低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法，包括保溫爐和抽真空系統(tǒng)，所述抽真空系統(tǒng)包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接；操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)三通閥，當(dāng)三通閥旋向真空接頭時(shí)，開啟真空泵，對(duì)保溫爐進(jìn)行抽真空，此時(shí)爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會(huì)不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時(shí)間后解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進(jìn)行澆鑄；本發(fā)明有很強(qiáng)的除氫除渣效果，解決了鋁合金低壓鑄造中鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生的氫含量和氧化夾渣量顯著回升的問題，降低了鑄件的報(bào)廢率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作。
【專利說明】低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鑄造合金熔煉及鑄造設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高、易成形等有點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械等領(lǐng)域。在鋁合金生產(chǎn)過程中，尤其是在鋁錠制備、鑄件制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量的孔洞缺陷，造成鋁錠或者鋁合金鑄件的性能，特別是力學(xué)性能，大幅度的下降甚至是報(bào)廢，導(dǎo)致成品率低，能源浪費(fèi)大。研究表明，導(dǎo)致鋁合金孔洞的主要原因是熔體中氫及氧化夾雜的存在。氫在固態(tài)鋁中的溶解度很小為0.034ml/100gAl，而在液態(tài)鋁中的溶解度很大為
0.65ml/100gAl，這種巨大的溶解度差異使得凝固過程中氫在固液界面前沿大量聚集。由于不能完全從熔體中逸出，過飽和的氫易于依托熔體中的夾雜形核并長(zhǎng)大形成孔洞缺陷。因而要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件必須進(jìn)行熔體凈化處理。
[0003]傳統(tǒng)的熔體凈化主要是吸附凈化，吸附凈化是指依靠精煉劑的吸附作用除去鋁液中的氣體和夾雜物的目的。主要包括:過濾法、熔劑法和氣泡浮游法。精煉工藝為向熔體中加入精煉劑(熔劑)，如C2C16、JDLF-1等，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，對(duì)操作人員有害，且容易引入新的雜質(zhì)，效率低；或者通過旋轉(zhuǎn)噴吹惰性氣體、氮?dú)?，但是效果不夠穩(wěn)定，通入的氣泡尺寸大或產(chǎn)生合泡時(shí)效果不好，通入的氣體除濕不夠反而會(huì)增加孔洞缺陷，尤其通入氮?dú)鈺r(shí)，溫度控制不當(dāng)會(huì)與鋁熔體發(fā)生反應(yīng)，反而污染熔體。真空靜置法除氫是一種非吸附凈化方法，是基于亨利定律，對(duì)鋁合金熔體表面抽真空，降低氫分壓，使其在鋁合金熔體中的溶解度降低而進(jìn)行除氫的，一般在IOmmHg真空度時(shí)，氫即可減少到0.lml/100gAl。另一方面，真空靜置時(shí)，鋁熔體中產(chǎn)生的大量氫氣泡上浮也可以帶走非金屬夾雜物，使鋁熔體凈化。
[0004]然而采用傳統(tǒng)的熔劑法和氣泡法凈化處理后轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)坩堝內(nèi)時(shí)鋁液流與空氣激烈接觸、在坩堝內(nèi)翻滾，導(dǎo)致鋁熔體中氫含量和氧化夾渣量顯著回升，基本上喪失了前期熔體凈化處理的效果，從而易導(dǎo)致鑄件中產(chǎn)生孔洞缺陷而報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置及其除渣方法，其有很強(qiáng)的除氫除渣效果，解決了鋁合金低壓鑄造中鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生的氫含量和氧化夾渣量顯著回升的問題，降低了鑄件的報(bào)廢率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，包括保溫爐和抽真空系統(tǒng)，所述抽真空系統(tǒng)包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接；
