本发明专利技术涉及用于向处于保温炉中的熔融铝或铝合金的熔体中添加熔融锂和非活性气体的系统，该系统包含：熔锅，该熔锅限定用于熔融和存储熔融金属(特别是熔融锂)的腔室；该熔锅配备的密封盖；非活性气体输送系统，该非活性气体输送系统被布置用于使用非活性气体来维持熔锅的腔室中的过压；导管，该导管用于从熔锅中抽出部分熔融金属，并且相对于熔锅或密封盖，该导管被可移动地布置，以使导管入口能够可控地在熔融金属的表面水平之下和之上移动，并且其中当导管入口在熔融金属的表面水平之下时，该导管被布置用于在过压的帮助下从熔锅向分离的熔融金属保温炉中供给熔融金属，而当导管入口在熔融金属的表面水平之上时，导管被进一步布置用于从熔锅向分离的熔融金属保温炉中供给非活性气体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含有目的量的锂作为合金元素的铝合金的制造。具体而言，本专利技术涉及用于向熔融铝或铝合金的熔体中添加熔融锂的系统、方法和装置。
技术介绍
包含锂的铝合金对用于航空航天工业而言非常有益，这是由于目的性地添加锂可降低铝合金的密度并提高弹性模量，加入lwt%的锂可降低约3%的铝合金密度并提高约6%的弹性模量。为了使这些合金被选用于飞机中，它们在其它工程性能方面的表现必须与常用的合金一样好，尤其是在静态机械强度性能和损伤容限性能之间的折衷方面。随着时间的推移，以相应的大量的热-机械加工路线开发出了大量的铝-锂合金。然而，关键的加工路线仍然是锭(ingots)或坯(billets)的铸造，锭或坯用于通过挤压、锻造和/或乳制进行进一步加工。已证明在锭和坯的工业规模生产中，铸造工艺仍然是有问题的加工步骤。例如在炉中、转移槽中和铸造本身的过程中，存在关于熔融金属氧化的其它问题。对于铝-锂合金的工业规模制造，可通过向炉中的铝合金熔体添加固体形式的锂来生产。随后，将所得到的Al-Li合金转移至铸造工段，以铸成适于通过例如挤压、锻造和/或乳制进行进一步加工的锭或坯原料。美国专利文件US-2011/0036534_A1(转让给 AMLI Materials Technology)公开了用于生产含锂合金材料的方法，该方法包括:(1)将至少一种合金元素、特别是锂放入真空感应熔融炉的熔锅中；(2)在真空感应熔融炉中通过感应加热将锂熔融成合金熔体(alloy melt) ; (3)将合金熔体浇注到用非活性气体保护并预填充有锂材料的钢包(ladle)中；(4)振摇钢包，以将锂材料与合金熔体强力地冲刷并混合，由此形成熔融锂合金；以及(5)将熔融锂合金浇注到模具中以形成锭，从而形成锂合金。该方法具有多种缺点，并且由于所需的钢包振摇操作，对于用于乳制、挤压或锻造的DC-铸造原料的熔融铝-锂合金的大量生产而言是不可行的。美国专利号4，761，266(转让给Kaiser Aluminum)公开了以预选的招与锂的比例制备铝-锂合金的方法。该方法包括制备大量的熔融锂和大量的熔融铝熔体。使用不锈钢过滤器对熔融锂进行过滤，以从熔融锂中移除固体、特别是锂的氧化物和氢氧化物。在与熔融锂混合之前，通过脱气对熔融铝熔体进行熔融处理。在包含涡流碗(vortex bowl)的复合装置中对熔融锂和熔融铝进行混合。涡流的漩涡作用(swirling act1n)使铝和锂混合，然后作为均匀混合物向下进行，穿过漏斗底部的出口通道。混合物进入脱气室，其中，用氩对混合物进行吹扫。然后，使经吹扫的混合物穿过过滤器，以移除可能已进入系统中的任何氧化物以及难恪(refractory)碎片。然后，恪融混合物进入锭的铸造工段(stat1n)。该方法具有多种缺点。例如对合金的粘度敏感，并由此对涡流碗中的金属的温度波动敏感。虽然该系统被笼罩在非活性气氛中，但是熔融金属中将会夹带气体和氧化物，该气体和氧化物随后必须被移除。合金化系统是复杂的动态途径，藉此金属流(metal flow)中的小变化可导致最终的锭中的合金组成的不期望改变。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供生产熔融铝-锂合金原料的方法学(该方法学使得能够以更可靠且更稳健的方式制备大量的此类原料)、或者至少提供生产熔融铝-锂合金的替代方法学。本专利技术达到或超越了这一目的和其它目的以及进一步的优势，并且提供了用于向处于保温炉(holding furnace)或熔融炉中的熔融铝或铝合金的熔体中添加熔融锂和非活性气体的系统，该系统包含:-熔锅，该熔锅限定用于熔融和储存熔融金属、特别是熔融锂的腔室；-该熔锅配备的密封盖，该密封盖用于使熔锅保持气密；-非活性气体输送系统，该非活性气体输送系统被布置用于使用非活性气体维持熔锅的腔室中的过压；-导管，该导管用于从熔锅中抽出部分熔融金属、优选熔融锂，该导管具有导管入口和导管出口，并且其中相对于熔锅或密封盖，该导管被可移动地布置，以使在操作中导管入口能够可控地在熔融金属的表面水平之下和之上移动，并且其中当导管入口在熔融金属的表面水平之下或浸入熔融金属中时，导管被布置用于在过压的帮助下从熔锅向分离的熔融金属保温炉中供给熔融金属，而当导管入口在熔融金属的表面水平之上时，导管被进一步布置用于从熔锅向分离的熔融金属保温炉中供给非活性气体。