專利名稱：：一種混合氣體及用該氣體凈化鋁合金融體的方法、裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混合氣體及用該氣體凈化鋁合金融體的方法、裝置，特別是關(guān)于鋁合金融體中氣體、雜質(zhì)以及渣物被去除所采用的混合除氣氣體、裝置以及處理方法，屬于金屬合金及其制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：采用惰性與反應(yīng)性混合氣體，對鋁合金融體進(jìn)行處理，以除去鋁合金融體中的渣物、雜質(zhì)與氣體是生產(chǎn)中很實(shí)用的技術(shù)。但實(shí)際上所采用混合氣體的種類與組分的差異，以及所采用的處理裝置或方法不同，已造成鋁合金融體質(zhì)量上的極大差異，并也影響到了經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保問題。氮?dú)?，氮?dú)馐窍鄬︿X的惰性氣體，也與鋁發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)也與鋁中的鎂發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，產(chǎn)生的化合物A1N、Mg晶是較難徹底去除的有害雜物，這將造成對鋁合金融體的二次污染問題。氬氣，氬氣是絕對惰性氣體，凈化除渣、除氣效果優(yōu)異，但除氣效率不高。氯氣，或氯化物，氯是活性元素，除氣效率高，因其參加的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可增加氣體體積；同時(shí)氯對合金中雜質(zhì)鈉、鉀、鈣、鋰等微量有害元素去除是其它元素不可替代的，也是用含氯技術(shù)的關(guān)鍵所在。但氯對環(huán)境、人、裝置是有害的，又是必須限制使用的元素?，F(xiàn)有的N2+C12、Ar+Cl2及氯化物除氣凈化技術(shù)都存在環(huán)境污染問題、融體凈化質(zhì)量問題以及經(jīng)濟(jì)性問題。美國聯(lián)合鋁業(yè)公司發(fā)明的MINT裝置及后繼型各類裝置，全都采用切向金屬導(dǎo)流與固體噴嘴噴出除氣凈化氣體逆向?qū)α鞯姆椒?，使鋁合金熔體與凈化氣體有更好的作用機(jī)制，但凈化裝置是采用向上發(fā)散型結(jié)構(gòu)，因熱流體、熱物理學(xué)的作用機(jī)制，將導(dǎo)致凈化氣體向中心偏聚，無法均勻分布，導(dǎo)致了鋁合金融體除氣凈化質(zhì)量上的問題，此外該類裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、預(yù)熱啟動(dòng)困難，加之存在維護(hù)與斷電情況下的應(yīng)急處理等難題，應(yīng)用受到局限。美國專利3870511、4772319公布了一種采用封閉式處理裝置，在鋁合金熔體面上通入低于大氣露點(diǎn)的空氣，壓力高于大氣壓力，顯然，這在實(shí)際連續(xù)生產(chǎn)情況下是不適宜的。專利中所采用的外加旋轉(zhuǎn)除氣噴嘴機(jī)構(gòu)以及如SINF類除氣裝置向鋁合金熔體內(nèi)引入除氣凈化氣體，都存在轉(zhuǎn)子以及轉(zhuǎn)軸的易損問題，以及隨機(jī)性或意外性問題，造成維護(hù)與生產(chǎn)運(yùn)行不能連續(xù)性問題。此外專利還公布了除氣凈化氣體是氬、氦、氡和氙以及氮、氯等，顯而易見采用惰性氣體氦、氡和氙等，存在高成本問題。而采用氬、氮、氯氣體，具體的比例或選擇并沒有公布，如采用單一氣體通氣量為15L/min或20L/min將存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題或融體凈化質(zhì)量問題以及經(jīng)濟(jì)性問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種從鋁合金融體中除去氣體如氫、堿土金屬如鈉、鉀、鋰和鈣以及氧化物熔渣的混合氣體及用該氣體凈化鋁合金融體的方法、裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的混合氣體，其組分構(gòu)成按體積濃度百分比N2+Ar:7585%;C0+C12:1525%;其中Ar/N2:1/31/2;C12/C0:1/81/9。