用于熔融金属脱气的具有气体出口的超声探头制造技术

本发明专利技术公开了含有多个气体输送通道的超声探头，以及在探头的尖端附近含有凹进区域的超声探头。本发明专利技术还公开了含有这些探头的超声装置，以及使用这些超声装置的使熔融金属脱气的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的引用本申请于2014年11月17日作为PCT国际专利申请提交，并要求2013年11月18日提交的美国专利申请序列号61/905,408的优先权，该美国专利申请公开内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
某些金属制品的加工或铸造可能需要含有熔融金属的熔池，并且该熔融金属的熔池可以保持在700℃至1200℃范围内或更高的温度，这取决于特定的金属。许多仪器或装置可以在用于所需金属制品的生产或铸造的熔融金属熔池中使用。对于这些仪器或装置的需要是，更好地承受在熔融金属熔池中遇到的升高的温度，有利地具有更长的寿命并且限制为与特定的熔融金属无反应性。此外，熔融金属可以具有溶解在其中的一种或多种气体和/或存在于它们中的杂质，并且这些气体和/或杂质可能不利地影响所需金属制品的最终生产和铸造，和/或金属制品本身所得的物理性质。试图减少熔融金属熔池中溶解的气体或存在的杂质的量还未完全成功。因此，需要改进装置和方法以从熔融金属除去气体和/或杂质。专利技术概述提供本概述以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的专利技术详述中进一步描述。该专利技术概述不旨在标识所要求主题的所需或必要特征。该专利技术概述也不旨在用于限制所要求主题的范围。本专利技术涉及用于在熔融金属熔池(例如，超声脱气)中减少溶解的气体(和/或各种杂质)的量。在一个实施方案中，该方法可以包括操作熔融金属熔池中的超声装置，和将吹扫气体引入到紧密邻近超声装置的熔融金属熔池中。例如，溶解的气体可以包括氢气，熔融金属熔池可以包括铝或铜(包括其合金)，并且吹扫气体可以包括氩气和/或氮气。可以将吹扫气体在超声装置的约50cm(或25cm，或15cm，或5cm，或2cm)内，或通过尖端加入到熔融金属熔池。以每超声探头约0.1至约150L/min范围内的速率，或者另外或备选地，以每kg/hr从熔融金属熔池输出计吹扫气体为约10至约500mL/hr范围内的速率，可以将该吹扫气体加入或引入到熔融金属熔池中。本专利技术还公开了超声装置，并且这些超声装置可以用在许多不同的应用中，包括超声脱气和晶粒细化。作为一个实例，超声装置可以包括超声换能器；附连到超声换能器的探头，所述探头包括尖端；和气体输送系统，该气体输送系统包括气体入口，通过所述探头的气体流动路径，和在探头尖端处或附近的气体出口。在一个实施方案中，探头可以是包括第一端和第二端的细长探头，第一端连接到超声换能器并且第二端包括尖端。此外，探头可以包括不锈钢、钛、铌、陶瓷等，或这些材料的任何组合。在另一个实施方案中，超声探头可以是整体赛隆(Sialon)探头，其具有穿过其中的集成气体输送系统。在又一个实施方案中，超声装置可以包括多个探头组件和/或每个超声换能器多个探头。在本专利技术的一个实施方案中，超声探头可以包括两个或多个气体输送通道，所述两个或多个气体输送通道延伸通过探头，并且在探头尖端处或附近(例如，探头尖端的约25cm或约20cm内；备选地，探头尖端的约15cm内，约10cm内，约5cm内，约2cm内，或约1cm内；或备选地，在探头的尖端)。在本专利技术的另一个实施方案中，超声探头可以包括延伸通过探头并且在探头尖端处或附近存在的气体输送通道，并且还可以包括探头尖端附近的凹进区域。前面的概述和下面的详述提供实例并且仅是说明性的。因此，前面的概述和下面的详述不应被认为是限制性的。此外，除了本文中陈述的那些，可以提供特征或变化。例如，某些实施方案可以涉及详述中所描述的不同的特征组合和子组合。附图说明结合在该公开内容中并构成该公开内容一部分的附图，图解了本专利技术的多个实施方案。在附图中：图1A显示本专利技术一个实施方案中具有多个气体通道的超声探头的部分横截面视图。图1B是图1A的超声探头的透视图。图1C显示使用图1A的超声探头的超声装置的部分横截面视图。图1D显示超声探头和图1A-1C的装置的超声探头与装置的增强器(booster)之间界面的特写视图。图2A显示本专利技术的一个实施方案中的具有凹进区域的超声探头的部分横截面视图。