本發(fā)明涉及一種用于在熔化金屬中分散氣體的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置。

背景技術(shù)：

在熔化的金屬中存在溶解的氣體會導(dǎo)致成型缺陷。例如，由于存在氫氣而產(chǎn)生的多孔會導(dǎo)致鋁或鋁合金鑄件及鍛壓件產(chǎn)品中存在一些缺陷。具體而言，氫氣滲出至產(chǎn)生空隙和不連續(xù)性(例如氧化物雜質(zhì))會導(dǎo)致在生產(chǎn)鋁合金板、片、帶期間生成氣孔，諸如鑄件中多孔的其它缺陷也與氫氣的存在有關(guān)。目前，在處理熔化的鋁和鋁合金時(shí)，通常的做法是通過諸如氯氣、氬氣、氮?dú)饣蜻@些氣體的混合物進(jìn)行清洗來清除氫氣及固體雜質(zhì)，該過程稱為“脫氣”。完成脫氣的一種方法是使用連接了轉(zhuǎn)子的中空軸，在使用中，軸及轉(zhuǎn)子是轉(zhuǎn)動的，而氣體向下通過軸經(jīng)轉(zhuǎn)子分散于熔化的金屬中。

中國專利200880023490.X公開了一種用于處理熔融金屬的旋轉(zhuǎn)裝置，裝置包括：中空軸，轉(zhuǎn)子在中空軸的一端處，轉(zhuǎn)子具有：頂部和底部，頂部和底部間隔開并由多個(gè)間隔物連接；通路，其被限定在每對相鄰的間隔物和頂部和底部之間，每個(gè)通路在轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面具有入口和在轉(zhuǎn)子的外周表面中具有出口；每個(gè)出口具有比各自的入口更大的橫截面面積，并被設(shè)置成從那里徑向向外；流動通路，其被限定經(jīng)過軸進(jìn)入通路的入口并從出口出來；和腔，熔融金屬和氣體能夠在其中進(jìn)行混合；其中：多個(gè)第一切除部被設(shè)置在頂部，并且多個(gè)第二切除部被設(shè)置在底部；第一和第二切除部中的每個(gè)都與一條通路相連。

中國專利200380109877.4(XSR)公開了一種熔化的金屬中分散氣體的轉(zhuǎn)動裝置。其包括在其一個(gè)端部連接有轉(zhuǎn)子的中空軸。轉(zhuǎn)子具有頂部和底部，頂部與底部相間隔并由多個(gè)葉片所連接。隔艙構(gòu)造于每個(gè)相鄰的葉片對之間和頂部與底部之間，而每個(gè)隔艙具有入口和第一及第二出口。流動路徑被構(gòu)造成通過軸進(jìn)入隔艙的入口并走出第一及第二出口。每個(gè)第一出口從相應(yīng)的入口徑向地向外配置，并被布置成在使用中從轉(zhuǎn)子橫向地分散氣體；而每個(gè)第二出口配置在轉(zhuǎn)子的頂部，并被布置成在使用中從轉(zhuǎn)子向上地分散氣體。

中國專利85108571公開了一種將氣體分布于熔化金屬中的旋轉(zhuǎn)裝置包括一個(gè)中空軸和一個(gè)固接在該軸上的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子是中空的，并且有：若干葉片，每一葉片從該軸附近向轉(zhuǎn)子外圓延伸，因此，中空轉(zhuǎn)子內(nèi)部被分成若干室；在轉(zhuǎn)子的頂部或底部靠近該軸的至少一個(gè)孔和在轉(zhuǎn)子外圓表面上的至少一個(gè)孔，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，熔化金屬通過頂部或底部的一個(gè)或多個(gè)孔，進(jìn)入每一該室，并通過外圓面上的一個(gè)或多個(gè)孔向外流出。

中國專利89101170.6公開了一種在熔融金屬中彌散氣體的回轉(zhuǎn)裝置，其包括一空心軸和與軸聯(lián)接的一空心轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子有許多從其軸向周邊伸出并將轉(zhuǎn)子分為許多隔間的葉片，每個(gè)隔間有一鄰近軸的入口和一鄰近轉(zhuǎn)子周邊的出口，轉(zhuǎn)子有使氣體從軸的排出端轉(zhuǎn)入隔間的通氣裝置，軸的排出端由隔間通往轉(zhuǎn)子中的集合管，隔間的入口開在集合管壁上。

