机5与进气阀门51，向保温炉2内通入气体，以提高保温炉2内压力，使保温炉2内铝液通过排液管22排出，利用保温炉施加的空气压力、铝液物料自重以及保温炉上液面和模具型腔面落差压强几种因素共同形成的势能使保温炉2内的铝液在进入模具型腔时具有较高的流速，以提高成型铝产品表面质量和机械性能。

[0063] 本发明浇压铸铝产品精炼装置结构简单，操作方便，运用该装置所形成的浇压铸铝产品精炼工艺方法可有效地避免精炼铝液在转移过程中二次吸氢氧化，减少铝制品的气孔与杂质，大大提高浇压铸铝产品的质量，应用前景广泛。

[0064] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。