[发明专利]纯化合金熔体

说明书

本发明涉及用于从合金熔体中分离杂质、特别是用于从铝合金中分离过量的夹杂物、杂质元素和不需要的气体的装置和方法。

在使用废弃和再循环的材料的铝产品的再循环期间总是发生由夹杂物、不需要的气体和杂质元素造成的铝合金的污染。包含大量夹杂物、不需要的气体和杂质元素的铝合金通常仅适合于低端用途，并且不适合于在工业中使用。因为夹杂物、不需要的气体和杂质元素明显不利于铝合金产品的可成型性和断裂力学，所以在合金中仅能容忍少量。为了解决该问题，需要在铸锭的制造期间移除过量的夹杂物、不需要的气体和杂质元素。这不仅在技术方面是重要的，而且在经济方面也是非常有益的，因为这允许将通常含有高水平的夹杂物、不需要的气体和杂质元素的废弃金属加工以重新获得较高的经济价值。

现有技术中已知大量的纯化方法。自然溶解于熔融金属的不需要的气体的移除在全世界已经成为常见的加工方法。已经证明，氢显著地溶解于熔融铝，然后在凝固期间由于降低的溶解度而释放，这造成产品中不期望的孔隙缺陷。已知将惰性气体或化学不活泼气体引入到熔融铝中作为降低不需要并溶解的气体的水平的对熔融金属的有效处理。

使氩气、氮气或相似惰性气体起泡通过熔融铝的方法有效地从熔融铝中移除溶解的氢。随着气泡升至熔体表面，溶解的氢扩散到惰性气泡中，从熔体脱附，并被释放到熔体表面上方的空气中。另外，将少量氯(通常0.5％以下)添加至工艺气体破坏铝与熔体中存在的任何不润湿的夹杂物之间的键合，并有助于移除碱金属，允许氯与碱金属反应并且允许上升气泡黏附至夹杂物，使杂质浮到熔体表面。换言之，将惰性气体通过熔融金属起泡在处理多个水平上的熔融金属方面是有效的。因此，气体注入法变得关键。

已经采用各种脱气方法，包括使用旋转喷嘴和没有移动或转动部件的固定脱气装置的脱气方法。然而，已经证明，可以在铝熔体中产生细小气泡的方法由于加工效率的提高是优选的。因此，存在对于通过提供精细气泡改善脱气法的持续需求，这还有助于纯化夹杂物，其是气体和夹杂物之间接触的可能性增加的结果。

必须移除铝熔体中存在的无关化学元素以纯化铝合金。理想地，在合金凝固期间应形成作为固体夹杂物的包含一种或多种无关元素的金属间化合物作为优先相(prior phase)。当存在多于一种无关化学元素并将熔融铝冷却时，首先形成仅包含一种无关元素的一种金属间化合物或晶体，然后会形成第二、甚至第三或另外的金属间化合物。已知用于移除金属间化合物或晶体的几种技术，如重力沉降、浮选、过滤、离心、电磁沉降或超声处理。

最常用的方法是重力沉降，其中在熔化坩埚的底部处的沉积物富集有杂质元素，因为其具有与铝的密度相比较高的密度。重力分离可以实现低的杂质水平，但是需要长的沉降时间。重力分离和过滤的组合提供令人印象深刻的铁移除结果，但是除了过滤器孔的阻塞问题之外，在重力分离步骤中还有缺点。其他缺点在于重力沉降技术通常不是连续的，并且不与其他熔体处理工艺整合。因此，本领域存在对开发能够提供用于纯化铝合金中过量的夹杂物、不需要的气体和杂质元素的连续熔体处理的方法和装置的持续需求。

US 4,772,319(Showa Aluminium Corporation)公开了一种通过包括以下步骤的工艺从熔融铝中移除氢气和非金属夹杂物的方法：使熔融铝表面上方的部分在处理容器中，和凭借具有气体供应通道和转子的旋转轴将处理气体供应至熔融铝。

美国专利第2,464,610、3,900,313和4,917,728号中公开了用于处理铝合金的其他方法。

本发明寻求提供改善的用于从合金熔体中分离杂质、特别是用于从铝合金中分离过量的夹杂物、杂质元素和不需要的气体的装置和方法。

根据本发明的第一方式，提供一种用于从合金熔体中分离杂质的装置，其包括：

(a)包括具有第一端和第二端的轴的转子，轴具有纵向通道，所述纵向通道具有接近轴的第一端的入口和接近轴的第二端的出口，以允许流体通过入口流入到通道中，流过轴，并在出口处流出通道，

(b)用于使轴绕其纵轴旋转的发动机，和

(c)接近轴的第二端的套筒形式(如中空圆柱体)的定子，套筒具有其中有至少一个孔的壁，由此在使用中，离开轴的纵向通道的流体能够穿过孔。

套筒优选在套筒壁中包括多个孔。这些孔可以围绕壁均匀地分布，优选根据转子的尺寸为直径0.5mm至10mm的圆形。