所述保溫爐設(shè)有壓縮空氣接頭；所述抽真空系統(tǒng)包括真空接頭、冷卻裝置、真空泵，所述抽真空系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)之間設(shè)有三通閥，所述三通閥的第一開口與壓縮空氣接頭連接，第二開口與真空接頭的一端連接，第三開口與氮?dú)馄窟B接；所述真空接頭另一端通過真空快卸法蘭與冷卻裝置連接；所述冷卻裝置與真空泵之間通過橡膠軟管連接，所述橡膠軟管上設(shè)有抽真空閥和破真空閥；所述保溫爐包括設(shè)置在保溫爐內(nèi)的坩堝，所述保溫爐內(nèi)設(shè)有升液管，所述升液管上部伸出保溫爐，升液管伸出保溫爐的部分設(shè)有爐蓋，所述爐蓋上安裝有自密封壓塊；
所述冷卻裝置包括冷卻槽和冷卻管，所述冷卻管一端與真空接頭連接，另一端與橡膠軟管連接；所述冷卻管置于冷卻槽中，所述冷卻槽內(nèi)盛裝有冷卻液；
所述冷卻管設(shè)置成螺旋狀；
所述自密封壓塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈；
所述抽真空系統(tǒng)置于平板推車上。
[0007]本發(fā)明的另一技術(shù)目的是提供一種基于上述裝置的除渣方法，操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)三通閥，當(dāng)三通閥旋向真空接頭時(shí)，開啟真空泵，對(duì)保溫爐進(jìn)行抽真空，此時(shí)爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會(huì)不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時(shí)間后解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進(jìn)行澆鑄。
[0008]通過以上技術(shù)方案，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
在密封塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈，依靠自密封壓塊的壓塊自重壓在爐蓋上，更好的密封爐體；通過旋轉(zhuǎn)三通閥進(jìn)行操作，當(dāng)三通閥旋向真空接頭時(shí)，開啟真空泵，對(duì)保溫爐進(jìn)行抽真空，此時(shí)爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會(huì)不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時(shí)間后解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進(jìn)行澆鑄；本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作很方便，同時(shí)本發(fā)明的裝置適用于易形成孔洞或者氣密性要求較高的鋁合金鑄件的熔體制備，在進(jìn)行生產(chǎn)使無需使用精煉劑，無污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1為保溫爐，2為坩堝,3為升液管,4為爐蓋,5為三通閥,6為自密封壓塊,7為真空接頭，8為真空快卸法蘭，9為抽真空閥，10為破真空閥，11為橡膠軟管，12為真空泵，13為平板推車，14為冷卻管，15為冷卻槽。
【具體實(shí)施方式】
[0010]附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0011]真空靜置法除氫是一種非吸附凈化方法，是基于亨利定律，對(duì)鋁合金熔體表面抽真空，降低氫分壓，使其在鋁合金熔體中的溶解度降低而進(jìn)行除氫的，一般在IOmmHg真空度時(shí)，氫即可減少到0.lml/lOOgAl。另一方面，真空靜置時(shí)，鋁熔體中產(chǎn)生的大量氫氣泡上浮也可以帶走非金屬夾雜物，使鋁熔體凈化。
[0012]圖1所示，本發(fā)明所述的真空靜置除氣除渣裝置的工作原理是:
通過旋轉(zhuǎn)三通閥進(jìn)行操作，當(dāng)三通閥旋向真空接頭時(shí)，開啟真空泵，對(duì)保溫爐進(jìn)行抽真空，此時(shí)爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會(huì)不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時(shí)間后解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進(jìn)行澆鑄；在密封塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈，依靠自密封壓塊的壓塊自重壓在爐蓋上，用于密封爐體。
[0013]以下將通過比較采用本發(fā)明所述真空靜置除氣除渣裝置生產(chǎn)的成品與兩個(gè)對(duì)照試驗(yàn)成品進(jìn)行比較，以說明本發(fā)明所述的真空靜置除氣除渣裝置，在鋁合金低壓鑄造技術(shù)中的進(jìn)步，具體為:
實(shí)施例1
外界環(huán)境:室內(nèi)溫度30° C，多云、潮濕。
[0014]對(duì)照1:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)保溫爐內(nèi)，取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測(cè)氫儀專用鑄型中進(jìn)行減壓凝固，得樣品I ;
