專利名稱：鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于鋁熔體凈化處理領域，特別涉及一種用于鋁熔體除氫的旋轉(zhuǎn)噴吹 裝置。
二背景技術(shù)：
用于高壓輸配電和醫(yī)療器械的鋁合金鑄件，應承受高的內(nèi)壓，除了必須嚴格 控制化學成分、物理性能、力學性能和尺寸精度外，還不允許有表面和內(nèi)在質(zhì)量 方面的缺陷，如縮孔、氣孔、疏松等。鋁合金鑄件的質(zhì)量直接取決于熔體質(zhì)量的 好壞。因此，鋁合金熔體凈化非常重要。氫是唯一能大量溶解于鋁熔體中的氣體， 在鋁熔體中的氣體，氫氣占了 80%以上，這一觀點已被萃取氣體的光譜分析數(shù)據(jù) 以及用鈀片過濾氬氣所得的試驗結(jié)果所證實，因此可以認為對鋁熔體的除氣就是 指除氫。
目前應用于鋁熔體除氫的旋轉(zhuǎn)噴吹裝置大致采用三個凸臺結(jié)構(gòu)，利用三個凸 臺將噴出的氣泡進行粉碎，并帶動底部鋁熔體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生紊流，進一步減小氣泡。 上述目前常用的旋轉(zhuǎn)噴吹裝置的缺點之處為 一方面，三個凸臺對氣泡的粉碎能 力不足，不能得到很細小的氣泡；另一方面，三個凸臺的攪拌能力有限，不能使 底部的鋁熔體產(chǎn)生很大的紊流；即使增加噴頭的旋轉(zhuǎn)速度，可以提高底部鋁熔體 的紊流，但同時帶動了表面鋁熔體的轉(zhuǎn)動，形成很大的漩渦，導致鋁熔體的吸氣。
三、
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)更為合理的鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴 頭，該噴頭在進fi"除氫過程中能產(chǎn)生更為細小、均勻的氣泡，達到增加除氫氣泡 的比表面積、增加傳質(zhì)擴散能力，從而產(chǎn)生較好的除氫效果。
技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)解決方案為
一種鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，包括導氣管和氣體噴頭，氣體噴頭位于導氣 管的下端，氣體噴頭的圓心處設有與導氣管相通的氣孔；氣體噴頭的圓周上均勻 分布6-10個邊齒，每個邊齒以及相鄰兩邊齒之間的氣體噴頭本體上，形成徑向 凹槽，導氣管中的氣體通過氣孔后向四周擴散，被凹槽打碎，然后沿凹槽向外運作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述氣孔的直徑為5-8mm。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述凹槽的寬度為3-5mm。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，在氣體噴頭的圓周上均勻形成邊齒的數(shù)目為6個。 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，所述氣體噴頭通過螺紋連接于導氣管的下端。
有益效果
本發(fā)明提供了 一種用于鋁熔體除氫的旋轉(zhuǎn)噴頭。
依據(jù)氣泡浮游法除氫凈化的原理，鋁液的除氫過程應該發(fā)生在熔體內(nèi)部，溶 于鋁液中的氬原子向惰性氣泡周邊遷移，在氣泡周邊被吸附，并結(jié)合為氫分子而 進入氣泡，最后隨氣泡向上浮游而逸出鋁液。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴頭在設計上主要達 到以下幾點效果
(1) 在除氫過程中盡可能增加氣泡數(shù)量，氣泡數(shù)目越大，氣液接觸作用的比 表面積就越大。
(2) 在除氫過程中盡可能減少氣泡直徑，在相同供氣流量下，氣泡尺寸小， 則氣泡數(shù)目自然多，從而有效增大氣液接觸作用的比表面，并在不引起鋁液表面 飛濺的前提下增加氣泡在鋁液中的運動速度，即增加攪動強度，強化氣液表面更 新率，增大傳質(zhì)系數(shù)。
(3) 在除氫過程中盡可能使氣泡在鋁熔體中均勻分布，從而有效減少鋁液中 溶解的氫向氣泡擴散的距離，氣泡均勻分布相當于強化了擴散過程或傳質(zhì)能力。
(4) 在除氪過程中盡可能延長氣泡在鋁液中上升浮游的路程，增加氣泡在鋁 液中有足夠的停留時間，這樣可使氣泡除氫的潛能得到充分發(fā)揮，也相當于增加 氣泡的除氫時間。
