本發(fā)明涉及鋁合金熔煉領(lǐng)域，具體地說，涉及一種強剪切攪拌鋁合金熔體復(fù)合處理裝置和技術(shù)。

背景技術(shù)：

近年來全球汽車工業(yè)特別是中國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展帶動了汽車零部件制造業(yè)的發(fā)展，作為汽車關(guān)鍵性零部件的鋁合金輪轂也迎來了高速增長期。據(jù)中國車輪協(xié)會統(tǒng)計，2015年中國大陸鋁合金輪轂出口達7500萬件，金額達38.67億美元，出口量78.86萬噸，中國已成為世界鋁輪轂第一制造和出口大國。

鋁輪轂制造涉及鋁液熔化、鑄造、熱處理、機械加工、表面處理等多個環(huán)節(jié)，其中熔體處理是制造的第一個環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品的外觀品相和力學性能影響非常大。目前，對鋁熔體處理方式，行業(yè)內(nèi)一般采用在中轉(zhuǎn)包中將覆蓋劑撒在熔體表面，用鐘罩將精煉劑壓入鋁溶液中，然后再將以氮氣為載體采用旋轉(zhuǎn)噴吹方式進行精煉凈化，該方法雖可以消除鋁液中的部分氣體與氧化物夾渣物，但熔體中的原子氫與氧化物夾雜物處理不徹底，精煉凈化效果并不理想，處理過的鋁熔體經(jīng)測氫檢驗一般密度為2.53～2.60g/cm²，該熔體質(zhì)量狀況只適合生產(chǎn)普通輪轂，無法達到高品質(zhì)輪轂機械性能和外觀的要求；特別是對于高合金化的熔體，由于更容易存在成分偏析、高熔點形核質(zhì)點分布不均勻，以上處理方法對于成分、質(zhì)點均勻分布處理效果有限，會使鑄件結(jié)晶凝固后晶粒粗大；因此，鋁輪轂行業(yè)技術(shù)研發(fā)人員需要研制更好的鋁熔體精煉處理裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有對鋁合金熔體精煉處理過程所存在的不足，提供一種可實現(xiàn)鋁合金熔體潔凈化、細化與均勻化的復(fù)合處理裝置和技術(shù)，具體地說，是一種強剪切攪拌鋁合金熔體復(fù)合處理裝置和技術(shù)。

實現(xiàn)以上的技術(shù)方案是：一種強剪切攪拌鋁合金熔體復(fù)合處理裝置和技術(shù)，包括控制柜、導(dǎo)線、儲氣瓶、氣體流量控制閥、氣管、粉末儲存罐、升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達、支撐桿、石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達、石墨轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)噴頭、刮渣板、中轉(zhuǎn)包。控制柜通過導(dǎo)線與升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達以及石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達相連接，控制支撐桿上下運動以及石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動；石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達與石墨轉(zhuǎn)子安裝在支撐桿上，支撐桿與升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達相連接；石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達通過皮帶與石墨轉(zhuǎn)子相連接，驅(qū)動石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對熔體進行剪切與攪拌；石墨轉(zhuǎn)子中間有直徑10-12mm的孔洞，為熔體處理過程氣流與所添加粉末的通道；石墨轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)噴頭相連接，旋轉(zhuǎn)噴頭的底部有6個高度為15～20mm的凸臺，在每兩凸臺之間有寬度8～12mm、深度10～15mm的凹槽，其目的將氣流與所添加的粉末均勻分散，將較大的氣泡撞擊成較小的氣泡，提升熔體的凈化效果；儲氣瓶與粉末儲存罐通過氣管與石墨轉(zhuǎn)子連接，氣體流量控制閥控制儲氣瓶氣體的流出量，儲氣罐內(nèi)的氣體為純度為99.99％的氮氣或氬氣，在儲氣瓶的壓力下通過氣流將粉末儲存罐內(nèi)的粉末經(jīng)石墨轉(zhuǎn)子攜帶到熔體內(nèi)，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)噴頭在熔體內(nèi)產(chǎn)生均勻細小的氣泡與分散的粉末，粉末儲存罐內(nèi)的粉末為精煉劑與晶粒細化劑，精煉劑的成分為45％含量的KCl、35％含量的NaCl與20％Na₃AlF₆；細化劑的成分為K₂ZrF₆與KBF₄各占50％，這樣處理使溶劑中含一定量的冰晶石Na₃AlF₆可促進溶劑對氧化物的潤濕與吸附能力大大加強，伴隨氣泡在上浮過程將熔體內(nèi)的原子氫與氧化物夾渣攜帶到熔體的表面，提高溶劑的凈化能力，細化劑K₂ZrF₆與KBF₄加入與熔融的鋁液發(fā)生化學反應(yīng)：