上述技術(shù)方案的缺陷在于產(chǎn)生的氣泡較大且彌散程度較差，氣體擴(kuò)散較慢，除氣效率低。

因此，如何提供一種除氣效率高的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置成為了業(yè)界需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于在熔化金屬中分散氣體的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，其產(chǎn)生彌散程度很好的細(xì)小氣泡，氣體擴(kuò)散較快、除氣效率高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于在熔化金屬中分散氣體的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，該旋轉(zhuǎn)攪拌裝置包括中空轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)噴嘴，中空轉(zhuǎn)軸的底端連接旋轉(zhuǎn)噴嘴；旋轉(zhuǎn)噴嘴包括：

頂板，頂板的橫截面外輪廓為第一八邊形，第一八邊形包括四條上長邊和四條上短邊，上長邊和上短邊間隔設(shè)置；頂板的中央設(shè)有上圓孔；

底板，底板的橫截面外輪廓為第二八邊形，第二八邊形包括四條下長邊和四條下短邊，下長邊和下短邊間隔設(shè)置；下長邊和上長邊對應(yīng)設(shè)置，下短邊和上短邊對應(yīng)設(shè)置；底板的中央設(shè)有下圓孔，下圓孔的孔徑大于上圓孔；

隔板，隔板位于頂板和底板之間，隔板的上下兩端分別連接頂板和底板。

本發(fā)明中，“分散氣體”是指產(chǎn)生細(xì)密氣泡。

本發(fā)明中，頂板和底板之間形成空腔，相鄰隔板之間形成甩出通道；隨著旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)動，熔化金屬從下圓孔進(jìn)入空腔，又從甩出通道甩出。

本發(fā)明中，頂板和底板的橫截面外輪廓均為八邊形，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的圓形，具有更好的攪拌力、更大的攪動范圍，對氣體更強(qiáng)的剪切作用，從而可以產(chǎn)生更彌散、覆蓋范圍更大的細(xì)密氣泡。

本發(fā)明中，第一八邊形和第二八邊形并非正八邊形，其各邊可以為直線，也可以為弧線。

本發(fā)明中，隔板的數(shù)目為至少兩個(gè)，優(yōu)選為3-6個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，上長邊與上短邊的長度比為1.5-3；下長邊與下短邊的長度比為1.5-3。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，第一八邊形和第二八邊形相同或相似。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，上短邊為直線或外凸弧線；上長邊為直線為內(nèi)凹弧線；下短邊為直線或外凸弧線；下長邊為直線為內(nèi)凹弧線。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，四條上長邊關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；四條上短邊關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。本說明書中，“旋轉(zhuǎn)軸線”是指旋轉(zhuǎn)噴嘴的旋轉(zhuǎn)軸線。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，四條下長邊關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；四條下短邊關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，隔板的數(shù)目為四個(gè)，各隔板關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；隔板包括外端和內(nèi)端，外端與上短邊和下短邊平齊，內(nèi)端指向旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的中央。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，外端和內(nèi)端之間有兩個(gè)側(cè)面，其中一個(gè)側(cè)面為平面，另一個(gè)側(cè)面為內(nèi)凹弧形面。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，底板的下表面設(shè)有引流槽；引流槽是截面為半圓形的凹槽，其一端與下短邊平齊，另一端連通下圓孔。引流槽可引導(dǎo)氣體的流動，加速氣體的擴(kuò)散。值得注意的是，引流槽并非指向旋轉(zhuǎn)軸線，而是偏離一個(gè)角度(3°-10°)。本方案中的引流槽是基于流體力學(xué)仿真優(yōu)化選擇的溢流分液溝槽，在角度范圍內(nèi)引流至與旋轉(zhuǎn)剪切金屬液形成混合。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，引流槽的數(shù)目為四條，各引流槽均位于一隔板的下方；四條引流槽關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。也就是說，引流槽與隔板對應(yīng)設(shè)置，每一隔板下方均設(shè)有一條引流槽。

根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方式，頂板的厚度大于底板；引流槽的深度為底板厚度的1/3-2/3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下有益效果：

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，頂板和底板的橫截面外輪廓均為八邊形，相對于現(xiàn)有技術(shù)中的圓形，具有更好的攪拌力、更大的攪動范圍，對氣體更強(qiáng)的剪切作用，從而可以產(chǎn)生更彌散、覆蓋范圍更大的細(xì)密氣泡。通過設(shè)置引流槽，可引導(dǎo)氣體的流動，加速氣體的擴(kuò)散。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)噴嘴的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)單層轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術(shù)SPR的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)XSR的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例2的旋轉(zhuǎn)噴嘴的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例1與現(xiàn)有技術(shù)SPR、XSR的除氣效率對比曲線；