這里采用Ns與Ar混合惰性氣體，其目的是用Ar氣進(jìn)一步去除因氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氮化物及復(fù)渣氧化物。在除氣時(shí)間和順續(xù)上具有靈活性，四種氣體可同時(shí)通入或先通入N2+C0+Cl2混合氣體后再通入Ar氣也可。這里采用C0與Cl2混合活性氣體，其目的是用C0氣體代替或減少Cl2用氣量，降低Cl2對環(huán)境、人員以及設(shè)備的危害。但Cl2對堿土金屬如鈉、鉀、鋰和鈣的去除作用是無法代替的，這是已知的常用方法，因此必須含有Cl2。但不限于此，這里也可采用氯化物或含氯氣體如MnCl2、C2C16、CCl4等。采用CO氣體也將達(dá)到高的除氣效果，所參與的化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式2A1203+6C12=4A1C13t+302t302+6C0二6C02tA1A+2[H]+4C12+3C0=2HC1t+2A1C13t+3C02t反應(yīng)產(chǎn)物全部為氣體，顯著提高了除氣凈化效果。同時(shí)也避免因過量的Cl2與鈦細(xì)化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成TiCl3，而粗化組織的缺點(diǎn)。同時(shí)除氣反應(yīng)也消耗了部分A1A渣，提高了除渣凈化效率。在處理含鎂鋁合金時(shí)，也因避免鎂與氯發(fā)生反應(yīng)，減少了鎂的燒損，有利于保證合金的化學(xué)成分。本發(fā)明的用上述氣體凈化鋁合金融體的方法即對鋁合金融體除氫、除雜與除渣方法是首先對采用的氣體進(jìn)行除水和除氧處理，使氣體中含氧量不大于0.03%voL，水分含量不大于3.0g/L，然后通過控制各氣體的流量，使各氣體按比例進(jìn)入混合罐進(jìn)行混合，再通過控制混合氣體的流量與壓力，使混合氣體通過導(dǎo)管進(jìn)入除氣頭及噴嘴導(dǎo)入鋁合金融體中，進(jìn)行除氣凈化處理；除氣凈化處理采用爐內(nèi)精煉處理、爐外在線精煉處理或爐內(nèi)精煉與爐外在線精煉聯(lián)合處理的處理方式之一采用爐內(nèi)精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為720°C-750°C，通入混合氣體時(shí)間為15-30min，混合氣體壓力控制在0.15-0.20atm，混合氣體流量控制在1.2-2.0Nm3/min;采用在線精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為710°C-725°C，混合氣體壓力控制在0.5MPa-0.8MPa，混合氣體流量控制在0.35-0.45Nm3/min;采用爐內(nèi)精煉與爐外在線聯(lián)合精煉處理爐內(nèi)精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為72(TC-750。C，通入混合氣體時(shí)間為15-20min，混合氣體壓力控制在0.15-0.20atm，混合氣體流量控制在1.2-2.0Nm7min;在爐內(nèi)精煉處理后進(jìn)行在線精煉處理，在線精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為710°C-725°C，混合氣體壓力控制在0.5MPa-0.8MPa，混合氣體流量控制在0.30-0.35Nm3/min。