鋁熔體精煉噴頭的設(shè)計與應(yīng)用

李國林

（河南神火集團(tuán)，河南 永城 476600 ）

鋁熔體精煉噴頭的設(shè)計與應(yīng)用

李國林

（河南神火集團(tuán)，河南 永城 476600 ）

通過理論分析與生產(chǎn)實際結(jié)合，在A356.2合金錠的生產(chǎn)中，為了減少產(chǎn)品中的針孔，提高產(chǎn)品質(zhì)量，采用了氮氣加精煉劑復(fù)合精煉，在此基礎(chǔ)上又重點設(shè)計制作了專用精煉專用噴頭，大大增加了氮氣和精煉劑與鋁熔體的接觸面積，鋁合金熔體的含氫量顯著降低，氮氣和精煉劑的使用量也降低了20%左右。

精煉；渦流；專用噴頭

0 前言

A356.2是以356合金為基礎(chǔ)，嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，改進(jìn)制造技術(shù)而獲得的一種較高力學(xué)性能的鋁-硅系合金。其主要特點是鑄造性能、焊接性能和耐腐蝕性能很好；具有較好的氣密性、流動性和抗熱裂性能；成分簡單，容易熔煉和鑄造，適合于各種鑄造方法。它可用于鑄造各種殼體零件、飛機(jī)的泵體、汽車變速箱、燃油箱的彎管、飛機(jī)配件、汽車和摩托車輪轂及其他承受載荷的零件。在鋁硅系鑄造合金錠生產(chǎn)中，鑄錠含氣量的高低顯現(xiàn)為鑄錠斷面針孔的大小及多少。由于鑄錠的含氣量具有遺傳性，如鑄錠含氣較高時，則很難保證制作砂型金屬鑄件時針孔的產(chǎn)生，造成鑄件報廢。許多高品質(zhì)鑄件的生產(chǎn)企業(yè)均對合金錠有較高的針孔等級要求。目前絕大多數(shù)鑄造鋁合金錠生產(chǎn)企業(yè)均采用反射爐工業(yè)化生產(chǎn)，在此條件下如何去除合金中的氣體使合金錠的針孔度達(dá)到客戶要求，是每個合金錠生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的問題。

1 普遍采用的精煉工藝

A356.2鋁熔體有較強的吸氣性，氫是鋁合金熔體中最易溶解的氣體，其氣體的溶解能力順序為H2、CmHn 、CO2、O2、CO、N2。在溶解的氣體中，氫占90%左右。鋁與爐氣中的水蒸氣的反應(yīng)為2Al+3H2O=Al2O3+6[H]；鋁液與爐氣中的油污及有機(jī)物氣體的反應(yīng)為4mA1+3CmHn= mAl4C3+3n[H]。在含有水蒸氣的爐氣中，即使其含量甚微，也足以使鋁合金中的氫含量增加。水蒸氣很易與鋁反應(yīng)，這不僅使鋁氧化造渣，更重要的是使鋁液中的氫以吸附、溶解和化合狀態(tài)存在于鋁合金熔體中，對鋁合金的性能和鑄錠質(zhì)量有不良影響，這些是使鑄錠產(chǎn)生氣孔、疏松及板帶材起泡和分層的主要原因。

國內(nèi)廠家大都在混合爐內(nèi)采用高純氮氣和精煉劑對鋁熔體精煉，高純氮氣起輸送精煉劑和精煉鋁熔體的作用，精煉劑起精煉鋁熔體的作用。精煉配置如圖1，精煉罐內(nèi)的精煉劑，在不低于0.2MPa壓力的高純氮氣輸送下，通過φ30或φ40的鋼管和軟管輸送進(jìn)入鋁熔體，高純氮氣和精煉劑與鋁熔體充分接觸反應(yīng)，然后上浮帶走熔體中的氫和其它雜物。但由于鋼管噴出后形狀如柱狀，高純氮氣和精煉劑以較大的單元與熔體接觸，接觸面積不充分、反應(yīng)不充分，致使除氫和除雜物效果不理想，影響產(chǎn)品質(zhì)量；同時柱狀的氮氣和精煉劑上升較快，部分高純氮氣從鋁熔體表面直接排入大氣，部分精煉劑直接浮在鋁熔體表面不參與反應(yīng)，造成高純氮氣和精煉劑消耗量加大。