3K₂ZrF₆+13Al→3ZrAl₃+4AlF₃+6KF

6KBF₄+3K₂ZrF₆+10Al→3ZrB₂+10AlF₃+12KF

可生成ZrAl₃與ZrB₂成為高熔點異質(zhì)晶核質(zhì)點，以該方式形成的ZrAl₃與ZrB₂在熔體內(nèi)活性大、細化效果好，可促使ɑ枝晶更加細小，從而起到細化晶粒的作用；石墨轉(zhuǎn)子浸入熔體的部分呈左螺旋式螺牙，其螺牙深度10～15mm，螺距15～20mm，該結(jié)構(gòu)在高速轉(zhuǎn)動過程對熔體起到強剪切作用，即對熔體內(nèi)的初生相進行剪切，對高熔點的異質(zhì)晶核質(zhì)點剪切，對高密度微合金剪切，經(jīng)該結(jié)構(gòu)處理過的熔體結(jié)晶凝固后ɑ枝晶細小且均勻分布，共晶成分細小均布，鑄件不存在成分偏析；在石墨轉(zhuǎn)子的兩側(cè)安裝刮渣板，刮渣板的橫截面呈菱形，刮渣板的側(cè)面有對熔體內(nèi)的大起泡撞擊成無數(shù)的小起泡的作用，增強熔體的凈化效果，刮渣板的棱角在石墨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程帶動熔體轉(zhuǎn)動，對熔體也有剪切作用；使用時依據(jù)熔煉工藝要求，將1.5—2.5kgAl-Sr-RE中間合金加入中轉(zhuǎn)包，將鋁液加入預(yù)熱至暗紅色的中轉(zhuǎn)包內(nèi)，鋁液500-800kg，表面均勻的撒上一層干燥的覆蓋劑1.0～1.5kg，將干燥的精煉劑1.0～1.5kg與干燥的晶粒細化劑1.0～1.5kg加入粉末儲存瓶內(nèi)，將防護蓋旋緊，將石墨轉(zhuǎn)子通過升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達向下移動到距中轉(zhuǎn)包底80～100mm處，在控制柜上設(shè)定精煉凈化時間10.0～15.0min,,設(shè)定氣體流量0.8～1.5m²/h,石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速600～800轉(zhuǎn)/分，精煉結(jié)束后將石墨轉(zhuǎn)子通過升降系統(tǒng)上移到一定高度，關(guān)閉氣體，進行扒渣，整個中轉(zhuǎn)包內(nèi)復(fù)合處理結(jié)束。該裝置有利凈化鋁液中的氣體與夾渣，處理過程產(chǎn)生大量高度彌散的高熔點異質(zhì)晶核質(zhì)點，同時還具有對熔體攪拌與剪切效果，促進熔體內(nèi)異質(zhì)形核質(zhì)點與高密度微量合金均勻分布，避免傳統(tǒng)工藝熔體處理不徹底、成分偏析與晶粒粗大等問題，經(jīng)測氫檢驗該裝置處理的鋁液密度可達到2.65m/cm²，鑄件各部位ɑ枝晶細小且均勻分布，和傳統(tǒng)的精煉裝置相比，有更好的除氣凈化、細化和均勻化的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一種強剪切攪拌鋁合金熔體復(fù)合處理裝置，包括控制柜1、導(dǎo)線2、儲氣瓶3、氣體流量控制閥4、氣管5、粉末儲存罐6、升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達7、支撐桿8、石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達9、石墨轉(zhuǎn)子10、旋轉(zhuǎn)噴頭11、刮渣板12、中轉(zhuǎn)包13；控制柜1通過導(dǎo)線2與升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