當(dāng)采用在線精煉處理時(shí)所使用的裝置如下本發(fā)明的裝置包括由鋼制外殼、隔熱層、耐火層構(gòu)成裝置的外體，其特征是在外體內(nèi)部豎直地設(shè)有檔板、在外體的前側(cè)壁與檔板間水平地設(shè)有一級過濾板、在檔板的下部與外體的底部間豎直地設(shè)有二級過濾板、在外體的后側(cè)壁與檔板間水平地設(shè)有三級過濾板，將外體內(nèi)部空間分隔為前凈化室、中凈化室和后凈化室三個(gè)過濾室，在外體的前側(cè)壁的上部設(shè)有進(jìn)液流道，在外體的后側(cè)壁的上部設(shè)有出液流道。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明的混合氣體技術(shù)，克服了高氯氣處理所帶來的各類危害，具有低成本與除氣凈化效果高等特點(diǎn)；(2)本發(fā)明的在線除氣凈化裝置，避免了SINF型與MINT型除氣凈化裝置的不足或問題，具有成本低，除氣凈化效果高，便于維護(hù)與適宜于在線處理等特點(diǎn)；(3)處理6063鋁合金融體，凈化后鋁合金熔體含氣量可控制在0.1375mL/100gAl以下，鈉含量重量百分比可控制在5ppm以下，滿足建筑型材成品率、加工性能與質(zhì)量技術(shù)要求。圖1所示是本發(fā)明裝置的垂直剖視圖2所示是實(shí)施例1、2和3中的除氣時(shí)間、混合氣體含量和鋁合金溶體內(nèi)氫含量的關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述圖l所示是本發(fā)明裝置的垂直剖視圖，其具體構(gòu)成是由鋼制外殼(8)、隔熱層(6)、耐火層(5)構(gòu)成裝置的外體；內(nèi)部由檔板(15)、一級過濾板(3)、二級過濾板(11)、三級過濾板(13)組成三個(gè)過濾室，即前凈化室(2)、中凈化室(4)和后凈化室(12)。由導(dǎo)氣管(7)、固定式通氣噴嘴(9)、檔板(15)和一級過濾板(3)構(gòu)成除氣、除雜、除渣凈化室，也即中凈化室(4)。中凈化室是由下向上收斂型結(jié)構(gòu)，而后凈化室是由下向上發(fā)散型結(jié)構(gòu)。其重要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵尺寸特征是-三級過濾板采用常規(guī)已知的方法或結(jié)構(gòu)，這里可選用Pyrotek公司的推薦規(guī)格為500,標(biāo)準(zhǔn)板厚50mm，孔徑為10-40ppi的陶瓷過濾板，最小過濾流量要求290kg/min。一級過濾板起始靜壓頭不小于150mm;—級過濾板與三級過濾板之間高度差或壓差應(yīng)控制在150300rnrn。進(jìn)流道(1)與出流道(14)之間高度差或壓差最小應(yīng)保證150mm。中凈化室(4)內(nèi)部凈高不小于350mm。通混合氣體所用的噴嘴(9)和導(dǎo)氣管(7)應(yīng)被安裝在中凈化室(4)中，可采用石墨加工成型。導(dǎo)氣管(7)是中空管結(jié)構(gòu)，與噴嘴連接端加工成螺紋結(jié)構(gòu)(未示出)，外部與管道連接端加工成已知的螺紋接口。噴嘴也是中空結(jié)構(gòu)，其上段是球形結(jié)構(gòu)，其上鉆出小孔為0.25-1.25醒，其下段加工成螺紋結(jié)構(gòu)(未示出)，以便于與導(dǎo)氣管(7)連接，可將混合氣體導(dǎo)入進(jìn)來，通過噴嘴上小孔導(dǎo)入鋁合金熔體中。噴嘴(9)和導(dǎo)氣管(7)也可采用耐熱鋼加工成型，其結(jié)構(gòu)同石墨情形，應(yīng)該指出采用鋼制結(jié)構(gòu)，還可采用轉(zhuǎn)換開關(guān)直接引入天然氣進(jìn)行啟動(dòng)前的預(yù)熱，這樣可節(jié)省另外的一套預(yù)熱系統(tǒng)或設(shè)施。本發(fā)明的除氣凈化裝置啟動(dòng)前要進(jìn)行預(yù)熱，可采用可燃?xì)怏w，用燒嘴預(yù)熱，也可采用爐內(nèi)預(yù)熱。本發(fā)明的裝置四周有吊環(huán)(未示出)，是自成一體的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，可以吊運(yùn)。預(yù)熱時(shí)間不少于30min，應(yīng)使預(yù)熱溫度不超過工作溫度2(TC。