幾何形狀不同的噴頭對液體的攪拌程度不同，因此導致產(chǎn)生氣泡的大小和液 體的紊流程度也不一樣。不同的噴頭，在相同的旋轉(zhuǎn)速度下，由于高紊流區(qū)與低 紊流區(qū)的面積不同，氣泡分裂，合并的機率不同，對氣泡的大小也有4艮大影響。 因此，旋轉(zhuǎn)噴頭的結(jié)構(gòu)和形狀對除氫效率有很大的影響，對獲得細小、彌散、分 散均勻的氣泡影響很大，也是影響鋁合金最終含氫量和去氫效率的關(guān)鍵因素。
在本發(fā)明的噴頭下旋轉(zhuǎn)噴吹惰性氣體，氣體脫離導氣管就向四周擴散，隨著 線速度的增大，氣泡首先被凹槽打碎，氣體沿著凹槽向外運動，到達凹槽的邊緣 時被剪切甩出，氣泡直徑再次被減小，并被齒進一步的粉碎，使氣泡直徑更小。 齒的增多增加了噴頭對底部鋁熔體的的攪動，產(chǎn)生強烈的紊流，氣泡受到兩層流 體產(chǎn)生的紊流切應力的作用，當大于氣泡的承受能力時，便從中切斷，分裂為兩 個氣泡，使氣泡的直徑再次被減小。分裂的氣泡再被其它相切的液體層所捕獲，
4就能繼續(xù)分裂成更小的氣泡，直到兩層流體間的切應力不足以使氣泡破碎或氣泡 脫離此切應力的作用范圍為止，從而可以產(chǎn)生比單管或多管更加細小、更加均勻 的氣泡，有效增加比表面積，也有效增加傳質(zhì)擴散能力，除氣效果很好。
在氣孔大小的設計上，氣孔的直徑應為5-8mm,如果氣孔的直徑過小，當 小于5mm時就會影響到通氣量，使得在相同的時間內(nèi)通入的氣體量減小，這樣 就會降低除氣效杲；如果氣孔的直徑過大，當大于8mm時， 一方面會增加氣體 的通入量，增加生產(chǎn)成本；另一方面會使脫離氣孔時的氣泡的直徑增大，使得經(jīng) 處理后的氣泡的直徑增加，亦會降低除氣效率。
在凹槽寬度的設計上，凹槽的寬度為3-5腿，如果凹槽的直徑過小，當小 于3mm時，凹槽起到的攪動的能力下降，〗吏得底部鋁熔體的紊流降低，紊流切 應力P爭低，粉碎氣泡的效果下降；如果凹槽的直徑過大，當大于5mm時，氣泡 脫離氣孔時被凹槽*后的氣泡直徑很大，并且降低了凹槽的攪動能力，使得除 氣的效果下降。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，不但能高效的粉碎、剪切、細化氣泡，并使氣泡均勻 的分布于鋁熔體中，而且有效地避免了在旋轉(zhuǎn)噴吹除氫過程中鋁熔體表面產(chǎn)生劇 烈的翻滾，同時，還避免了由于擋板的存在而破壞熔體表面層的現(xiàn)象，使除氫過 程中熔體從空氣中的吸氳顯著降低，從而明顯地提高了除氫效率。
四

圖l是本發(fā)明鋁熔體除氳旋轉(zhuǎn)噴吹裝置結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明氣體噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi)-導氣管；2-氣體噴頭；3-氣孔；4-邊齒；5-凹槽；
圖3是普通旋轉(zhuǎn)噴頭噴吹除氯后，鋁熔體靜置10分鐘獲得試樣的金相照片；
圖4是本發(fā)明的噴頭噴吹除氳后，鋁溶體靜置10分鐘獲得試樣的金相照片。
五具體實施例方式
以下實施例為本發(fā)明的一些舉例，不應被看做是對本發(fā)明的限定。 實施例1:
一種鋁熔體除氯旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，包括導氣管1和氣體噴頭2,氣體噴頭2以 螺紋連接于導氣管1的下端，氣體噴頭2的圓心處設有與導氣管1相通的氣孔3， 氣孔3的直徑為5-8iran;氣體噴頭2的圓周上均勻分布6-10個邊齒4，每個邊 齒4以及相鄰兩邊齒4之間的氣體噴頭2本體上，形成徑向凹槽5，凹槽5的寬 度為3-5mm,導氣管1中的氣體通過氣孔3后向四周擴散，被凹槽5打碎，然 后沿凹槽5運動。在本發(fā)明的噴頭下旋轉(zhuǎn)噴吹惰性氣體，氣體通過導氣管1到達氣體噴頭2， 通過氣孔3后向四周擴散，隨著線速度的增大，氣泡首先被凹槽5打碎，氣體沿 著凹槽5向外運動，到達凹槽5的邊緣時被剪切甩出，氣泡直徑再次;故減小，并 被邊齒4進一步的粉碎，使氣泡直徑更小。邊齒4的增多增加了氣體噴頭2對底 部鋁熔體的的攪動，產(chǎn)生強烈的紊流，氣泡受到兩層流體產(chǎn)生的紊流切應力的作 用，當大于氣泡的承受能力時，便從中切斷，分裂為兩個氣泡，使氣泡的直徑再 次被減小。分裂的氣泡再被其它相切的液體層所捕獲，就能繼續(xù)分裂成更小的氣 泡，直到兩層流體間的切應力不足以使氣泡破碎或氣泡脫離此切應力的作用范圍 為止，從而可以產(chǎn)生比單管或多管更加細小、更加均勻的氣泡，有效增加比表面 積，也有效增加傳質(zhì)擴散能力，除氣效果很好。