達7以及石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達9相連接，控制支撐桿8上下運動以及石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達9轉(zhuǎn)動；石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達9與石墨轉(zhuǎn)子10安裝在支撐桿8上，支撐桿8與升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達7相連接；石墨轉(zhuǎn)子驅(qū)動馬達9通過皮帶與石墨轉(zhuǎn)子10相連接，驅(qū)動石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動對熔體進行剪切與攪拌，石墨轉(zhuǎn)子中間有直徑10mm的孔洞，為氣流與粉末通道；石墨轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)噴頭相連接，旋轉(zhuǎn)噴頭底部有6個高度為20mm凸臺，在每兩個凸臺之間有6條寬度12mm、深度10mm的凹槽；儲氣瓶與粉末儲存罐通過氣管與石墨轉(zhuǎn)子連接，儲氣罐內(nèi)的氣體為純度為99.99％的氮氣，氣體流量控制閥控制儲氣瓶氣體的流出量，在儲氣瓶的壓力下通過氣流將精煉劑儲存罐內(nèi)的精煉劑與細化劑經(jīng)石墨轉(zhuǎn)子以及旋轉(zhuǎn)噴頭攜帶到熔體內(nèi)；石墨轉(zhuǎn)子浸入熔體部分呈左螺旋式螺紋，其螺牙深度15mm、螺距20mm，在石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程對熔體起到強剪切作用，即對熔體內(nèi)的初生相進行剪切，對高熔點的形核質(zhì)點攪拌均勻，對高密度微合金攪拌均勻，經(jīng)該結(jié)構(gòu)處理過的熔體結(jié)晶凝固后ɑ枝晶細小且均勻分布，共晶成分細小均布，鑄件不存在成分偏析；石墨轉(zhuǎn)子的兩側(cè)的刮渣板安裝在支撐架上，刮渣板的橫截面呈菱形，刮渣板的側(cè)面對熔體內(nèi)的起泡撞擊成無數(shù)的小起泡，增強熔體的凈化效果，刮渣板的棱角在石墨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程帶動熔體轉(zhuǎn)動，對熔體也有剪切作用；使用時依據(jù)熔煉工藝要求，將2.5kgAl-Sr-RE中間合金加入800kg的中轉(zhuǎn)包，表面上均勻的撒上一層所占鋁液1.5kg干燥的覆蓋劑，將1.5kg干燥的精煉劑加入粉末儲存瓶內(nèi)，同時加入1.0kg細化劑，將密封蓋旋緊，將石墨轉(zhuǎn)子通過升降系統(tǒng)驅(qū)動馬達向下移動到距中轉(zhuǎn)包底90mm處，在控制柜上設(shè)定精煉凈化時間10.0min,設(shè)定氣體流量1.2m²/h,石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速700轉(zhuǎn)/分，精煉結(jié)束后將石墨轉(zhuǎn)子通過升降系統(tǒng)上移到一定高度，關(guān)閉氣體，進行扒渣，整個中轉(zhuǎn)包內(nèi)精煉凈化結(jié)束。經(jīng)測氫檢驗該裝置處理的鋁液含氫量為0.06㎝³/100g、密度在2.65m/cm²，很好地凈化鋁液中的氣體與夾渣，同時促進熔體內(nèi)異質(zhì)形核質(zhì)點與高密度微量合金均勻分布。