對(duì)照2:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，加三元精煉劑進(jìn)行熔體處理，靜置10分鐘后加Sr變質(zhì)，保溫30分鐘后進(jìn)行N2氣旋轉(zhuǎn)噴氣除氣處理20分鐘；之后取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測(cè)氫儀專用鑄型中進(jìn)行減壓凝固，冷卻后得樣品2 ；
對(duì)照3:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)保溫爐內(nèi)后，采用本發(fā)明所述裝置進(jìn)行真空靜置30分鐘，之后取少量鋁熔體澆鑄到減壓凝固測(cè)氫儀專用鑄型中進(jìn)行減壓凝固，得樣品3。
[0015]結(jié)果顯示，樣品I表面平整，只有少量的幾個(gè)孔泡，表明鋁熔體質(zhì)量較好，氫、渣含量較低；樣品2表面明顯上鼓，存在大量的孔眼表明熔體質(zhì)量很差，氫、渣含量高；樣品3表面基本上與樣品I相同，表面平整，基本上沒有孔泡。結(jié)果表明，采用本發(fā)明所述裝置進(jìn)行真空靜置，有明顯的除氣除渣效果。
[0016]實(shí)施例2
外界環(huán)境:室內(nèi)溫度30° C，多云、潮濕。
[0017]對(duì)照1:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)保溫爐內(nèi)后，取少量鋁體澆鑄到激冷測(cè)氫樣專用厚銅模中，冷卻后加工出測(cè)氫樣I ;
對(duì)照2:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，加三元精煉劑進(jìn)行熔體處理，靜置10分鐘后加Sr變質(zhì)，保溫30分鐘后進(jìn)行N2氣旋轉(zhuǎn)噴氣除氣處理20分鐘。之后取少量鋁體澆鑄到激冷測(cè)氫樣專用厚銅模中，冷卻后加工出測(cè)氫樣2 ；
對(duì)照3:原料為ZLlOl鋁合金錠，電爐中加熱到760°C熔清后保溫30分鐘，降溫到730°C后，鋁熔體轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)保溫爐內(nèi)后，采用本發(fā)明所述裝置進(jìn)行真空靜置30分鐘，取少量鋁體澆鑄到激冷測(cè)氫樣專用厚銅模中，冷卻后加工出測(cè)氫樣3 ；
對(duì)所得的三個(gè)樣品在精密測(cè)氫儀上進(jìn)行氫含量的測(cè)定，得到如下表I結(jié)果:
表I A356合金不同狀態(tài)下的氫含量測(cè)試結(jié)果(ppm):
測(cè)氫樣號(hào)11 |2 |3
氫含量(ppm) |θ.32 |θ.16 |θ.15~
【權(quán)利要求】
1.一種低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，包括保溫爐和抽真空系統(tǒng)，其特征在于:所述抽真空系統(tǒng)包括冷卻裝置和真空泵，所述保溫爐與冷卻裝置連接，冷卻裝置與真空泵依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特征在于:所述保溫爐設(shè)有壓縮空氣接頭；所述抽真空系統(tǒng)包括真空接頭、冷卻裝置、真空泵，所述抽真空系統(tǒng)與抽真空系統(tǒng)之間設(shè)有三通閥，所述三通閥的第一開口與壓縮空氣接頭連接，第二開口與真空接頭的一端連接，第三開口與氮?dú)馄窟B接；所述真空接頭另一端通過真空快卸法蘭與冷卻裝置連接；所述冷卻裝置與真空泵之間通過橡膠軟管連接，所述橡膠軟管上設(shè)有抽真空閥和破真空閥；所述保溫爐包括設(shè)置在保溫爐內(nèi)的坩堝，所述保溫爐內(nèi)設(shè)有升液管，所述升液管上部伸出保溫爐，升液管伸出保溫爐的部分設(shè)有爐蓋，所述爐蓋上安裝有自密封壓塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特征在于:所述冷卻裝置包括冷卻槽和冷卻管，所述冷卻管一端與真空接頭連接，另一端與橡膠軟管連接；所述冷卻管置于冷卻槽中，所述冷卻槽內(nèi)盛裝有冷卻液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特征在于:所述冷卻管設(shè)置成螺旋狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特征在于:所述自密封壓塊的下端面與爐蓋之間嵌入耐高溫密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置，其特征在于:所述抽真空系統(tǒng)置于平板推車上。
7.—種如權(quán)利要求1所述的低壓鑄造保溫爐的真空靜置除氣除渣裝置的除渣方法，其特征在于:操作時(shí)，旋轉(zhuǎn)三通閥，當(dāng)三通閥旋向真空接頭時(shí)，開啟真空泵，對(duì)保溫爐進(jìn)行抽真空，此時(shí)爐腔中氫的分壓降低，鋁合金熔體中的氫會(huì)不斷析出，從而降低熔體中的氫含量，保持一定時(shí)間后解除真空，三通閥旋向壓縮空氣接頭，即可進(jìn)行澆鑄。
【文檔編號(hào)】B22D1/00GK103785813SQ201410005920
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】楊金德, 廖恒成, 曹培新, 趙磊, 陳立新, 孫浩 申請(qǐng)人:南通宏德機(jī)電有限公司, 東南大學(xué)