铝熔体在线除气装置的特性及其改进

铝熔体在线除气装置的特性及其改进
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。

因此，在线除气装置一自是我公司熔铸分厂重点研究和改进的对象，近几年先后对几条铸造线进行了技术改造，加装了三种不同的在线除气装置：(1)在一号铸造线和25 t生产线采用Aplur旋转喷嘴除气装置，此后在引进装备的基础上，根据生产实际具体情况，与供货厂家共同设计了经济实用且方便的除气装置。

(2)在5#铸造线上我们加装了自己研发的简单实用的除气装置，它是在流槽上用多个小转子进行精炼，转子间用隔板分隔，使铸次间无金属存留，无需加热保温，运行费用大幅降低，除气效果非常好；这种除气装置避免了一般除气装置金属容积大，铸次间放干料多或需加热保温，运行费用高等问题。

(3)制造出紧凑型除气装置。

其宽度和高度与流槽接近，在侧面下部安装固定嘴供气。

该装置占地极小，放干料少，操作简单，除气效率高，在采用氩气情况下除气率达到36％以上，造价仅仅为传统除气装置的1／4～1／3，运行费用降低30％以上。

今后我们将大量采用这种除气装置。

这几套装置经过在生产中运行证明不仅净化效果好，而且不污染环境。

下面仅对Aplur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.l 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
为保证其精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。

温控系统采用最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，最高可达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精确的氮气流量，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。