铝合金熔体的炉内精炼处理其净化效果是有限的,而且熔体在流送过程中易产生二次污染,因此难以控制熔体中的杂质(氢、碱性金属、非金属夹杂),尤其是每年6月~9月高温多雨季节,铸锭中气孔、夹杂等严重影响其内部质量,导致铝材成品率降低。下面对旋转喷嘴除气装置进行详细介绍,其他除气装置的原理、流程等与其相似。

1、除气工艺流程和原理

精炼气体流程:惰性气体储气罐→在线除气装置气体控制柜→石墨转子喷头→处理的铝合金熔体→进行净化除气处理。

工作原理:在保温炉和铸造机之间放置除气装置,在除气处理池中通过旋转的石墨转子将吹入铝合金熔体的氮气切碎,形成大量的弥散气泡,使铝合金液与氮气在处理池中充分接触,根据气压差和表面吸附原理,气泡在熔体中吸收熔体中的氢,以及吸附氧化夹渣(大的以碰撞的方式,小的以径向拦截方式)之后上升到熔体的表面形成浮渣。而铝合金熔体从除气装置的出口(设在浮渣下部)流向铸造机,铝合金液连续进入除气装置,氮气连续吹入,随着净化处理的行,达到净化铝合金液的目的。

2、除气装置主要组成部分

2.1 处理箱

处理箱包括净化室与加热保温室两个内腔,中间用SiC材质的隔板隔开,两室的底部连通,铝合金液在净化室进行除气除渣后,从隔板下方流入保温室静置保温,保温室采用U形硅碳捧外套碳化硅保护管浸入铝合金液对其加热.箱体外壳由10 mm钢板制成,内衬采用耐火材料整体浇注而成,在侧壁上部设有观察查、扒渣口,底部设有清渣口。处理箱前后连体为独立的一个内腔.便于加热器直接传导,对处理后的铝合金液进行潜流输送。在我公司建议下,在箱体两侧壁的下部设有清渣门,不用启动箱盖即可完成腔内清渣,延长了箱体内腔的使用寿命,其保温性能也有所提高,热损失减小、经加热器的热补偿,完全可以满足生产工艺对温度的要求;箱体封闭性好,可以避免空气进入箱内,避免铝合金液受二次污染。配有液压倾翻装置,铸造工作完成后或合金更换时可以彻底放流,箱内完全可做到彻底清空。加热器不必长时间通电保温,可以相对降低电耗。

2.2 升降系统

为保证其准确定位采用两个液压缸作为升降装置,分别用于控制石墨转子与U形硅碳棒加热器加热系统的垂直上下运动,并可以进行90°水平方向旋转,液压系统相对较为稳定,定位准确。

2.3 加热系统

加热系统采用浸入式加热器,U形硅碳棒外套圆柱形的碳化硅或氮化硅保护管。在管内设有测温热电偶、可以实现温度自动控制、功率在2 kW~26 kW范围内任意调节。温控系统采用较先进的功率集成单元实现全自动控制,避免加热器通、断电缺少缓冲阶段的缺点,U形硅碳棒加热器在频繁的通断电中,不断受到主电流冲击,若无缓冲阶段加热器易老化,寿命短。

2.4 石墨转子

石墨转子旋转喷嘴由高纯度石墨制成,喷嘴的结构除考虑应打散气泡外,还利用搅动铝合金熔体产生的离心力,使熔体进入喷嘴内与水平喷出的气体均匀混合,形成气/液流喷出,增加气泡与铝合金液的接触面积和接触时间,提高除气净化效果。石墨转子的转速可以通过变频器调速控制,较高可达400 r/min。石墨转子规格为Φ150 mm~250 mm,叶轮规格为Φ250 mm~350 mm,高纯抗氧化石墨转子具有强度高、耐高温、耐铝流腐蚀等特点。在净化除气过程中,箱内铝合金液表面通入氮气覆盖保护,使石墨转子露出铝合金液的部分处于惰性气体中,防止转子高温氧化,延长转子的使用寿命;叶轮外形是流线型,可以减小旋转时的阻力,叶轮与铝合金液间产生的摩擦冲刷力也相对较小。

2.5 控制系统

控制系统包括气体和电气两部分,分别设有各自的控制柜。

(l)气体控制:包括氮气和压缩空气控制,设有手动/自动控制。根据实际需要,按处理/保持两状态自动调整氩气供给量,并经过电磁气体流量计可在电脑操作画面上看到准确的氮气流量,氮气流量按工艺要求自动整定好后自动锁定,保证整个处理过程氮气流景均匀稳定,操作方便可靠。压缩空气主要使箱盖与箱体之间密封,以保证热量不大量散失。

(2)电气控制:电控部分主要有传动控制、温度控制两方面。传动控制单元是控制石墨转子提升、旋转,配备变频无极调速装置,使转子可以无阻碍直线性调速。而温控单元主要控制加热器的加热功能。电控系统采用PLC集中控制。各种控制单元的采集参数进入中央处理器,对各个工艺参数,执行元件通过人/机操作画面进行在线监控,如有故障自动报警,并可以远程控制。

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