本發(fā)明的除氣凈化裝置使用方法是打開爐體放流孔，鋁合金熔體通過進(jìn)流道(1)進(jìn)入過濾板(3)上，在鋁合金熔體靜壓頭150mm啟動(dòng)壓力作用下，鋁合金熔體通過過濾板(3)。啟動(dòng)除氣系統(tǒng)，打開流量開關(guān)，控制流量。除氣氣體即本發(fā)明的混合氣體通過噴嘴孔成非鏈續(xù)噴出，形成氣泡上升不斷吸附鋁合金熔體中的氫和雜物。在特定收斂結(jié)構(gòu)的約束下，混合氣體在通過過濾板(3)時(shí)，將形成"瓶頸"作用，強(qiáng)制通過過濾板(3)的鋁合金熔體能全部與上升除氣氣體充分作用，以去除鋁合金熔體中的氫與雜物。應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)混合氣體通過一級過濾板(3)時(shí)，也相當(dāng)于通過除氣磚的作用機(jī)制，其凈化除氣效果更為優(yōu)越。隨后鋁合金熔體經(jīng)過底部導(dǎo)流口(10)連續(xù)通過二級過濾板(11)、三級過濾板(13)過濾，最后通過出流道(14)流出，進(jìn)入鑄造系統(tǒng)。鑄造后期，當(dāng)不在有鋁合金熔體流入進(jìn)流道(1)時(shí)，立即采用吊車提起裝置的進(jìn)流道(1)端，將鋁合金熔體慢慢傾倒出流道(14)端，以便傾盡鋁合金熔體，也可通過放流孔(未示出)將剩余鋁合金熔體放千，并及時(shí)清理、維護(hù)與更換陶瓷過濾板，為下一輪次作準(zhǔn)備。實(shí)施例1、實(shí)施例2及實(shí)施例3采用本發(fā)明的混合氣體，進(jìn)行爐內(nèi)精煉處理，其技術(shù)效果是將爐內(nèi)20噸6063鋁合金融體溫度控制在720°C-750°C，采用T型導(dǎo)管，用本發(fā)明的混合氣體進(jìn)行除氣、除雜與除渣處理。處理前鋁合金熔體含氫量約0.35mL/100gAl，混合氣體濃度與流量由表1示出，除氫處理時(shí)間與處理后鋁融體氫含量的關(guān)系由圖2示出。顯而易見，三種濃度的混合氣體在經(jīng)過15min處理后，氫含量都能降到0.1375mL/100gAl以下，且氫含量不在隨通氣量及通氣時(shí)間發(fā)生明顯的變化。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例4、實(shí)施例5采用實(shí)施例3濃度的混合氣體，進(jìn)行不同氣體流量的爐內(nèi)精煉處理，其技術(shù)效果是將爐內(nèi)20噸6063鋁合金融體溫度控制在70(TC-78(TC，采用T型導(dǎo)管，用本發(fā)明的混合氣體進(jìn)行除氣、除雜與除渣處理。處理前鋁合金熔體含氫量約0.35mL/100gAl，混合氣體流量、除氫處理時(shí)間與處理后鋁融體內(nèi)氫含量的關(guān)系，以及處理前后鈉含量的關(guān)系由表2示出。顯而易見，除氣氣體流量減小后，達(dá)到同樣除氫效果所需要的處理時(shí)間要長。而鈉去除率達(dá)到55%以上。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例69采用本發(fā)明的多元混合氣體、本發(fā)明的除氣凈化裝置及除氣凈化處理方法，進(jìn)行爐外在線精煉處理，其技術(shù)效果是-6063鋁合金在線融體溫度控制在710。C-720。C，金屬流量為29Okg/min。處理前鋁合金熔體含氫量0.306mL/100gAl以下，混合氣體濃度、流量與處理后鋁合金融體內(nèi)氫含量的關(guān)系，以及處理前后鈉含量的關(guān)系由表3示出。顯而易見，在線處理后鋁合金融體內(nèi)氫含量與鈉含量都得到有效的去除，除氫率達(dá)到50%以上，鈉去除率達(dá)到54%以上。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種混合氣體，其特征是混合氣體的組分構(gòu)成按體積濃度百分比N2+Ar75～85％；CO+Cl215～25％；其中Ar/N21/3～1/2；Cl2/CO1/8～1/9。