根据本专利技术，已发现该系统以及相应的方法和装置在操作中可具有用于两用功能的仪器，即，用于以受控的方式将熔融锂输送到处于分离的保温炉和/或熔融炉中的熔融铝或铝合金的熔体，以及还用于将非活性气体输送到相同的熔融铝以降低氢含量(脱气)以及从熔融铝合金中移除颗粒。该两用功能通过使用以受控的方式具有非活性气体(例如氦或氩，并藉此优选氩)的过压的气密熔锅与相对于熔锅或盖可移动地布置的导管的组合来实现。取决于导管入口在熔融锂的表面水平之上还是之下，可将导管用于以受控的方式将熔融锂或非活性气体熔剂输送到熔融铝熔体。当在熔融锂的受控转移之后直接实施非活性气体助熔时，还避免了熔融锂残留在导管中或者可能残留在用于处于分离的保温炉中的熔融铝的扩散器(diffuser)中。这能够使导管受控冷却，从而降低了损坏导管的风险，并且避免了残留于导管中且仍处于高温下的任何的锂起火。当与熔融锂一起运作时，熔锅优选处于钢器皿或钢容器的形式，该钢器皿或钢容器优选由低碳钢或不锈钢制成。优选钢器皿或钢容器由不锈钢制成。并且优选在该器皿或容器的内部不使用难熔材料，该难熔材料可能导致在熔融锂中不利地挟取难熔碎片，而难熔碎片可能最终在熔融铝合金中并影响原料质量。熔锅、钢器皿或钢容器可用于仅储存熔融锂，并藉此使锂在分离的炉中熔融，并被用于再补充本专利技术所述的熔锅、钢器皿或钢容器，且用于将熔融锂的水平维持在一定的期望的参数内。或者，可将锂在熔锅、钢器皿或钢容器本身中熔融并储存。为了以受控的方式将熔融锂维持在高温下以及还适合于熔融锂金属的位置处，该系统具有一个或多个加热单元、以及温度测量和控制工具。可将加热单元布置用作位于器皿内部的直接加热源(例如，诸如封装在钢柱塞、优选不锈钢柱塞中的电阻加热件)。在另一实施方式中，加热工具可被布置以间接地发挥作用，例如使用围绕器皿或容器外部的至少一部分的电阻或油浴。优选使用油浴，因为油浴允许精确的温度控制，并避免了熔融锂的任何局部过热。作为热浴的替代，还可将加热套(heating mantle)或isomantle用于实施对器皿或容器的加热。当将熔融锂从熔锅转移或运输到处于分离的保温炉中的熔融铝时，熔融锂优选处于低于260°C、优选195°C _230°C、例如210°C或220°C的金属温度下。在一个实施方式中，系统进一步包含加压非活性气体的供应罐，该供应罐通过气体输送系统与熔锅的腔室连通，该气体输送系统包含压力调节器和安装在用于熔锅的供应管上的至少一个阀。非活性气体用于将熔融锂从熔锅转移到处于分离的保温炉中的熔融铝中，并且还用于在所述保温炉中的熔融铝的助熔。在系统的工业规模布置中，取决于处于分离的保温炉中的熔融铝的表面水平与恪融锂的表面水平之间的高度差，过压的工作范围可为约15mbar-200mbar、优选约40mbar_80mbaro使用非活性气体(例如氩)对熔锅或器皿进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于向处于保温炉中的熔融铝或铝合金的熔体中添加熔融锂和非活性气体的系统，所述系统包含：‑熔锅(10)，所述熔锅(10)限定用于熔融和存储熔融金属(50)、特别是熔融锂的腔室(13)；‑所述熔锅配备的密封盖(11)；‑非活性气体输送系统(40)，所述非活性气体输送系统(40)被布置用于使用非活性气体维持所述熔锅的腔室中的过压；‑导管(12)，所述导管(12)用于从所述熔锅中抽出部分所述熔融金属(50)，所述导管具有导管入口和导管出口，‑并且相对于所述熔锅或所述密封盖(11)，所述导管(12)被可移动地布置，以使所述导管入口能够可控地在所述熔融金属(50)的表面水平之下和之上移动，并且其中，当所述导管入口在所述熔融金属(50)的表面水平之下时，所述导管(12)被布置用于在过压的帮助下从所述熔锅向分离的熔融金属保温炉中供给所述熔融金属(50)，而当所述导管入口在所述熔融金属(50)的表面水平之上时，所述导管(12)被进一步布置用于从所述熔锅向所述分离的熔融金属保温炉中供给非活性气体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德·布兰特，菲利普·梅耶，
申请(专利权)人：爱励轧制产品德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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