[發明專利]一種高溫氧氣冷卻專用鋁合金

有效

• 申請號: 201910027319.6
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109722571B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 朱祥斌
• 申請（專利權）人: 南京奧斯行系統工程有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/02;C22C21/06;C22C21/08;C22C21/12;C22C21/14;C22C21/16;F28D9/00;F28F21/08
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 姜夢翔

本發明公開了一種高溫氧氣冷卻專用鋁合金，該合金材料的組成及質量百分比為：Al85%?99%，Si 0?10%，Fe 0?6%，Cu 0?10%，Mn 0?6%，Mg 0?10%，Li 0?2.5%，Ti 0?6%。上述設計能夠使得在壓力范圍在0?4barg范圍內，鋁合金換熱器能夠進行65℃?179℃溫度范圍內熱氧氣的安全，高效冷卻，使得氧氣溫度降低到環境溫度+20℃范圍內。

技術領域：

本發明屬于換熱領域，特別涉及一種氧氣冷卻專用鋁翅板。

背景技術：

現有國內氧氣加壓壓縮后的氧氣都是通過銅或不銹鋼管，管翅片，風冷或者水冷，制造成本和制造工藝復雜、昂貴、占地面積大。而且水冷容易結垢和泄露造成系統停機或者故障。

因水的來源在很多工藝現場是比較困難或者成本較高，同時因為水源的引入，導致因泄漏和結垢導致水冷式氧氣冷卻器維修成本高企，因換熱器的重要性和規范要求，通常要供應商專業人員進行定期停機維護和除垢，開機率得不到保障。在這種情況下，尋找合適高效的冷卻裝置成為需求。通用鋁合金板翅式風冷器是一種體積小，重量輕，較為廉價的換熱器。現代工業已經成功應用鋁合金板翅式換熱器于深冷空氣分離裝置，當然應用環境是在-150℃--196℃液態氧氣環境下。但高溫氧氣環境下，一定條件下通常鋁合金材料容易與熱氧氣發生激烈燃燒反應，因此選擇合適的鋁合金種類和鋁合金成分成為研發要點。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種高溫氧氣冷卻專用鋁合金，從而克服上述現有技術中的缺陷。

為實現上述目的，本發明提供了一種高溫氧氣冷卻專用鋁合金，該合金材料的組成及質量百分比為：Al 85％-99％，Si 0-10％，Fe 0-6％，Cu 0-10％，Mn 0-6％，Mg 0-10％，Li 0-2.5％，Ti 0-6％。

為了解決現有氧氣壓縮機后高溫氧氣冷卻需使用水冷卻進行水冷卻導致的一系列維護和成本問題，現提出安全，高效的特種鋁合金板翅式風冷式冷卻器結構和因使用于加壓氧氣冷卻對各個氧氣接觸部件鋁合金成分要求。因多種鋁合金能和氧氣強烈反應，所以鋁合金成分和種類的選擇成為鋁合金板翅式風冷裝置能否應用的關鍵。本發明基于通用板翅式風冷器的原理，和各種鋁合金材料不同溫度下在氣態氧氣環境下燃燒特性，進行科學選擇鋁合金成分。

純鋁和鋁合金在99.7％純氧氣環境下燃燒，純鋁材料和鋁銅合金材料的燃燒性很相似，但銅的加入仍然能夠在純氧環境下，不燃燒臨界壓力閾值能夠提高，對于本發明限定4barg使用環境已經滿足；

另外鋰鋁合金的抗燃燒性非常顯著，一試驗表明加入1.25-2.5％的鋰甚至能夠顯著提高強制燃燒壓力臨界閾值至17barg。鋰的加入能夠降低合金熔融物表面張力，導致熱散失增加，使得燃燒不可持續，另外一個好處是鋰的加入，一旦發生燃燒，Li₂O的可揮發性相當高，稀釋了鋁氣氛中，導致氣相鋁燃燒不可持續。

相類似，MgO也有類似特性，揮發性比較高，對提高鋁合金的耐燃燒性也有幫助。但Li2O的揮發性更好，同時分子也比MgO大，使得其從鋁氣氛火焰中心擴散遷移速度更慢，阻燃效果更好。在鎂的加入條件下，如果加入極少量硅，阻燃效果有一定提升，達到相同強制點燃燃燒壓力情況下，鋁合金的添加鎂的量顯著減少。

一種氧氣冷卻專用鋁翅板冷卻器，主要由翅片、封條、隔板、導流片組成，所述翅片、多層隔板和封條之間進行高溫真空釬焊組成鋁板翅框換熱單元，在鋁板翅進出氧氣兩端真空釬焊有熱氧氣進氣管和冷卻后氧氣出氣總管，鋁板翅框換熱單元的一側裝配有強制送風防爆風機和裝配支架。

優選地，上述技術方案中，冷卻器在真空釬焊后，與氧氣接觸的表面需進行熱處理，所述熱處理條件為100℃以上熱空氣環境至少8小時。