[发明专利]氢捕集装置

说明书

一种液态金属脱气装置，包括容纳液态金属熔池的壳体、使气体循环穿过净化室的装置，并且净化室包括一种被配置为从循环气体中捕集氢气分子的吸气材料。一种用于降低液态金属中的氢浓度的液态金属熔池脱气方法，包括以下步骤：a)制备液态金属熔池，优选铝合金液态金属熔池，b)将气体循环，c)使氢在循环气体与液态金属之间进行交换，以使溶解在液态金属熔池中的氢扩散到循环气体中并使循环气体富含氢气分子，d)在净化室中净化富含氢气分子的循环气体，该净化室包括被配置为从循环气体中捕集氢气分子的吸气材料。

技术领域

本发明涉及一种通过利用氢捕集器允许减少液态金属熔池中的溶解氢的量的装置。其还公开了一种允许减少液态金属熔池中的溶解氢的量的方法。本发明还涉及这种装置在用于铸造液态金属尤其是铝合金的装置中的用途。

背景技术

氢气是一种可溶于金属尤其是铁、钛和铝的气体。

在铝中，氢气是唯一的可溶性气体。液态铝和固态铝的最大溶解氢浓度相差一个数量级。因此，过多的氢溶解在液态铝合金中会导致在凝固过程中形成孔隙。

为了减少液态金属中的氢含量，金属铸造通常在保护气氛下进行，例如在氩气下，和/或液态金属在铸造过程中进行在线脱气。

这种脱气过程包括将气泡形式的氩气注入液态金属中。由于气相中氢气分子含量不足，液态金属中存在的氢倾向于向氩气泡扩散，从而氩气泡根据西韦特(Sievert)定律将氢输送到金属外部。根据西韦特定律，双原子气体在金属中的溶解度与该气体在热力学平衡时分压的平方根成正比。

WO9521273公开了一种方法，包括将熔融金属引入罐中，例如设置在熔炉和铸造机之间的罐中，提供至少一个气体注入器并将气体注入液态金属中以在金属中形成气泡，同时以机械方式移动注入器以最小化气泡尺寸和最大化气体在金属中的分布。

WO9934024公开了另一种类型的注入器，允许实施相同的过程并将气体注入到熔融金属中。

该过程虽然稳健且经过验证，但有几个缺点。首先，它消耗大量氩气，每小时和每次铸造达数十立方米。它还需要庞大且昂贵的设备来维护(液态铝铸桶(poche d’aluminium liquide)、注入转子、加压气体设备等)。最后，氩气的鼓泡会搅动金属，导致熔渣的形成，这些熔渣必须定期清除，否则，就会劣化金属的夹杂物含量。

由鼓泡惰性气体进行脱气所带来的这些问题也适用于铁、镁和钛以及铁、镁和钛的合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱气装置和脱气方法，其允许减少对液态金属进行脱气的气体用量。

该问题通过一种液态金属脱气装置解决，该装置包括容纳液态金属熔池的壳体、用于使气体循环穿过净化室的装置。循环气体与所述液态金属熔池接触并形成界面。液态金属熔池可能含有溶解氢。优选地，壳体被配置为避免循环气体与外部大气混合。

循环气体与液态金属熔池接触并形成界面。在该界面处，液态金属中存在的氢与循环气体之间会发生交换：溶解在液态金属熔池中的氢穿过界面向循环气体扩散。由于循环气体中氢气分子含量不足，液态金属中存在的氢倾向于穿过界面向气体扩散，该气体中于是富含氢气分子，从而将氢向金属外部输送到净化室。

本质上，净化室包括一种被配置为从循环气体中捕集氢气分子的吸气材料。净化室是一个被配置为允许循环气体进入的封闭空间，能够富集氢气分子，并允许循环气体在与吸气材料相互作用后排出。

有利的是，循环装置具有能够允许所述循环气体与液态金属熔池接触的吹气和/或吸气设备。

在本发明中，吸气材料使得在正常操作条件下不可逆地捕集氢气分子成为可能。然而，可以再生吸气材料以更新其捕集能力，例如通过加热或通过任何其他合适的方式。