圖1 精煉配置圖

2 專用噴頭組成

在生產(chǎn)過程中，針對高純氮氣和精煉劑經(jīng)鋼管噴出后與熔體接觸不充分、反應(yīng)不充分，除氫和雜物效果不理想，既影響產(chǎn)品質(zhì)量，又消耗大量高純氮氣和精煉劑的現(xiàn)象，設(shè)計制作了一個噴管專用噴頭，包括1個球體，1個進(jìn)管，示意如圖2。

圖2 噴管專用噴頭

圖 3 球體和進(jìn)管剖面圖

2.1 球體

球體主要尺寸為內(nèi)半徑R58，外半徑R63，頂部為與球體相切的圓臺形，保證球體外表面無轉(zhuǎn)折死角；出口尺寸為外口φ43，內(nèi)口φ20，內(nèi)口尺寸小于進(jìn)管內(nèi)徑φ40，能對球體內(nèi)的氣料混合體起到保壓的作用，外口尺寸φ43大于內(nèi)口尺寸φ20，主要是為了改變氣料噴出后的形狀，使氣料以70°的錐狀向外噴出（如圖4），但為了避免鋁熔體進(jìn)入，也不宜過大，整體外表面設(shè)計成球形主要是為了減少死角，最大程度的降低噴頭使用后粘鋁的量，內(nèi)腔設(shè)計成球形主要是使氣料混合體進(jìn)入后形成渦流，變成細(xì)小的單元，同時上升噴出時既有上升動作又有旋轉(zhuǎn)動作。具體見剖面圖3。

2.2 進(jìn)管

進(jìn)管分通管和半個45°彎管，通管主要尺寸為內(nèi)徑φ40，外徑φ45；半個45°彎管尺寸與通管一致。進(jìn)入球體后設(shè)計成半個45°彎管，主要是使氣料方向改變，更好地形成渦流，沿著球體內(nèi)腔內(nèi)壁更好的旋轉(zhuǎn)和上升。通管與球體連接處為R25的圓弧相切，也是為了減少表面死角，最大程度的降低噴頭使用后粘鋁的量，具體見剖面圖3。

整個噴頭安裝時，出口水平朝上，通管與精煉鋼管采用45°彎管連接，保證氣料流通通暢，但使用過程中可任意翻轉(zhuǎn)，將氣料噴向混合爐熔池的任意方向。

圖4 氣料噴出形態(tài)圖

3 專用噴頭精煉過程

將專用噴頭水平安裝在噴管出口處，使用前對噴頭刷上涂料并烘干，避免精煉結(jié)束粘附大量的鋁，使用時先通高純氮氣和精煉劑，在球體內(nèi)部形成渦流，以比較細(xì)小的單元經(jīng)噴頭噴出，形狀如70°的錐狀（如圖4），大大增加與鋁熔體的接觸面積，然后將噴頭進(jìn)入鋁熔體，主要是防止噴頭出口被鋁堵死，精煉時要遍及混合爐每個角落，精煉結(jié)束時先將噴頭移開鋁熔體，再停止高純氮氣和精煉劑的供給。

4 專用噴頭的優(yōu)點

通過生產(chǎn)實踐過程中的驗證，該專用噴頭具備如下優(yōu)點：（1）高純氮氣和精煉劑在球體內(nèi)部形成渦流，噴出后形狀如70°的錐狀（如圖4），以比較細(xì)小的單元與鋁熔體充分接觸、充分反應(yīng)，可減少高純氮氣和精煉劑消耗量20%左右；（2）精煉效果顯著，提高產(chǎn)品質(zhì)量一個等級；（3）噴頭外部形狀無任何死角，使用前刷上涂料，基本做到了不粘鋁。

