[實用新型]一種大體積高合金化鋁合金熔體處理裝置

有效

• 申請號: 201521130792.0
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN205241766U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 張志峰;高明偉;徐駿;張少明
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術領域

本實用新型屬于金屬材料加工領域，特別涉及一種大體積高合金化鋁合金熔體處 理裝置及方法。

背景技術

鋁合金以其優良的特性成為航空航天、軌道交通以及汽車等行業首選的輕量化結 構材料，用量很大。隨著制造業裝備能力的提升，大型運輸火箭、高性能戰機、高速列車、新 能源汽車等高端裝備要求的鋁合金性能越來越多樣化，綜合使用性能也越來越高，而鋁合 金性能的提高必然伴隨著特殊合金元素的加入以及主元素含量的提升。高合金化鋁合金材 料制備過程中總是伴隨著合金元素成分偏析、易開裂、組織不均勻等問題，尤其對于大體積 熔體凝固成型而言問題更加突出，因此大體積高合金化鋁合金材料對冶金質量要求十分嚴 格。國內常用的鋁合金熔體處理手段很難滿足高合金化鋁合金對冶金質量的要求，相關合 金不得不依賴進口。

大體積高合金化鋁合金材料制備困難的主要原因是熔體中合金元素分布均勻性 控制難、成分偏析帶來的氧化夾雜物以及氫含量的控制難、大體積熔體溫度均勻性控制難 等三個方面。傳統的熔體處理方法僅是在合金材料制備前或制備過程中采用一定的除氣和 過濾手段對鋁合金中夾雜物含量和氫含量進行控制，無法從根本上滿足高合金化鋁合金對 熔體冶金質量的要求。

為了提高鋁合金熔體冶金質量，許多國內外學者都進行了長期的研究。美國鋁業 公司開發的Alcoa469方法和美國聯合碳化物公司開發的旋轉噴出惰性氣體浮游法都是利 用氫在鋁熔體和氣泡中的分壓差使鋁熔體中的氫上浮并逸出，從而達到除氫的目的，但并 沒有涉及關鍵的熔體成分場和溫度場的均勻性。中國專利CN00127937和CN200510026593提 出的鋁合金熔體凈化的方法，主要側重于對合金熔體中氧化物和夾渣物的過濾，在降低熔 體氫含量的同時減少夾渣物的含量及尺寸，同樣沒有涉及關鍵的熔體成分場和溫度場的均 勻性。上述熔體處理方法對普通低合金化鋁合金熔體凈化具有一定的作用，但對于改善大 體積高合金化鋁合金熔體質量，其作用就十分微弱了。

實用新型內容

針對以上問題，本實用新型的目的是提供一種大體積高合金化鋁合金熔體處理裝 置及方法。該裝置和方法充分利用了復合式電磁場具有的能量高密度性和清潔性以及優越 的響應性和可控性，同時通過多維度機械紊流器的巧妙設計，熔體流動呈現出宏觀對流和 局部紊流共存的狀態，使熔體受到的攪拌作用更加充分，從而溫度場和成分場在整個熔體 體積內分布更加均勻；同時紊流系統中惰性氣體的通入增加了熔體的除氣除渣功能。

一種大體積高合金化鋁合金熔體處理裝置，該裝置主要由熔體處理坩堝、復合式 電磁模塊、多維度機械紊流器及溫控單元組成，所述的復合式電磁模塊安裝在熔體處理坩 堝的底部和外圍，所述的多維度機械紊流器安裝在熔體處理坩堝內，所述的溫控單元安裝 在熔體處理坩堝的頂部和底部。

在該裝置中，核心裝置為復合式電磁模塊、多維度機械紊流器和溫控單元。復合式 電磁模塊主要由底部磁場發生器和周向磁場發生器組成，所述的底部磁場發生器和周向磁 場發生器分別安裝在熔體處理坩堝的底部和外圍；多維度機械紊流器主要由可移動通道 桿、紊流轉子和送氣系統組成，所述的紊流轉子安裝在可移動通道桿上；溫控單元主要由頂 部溫控系統、底部溫控系統和溫度檢測調節系統構成。

頂部溫控系統為硅碳棒加熱裝置，通過硅碳棒實現頂部加熱，所述的硅碳棒安裝 在熔體處理坩堝的頂部溫控蓋中；底部溫控系統為熱電阻加熱裝置，以高效熱電阻為熱源； 溫度檢測調節系統包括溫度傳感器和溫控PLC模塊，與頂部溫控系統和底部溫控系統相連 接，通過溫度檢測調節系統實時監測和調節坩堝內熔體溫度，溫控單元通過調節坩堝頂部 硅碳棒和底部熱電阻內的電流量精確控制合金熔體溫度。

復合式電磁模塊中，底部磁場發生器為行波磁場發生器或者脈沖磁場發生器；周 向磁場發生器為垂直旋轉磁場發生器或者水平旋轉磁場發生器。

可移動通道桿內部為中空，所述的紊流轉子上設置氣孔，送氣系統通過可移動通 道桿的內部和紊流轉子上的氣孔送氣，將惰性氣體通入熔體內部，實現熔體的除氣除渣。可 移動通道桿安裝在熔體處理坩堝的上方，與爐體外圍機械裝置相連接，可實現自轉和水平 移動。多維度機械紊流器可以是一套或者多套，運行過程中自身旋轉同時也可以按固定軌 跡平移，紊流轉子可以有多種設計結構。