圖7為實(shí)施例2與現(xiàn)有技術(shù)單層轉(zhuǎn)子、SPR、XSR的除氣效率對比曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1(無引流槽)

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種用于在熔化金屬中分散氣體的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置，該旋轉(zhuǎn)攪拌裝置包括中空轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)噴嘴，中空轉(zhuǎn)軸的底端連接旋轉(zhuǎn)噴嘴；旋轉(zhuǎn)噴嘴包括：頂板1、底板2、四條隔板3。

其中，頂板1的厚度大于底板2；頂板1的橫截面外輪廓為第一八邊形，第一八邊形包括四條上長邊101和四條上短邊102，上長邊101和上短邊102間隔設(shè)置；上短邊102為外凸弧線，上長邊101為內(nèi)凹弧線。四條上長邊101關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；四條上短邊103關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。上長邊與上短邊的長度比為1.5-3；頂板1的中央設(shè)有上圓孔103。

底板2的橫截面外輪廓為第二八邊形，第一八邊形和第二八邊形相同或相似。第二八邊形包括四條下長邊201和四條下短邊202，下長邊201和下短邊202間隔設(shè)置；下長邊201和上長邊101對應(yīng)設(shè)置，下短邊202和上短邊102對應(yīng)設(shè)置。下短邊202為外凸弧線，下長邊201為內(nèi)凹弧線。四條下長邊201關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；四條下短邊202關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。下長邊與下短邊的長度比為1.5-3；底板2的中央設(shè)有下圓孔(圖中未示)，下圓孔的孔徑大于上圓孔。

隔板3位于頂板1和底板2之間，隔板3的上下兩端分別連接頂板1和底板2。各隔板3關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱；隔板3包括外端和內(nèi)端，外端與上短邊和下短邊平齊，內(nèi)端指向旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的中央。外端和內(nèi)端之間有兩個(gè)側(cè)面，其中一個(gè)側(cè)面301為平面，另一個(gè)側(cè)面302為內(nèi)凹弧形面。

頂板1和底板2之間形成空腔，相鄰隔板3之間形成甩出通道4；隨著旋轉(zhuǎn)攪拌裝置的轉(zhuǎn)動，熔化金屬從下圓孔進(jìn)入空腔，又從甩出通道甩出。

圖6所示為本實(shí)施例(HDR)與兩種現(xiàn)有技術(shù)的除氣效率對比曲線，其中橫軸代表時(shí)間，其單位為分；縱軸代表氣體溶解度。參與對比的兩種現(xiàn)有技術(shù)分別為SPR(如圖3所示)、XSR(如圖4所示)，該曲線由在線直讀測氫儀alspek h mk4繪制。由圖6可看出，本實(shí)施例(HDR)的除氣效率明顯優(yōu)于兩種現(xiàn)有技術(shù)SPR和XSR。

實(shí)施例2(帶引流槽)

如圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于：底板2的下表面設(shè)有引流槽5；引流槽5是截面為半圓形的凹槽，其一端與下短邊平齊，另一端連通下圓孔203。該引流槽并非指向旋轉(zhuǎn)軸線，而是偏離一個(gè)角度(3°-10°)。引流槽的數(shù)目為四條，各引流槽均位于一隔板的下方；四條引流槽關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線中心對稱。引流槽與隔板對應(yīng)設(shè)置，每一隔板下方均設(shè)有一條引流槽。引流槽的深度為底板厚度的1/3-2/3。

圖7所示為本實(shí)施例(HDRII)與實(shí)施例1(HDR)以及三種現(xiàn)有技術(shù)的除氣效率對比曲線，其中橫軸代表時(shí)間，其單位為分；縱軸代表氣體溶解度。參與對比的三種現(xiàn)有技術(shù)分別為單層轉(zhuǎn)子(如圖2所示)、SPR(如圖3所示)、XSR(如圖4所示)，該曲線由vc-I型真空冷凝器(減壓凝固儀)繪制。由圖7可看出，本實(shí)施例(HDRII)的除氣效率明顯優(yōu)于三種現(xiàn)有技術(shù)單層轉(zhuǎn)子、SPR和XSR；略優(yōu)于實(shí)施例1(HDR)。

最后所應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。