5 結(jié)束語

我們將理論分析與生產(chǎn)實際結(jié)合，在A356.2合金錠的生產(chǎn)中，為了減少產(chǎn)品中的針孔，提高產(chǎn)品質(zhì)量，采用了氮氣加精煉劑復(fù)合精煉，二者都有較強的吸附除渣的能力，取得了較好的除氣、除渣效果，生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上又設(shè)計制作了專用精煉噴頭，氮氣和精煉劑在噴頭球體內(nèi)部形成渦流，以比較細(xì)小的單元經(jīng)噴頭噴出，又加上氣料形狀如70°的錐狀，大大增加了與鋁熔體的接觸面積，明顯提高了精煉效果。通過車間生產(chǎn)實踐也驗證了鋁合金熔體的含氫量顯著降低，同時氮氣和精煉劑的使用量也降低了20%左右，對企業(yè)質(zhì)量管理、成本管理有很大的提高促進(jìn)作用。

（編輯：楊毅）

鋼鋁復(fù)合翅片管及其加工方法

中國專利 CN201110202268.X

本發(fā)明涉及一種鋼鋁復(fù)合翅片管及加工方法,以及用該翅片管制成的水-空氣換熱器。所述的鋼鋁復(fù)合翅片管由基管和多個翅片釬焊而成，其中基管為外表面鋁層完整的鋼敷鋁復(fù)合管材，翅片為中間具有穿管開孔的鋁質(zhì)翅片，在穿管開孔處形成卷邊。本發(fā)明的優(yōu)點是：能夠結(jié)合鋼管鋼翅片散熱器和鋁管鋁翅片散熱器的優(yōu)點，實現(xiàn)鋼管鋁翅片散熱器，有利于提高抗腐蝕能力，并且有利于環(huán)保；能夠保證換熱器翅片管的強度，提高換熱器散熱效率。同時，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)釬焊工藝連續(xù)生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)能和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

裝飾造型用壓鑄鋁合金及其制造方法

美國專利 US8349462

本發(fā)明涉及一種適合生產(chǎn)裝飾造型產(chǎn)品的壓鑄鋁合金。具體體現(xiàn)之一是用Al-Ni或Al-Ni-Mn合金制造裝飾造型產(chǎn)品，鑄造出的產(chǎn)品具有特定的顯微組織，容易進(jìn)行陽極氧化處理，并且具有適當(dāng)?shù)谋砻婀鉂嵍群蜋C(jī)械強度。壓鑄合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：6.6～8.0Ni，0.5～3.5Mn，F(xiàn)e+Si≤0.25，Cu+Zn+Mg≤0.5，Ti+Zr+Sc≤0.2，還可以含B和C之中的一個，含量最多0.1，其他元素最多為0.05，并且其他元素總和不得超過0.15，其余為鋁。用本發(fā)明合金壓鑄的鑄造產(chǎn)品壁厚不大于1.0mm，并且鑄件表面粗糙度適合，沒有表面鑄造缺陷，很容易進(jìn)行陽極氧化處理。

鑄造性能優(yōu)異的鋁銅合金

歐洲專利 WO2011098813

本專利提供了一種在合金枝晶間擁有大量不溶性微粒的鋁銅合金，同時，該合金中還含有足量可使鑄造合金晶粒細(xì)化的游離鈦，細(xì)化晶粒的作用是由于游離鈦與不溶性微粒相結(jié)合協(xié)同作用的結(jié)果，而且還可改善鋁銅合金的鑄造性能和物理性能。鋁銅合金中鈦的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般為0.01%～1.0%, 不溶性微粒的數(shù)量最多為20%。粒徑為0.5～25μm。本專利提供的鋁銅合金的鑄造性能大為改善，可用于生產(chǎn)性能要求高的復(fù)雜鑄件。

Design and Application of Nozzle for Aluminum Melt Refining

LI Guo-lin
（Henan Shenhuo Group Co., Ltd., Yongcheng 476600, China）

Through theoretical analysis combining with the actual production, in order to reduce the pinhole, improve product quality during producing A356.2 alloy ingot, the nitrogen and refining agent composite refining were used. The special nozzle was designed for special refining, such that the contact area between nitrogen gas and refining agent and molten aluminum greatly increased, the hydrogen content of aluminum alloy melt decreased, nitrogen and refining agent consumption is decreased by about 20%. Thus, the role of enterprise quality management and cost management can be promoted.

refine; turbulence; special nozzle

TG232

B

1005-4898（2014）05-0047-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.05.10

李國林（1980-），男，河南人，主要從事電解鋁生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)電設(shè)備管理，工程師。

2014-03-19