實施例2:
使用現(xiàn)有的普通旋轉(zhuǎn)噴吹裝置和本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，在相同的通氣流量 下分別進行鋁熔體除氬，旋轉(zhuǎn)噴吹時間相等，噴吹結(jié)束后分別在四個時刻取鋁熔 體澆鑄試棒進行測試，得到產(chǎn)品的力學性能對比分別如下表所示
表一利用現(xiàn)有的普通旋轉(zhuǎn)噴頭進行噴吹除氫:_
靜置時間(min)~~~~^~~斷后伸長率3/% 機扭強度ob /MPa
2 229.9 3.4 6 241.3 3.6 10 258.4 4.0 14_251.1_^_
表二利用本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴吹裝置進行噴吹除氫:_
靜置時間(min)~"~~^~~斷后伸長率S/% 抗扭強度ab/MPa
2 263.3 4.0 6 275.6 4.8 10 291.1 5.4 14_278.0_^_
由表一和表二可見，利用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴吹裝置進行噴吹除氫后得到的鋁熔 體澆鑄試棒在抗拉強度和斷后伸長率上明顯優(yōu)于現(xiàn)有的普通旋轉(zhuǎn)噴吹裝置進行 噴吹除氫后得到的鋁熔體澆鑄試棒。
另外，在兩種噴頭處理后，鋁熔體靜置10分鐘獲得的試樣的金相照片如附 圖3和附圖4所示，由金相圖可以看出利用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)噴吹裝置噴吹除氫后所 得到的鋁熔體的氣孔明顯減少，在現(xiàn)有技術(shù)噴頭下得到的試樣針孔度僅能達到3 級，本發(fā)明得到的試樣針孔度能夠得到接近l級水平。
權(quán)利要求
1.一種鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，包括導氣管(1)和氣體噴頭(2)，氣體噴頭(2)位于導氣管(1)的下端，氣體噴頭(2)的圓心處設有與導氣管(1)相通的氣孔(3)，其特征在于氣體噴頭(2)的圓周上均勻分布6-10個邊齒(4)，每個邊齒(4)上以及相鄰兩邊齒(4)之間的氣體噴頭(2)本體上形成徑向凹槽(5)，導氣管(1)中的氣體通過氣孔(3)后向四周擴散，被凹槽(5)打碎，然后沿凹槽(5)向外運動。
2. 如權(quán)利要求1所述鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，其特征在于在氣孔(3 )的直徑為5-8mm。
3. 如權(quán)利要求1所述鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，其特征在于在徑向凹槽(5)的寬度為3-5mm。
4. 如權(quán)利要求1所述鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，其特征在于在氣體噴頭(2 )的圓周上均勻分布6個邊齒(4)。
5. 如權(quán)利要求1所述鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，其特征在于氣體噴頭(2 )通過螺紋連接于導氣管(1)的下端。
全文摘要
一種鋁熔體除氫旋轉(zhuǎn)噴吹裝置，包括導氣管和氣體噴頭，氣體噴頭位于導氣管的下端，氣體噴頭的圓心處設有與導氣管相通的氣孔，氣孔的直徑為5-8mm；氣體噴頭的圓周上均勻分布6-10個邊齒，每個邊齒以及相鄰兩邊齒之間的氣體噴頭本體上，形成徑向凹槽，凹槽的寬度為3-5mm，導氣管中的氣體通過氣孔后向四周擴散，被凹槽打碎，然后沿凹槽向外運動，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單合理，不但能高效的粉碎、剪切、細化氣泡，使氣泡均勻的分布于鋁熔體中，而且有效地避免了在旋轉(zhuǎn)噴吹除氫過程中鋁熔體表面產(chǎn)生劇烈的翻滾，明顯提高除氫效率。
文檔編號C22B21/06GK101555555SQ200910030779
公開日2009年10月14日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者亮 徐, 楊金德, 冶 潘, 郁曉兵 申請人:通州市四安球墨鑄鐵有限公司;東南大學