2、一種采用權(quán)利要求1所述的混合氣體凈化鋁合金融體的方法，其特征是首先對采用的氣體進(jìn)行除水和除氧處理，使氣體中含氧量不大于0.03%voL，水分含量不大于3.0g/L，然后通過控制各氣體的流量，使各氣體按比例進(jìn)入混合罐進(jìn)行混合，再通過控制混合氣體的流量與壓力，使混合氣體通過導(dǎo)管進(jìn)入除氣頭及噴嘴導(dǎo)入鋁合金融體中，進(jìn)行除氣凈化處理；除氣凈化處理采用爐內(nèi)精煉處理、爐外在線精煉處理或爐內(nèi)精煉與爐外在線精煉聯(lián)合處理的處理方式之一采用爐內(nèi)精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為72(TC-75(rC，通入混合氣體時(shí)間為15-30min，混合氣體壓力控制在0.15-0.20atm，流量控制在1.2-2.0NmVmin;采用在線精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為710°C-725°C，混合氣體壓力控制在0.5MPa-0.8MPa，流量控制在0.35-0.45Nm3/min;采用爐內(nèi)精煉與爐外在線聯(lián)合精煉處理爐內(nèi)精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為720°C-750°C，通入混合氣體時(shí)間為15-20min，混合氣體壓力控制在0.15-0.20atm，混合氣體流量控制在1.2-2.0Nm7min;在爐內(nèi)精煉處理后進(jìn)行在線精煉處理，在線精煉處理時(shí)鋁合金融體溫度為710°C-725°C，混合氣體壓力控制在0.5MPa-0.8MPa，混合氣體流量控制在0.30-0.35Nm7min。3、一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的用混合氣體凈化鋁合金融體的方法在采用在線精煉處理時(shí)所使用的裝置，包括由鋼制外殼、隔熱層、耐火層構(gòu)成裝置的外體，其特征是在外體內(nèi)部豎直地設(shè)有檔板、在外體的前側(cè)壁與檔板間水平地設(shè)有一級過濾板、在檔板的下部與外體的底部間豎直地設(shè)有二級過濾板、在外體的后側(cè)壁與檔板間水平地設(shè)有三級過濾板，將外體內(nèi)部空間分隔為前凈化室、中凈化室和后凈化室三個(gè)過濾室，在外體的前側(cè)壁的上部設(shè)有進(jìn)液流道，在外體的后側(cè)壁的上部設(shè)有出液流道，在中凈化室內(nèi)設(shè)有通混合氣體的導(dǎo)氣管與噴嘴。全文摘要本發(fā)明涉及一種混合氣體及用該氣體凈化鋁合金融體的方法、裝置，混合氣體的組分構(gòu)成按體積濃度百分比N<sub>2</sub>+Ar75～85％；CO+Cl<sub>2</sub>15～25％；其中Ar/N<sub>2</sub>1/3～1/2；Cl<sub>2</sub>/CO1/8～1/9。用該氣體凈化鋁合金融體的方法是將混合氣體通過導(dǎo)管進(jìn)入除氣頭及噴嘴導(dǎo)入鋁合金融體中，進(jìn)行除氣凈化處理；除氣凈化處理采用爐內(nèi)精煉處理、爐外在線精煉處理或爐內(nèi)精煉與爐外在線精煉聯(lián)合處理的處理方式之一。其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的混合氣體技術(shù)，克服了高氯氣處理所帶來的各類危害，具有低成本與除氣凈化效果高等特點(diǎn)；本發(fā)明的裝置具有成本低，除氣凈化效果高，便于維護(hù)與適宜于在線處理等特點(diǎn)。文檔編號(hào)C22B21/00GK101487088SQ20091000547公開日2009年7月22日申請日期2009年1月16日優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日發(fā)明者吳江明,孫廷富,張文波,李志剛,李進(jìn)軍,杜奇圣,狄石磊,米建國,菅少霆,蕭俊彪,平高申請人:內(nèi)蒙古吉泰鋁業(yè)有限公司;內(nèi)蒙金屬材料研究所