图2B是图2A的超声探头的透视图。图3显示本专利技术的一个实施方案中超声装置中的部分横截面视图。图4显示本专利技术的另一个实施方案中的超声装置的部分横截面视图。图5显示本专利技术的另一个实施方案中的超声装置的部分横截面视图。图6显示本专利技术的另一个实施方案中的超声装置的部分横截面视图。图7A显示本专利技术的一个实施方案中具有单一气体通道的超声探头的部分横截面视图。图7B是图7A的超声探头的透视图。图8是实施例1-4的氢浓度作为时间的函数的图。专利技术详述下面的详述参照附图。只要可以，相同或相似的附图标记用于附图和下面的描述中以指代相同或相似的要素。虽然可以描述本专利技术的实施方案，但是修改、改变和其它实现也是可以的。例如，可以对附图中所示的要素进行替换、添加或修改，并且本文中描述的方法可以通过替换、重排序或对公开的方法添加阶段而修改。因此，以下详述不限制本专利技术的范围。术语“一个”，“一种”和“所述”旨在包括复数的备选情形，例如，至少一种。例如，“一种超声装置”、“一个细长探头”、“一种吹扫气体”等公开内容，是指包括一个，或者多于一个的超声装置(例如，一种或两种或更多种超声装置、细长探头(例如，一个或两个或更多个细长探头)、吹扫气体(例如，一种或两种或更多种吹扫气体)等的组合，除非另有规定。本文提及的全部出版物和专利通过引用并入本文，目的为描述和公开，例如，出版物中描述的结构和方法学，其可以与目前描述的专利技术结合使用。整个文本中讨论的出版物仅提供用于它们在本申请的提交日前的公开。在本文中不解释为承认，即，本专利技术人无权凭借在先专利技术而使这样的公开内容提前。申请人在本专利技术中公开了几种类型的范围。当申请人公开或要求任何类型的范围时，申请人的意图是单独公开或要求这样一个范围可以合理涵盖的每个可能的数字，包括该范围的端点以及其中涵盖的任何子范围和子范围的组合。例如，在本专利技术的一个实施方案中，吹扫气体可以以每个超声探头约1至约50L/min范围内的速率加入到熔融金属熔池。通过公开的是流速在约1至约50L/min的范围内，申请人旨在描述流速可以是所述范围内的任何流速，并且，例如，可以是约1，约2，约3，约4，约5，约6，约7，约8，约9，约10，约11，约12，约13，约14，约15，约16，约17，约18，约19，约20，约21，约22，约23，约24，约25，约26，约27，约28，约29，约30，约31，约32，约33，约34，约35，约36，约37，约38，约39，约40，约41，约42，约43，约44，约45，约46，约47，约48，约49，或约50L/min。此外，流速可以在约1至约50L/min范围内(例如，速率在约2至约20L/min范围内)，并且这也包括1至约50L/min之间范围的任何组合。同样地，本文所公开的全部其它范围应该以类似方式解释。本专利技术的实施方案可以提供用于熔融金属超声脱气的系统、方法和/或装置。这样的熔融金属可以包括，但不限于，铝、铜、钢、锌、镁等，或这些和其它金属的组合(例如，合金)。因此，本专利技术不局限于任何特定的金属或金属合金。来自熔融金属的制品的处理或铸造可以需要容纳熔融金属的熔池，并且该熔融金属的熔池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声装置，所述超声装置包括：超声换能器；附连到所述换能器的超声探头，所述探头包括尖端和两个或更多个通过所述探头延伸的气体输送通道；和气体输送系统，所述气体输送系统包括：气体入口，通过所述气体输送通道的气体流动路径，和在所述探头的尖端处或附近的气体出口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.18 US 61/905,4081.一种超声装置，所述超声装置包括：超声换能器；附连到所述换能器的超声探头，所述探头包括尖端和两个或更多个通过所述探头延伸的气体输送通道；和气体输送系统，所述气体输送系统包括：气体入口，通过所述气体输送通道的气体流动路径，和在所述探头的尖端处或附近的气体出口。2.权利要求1所述的超声装置，其中所述探头包括不锈钢、钛、铌、陶瓷，或其组合。3.权利要求1所述的超声装置，其中所述探头包括赛隆、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化锆，或其组合。4.权利要求1所述的超声装置，其中：所述探头包括赛隆；所述探头包括三至五个气体输送通道；并且所述气体出口在所述探头的尖端处。5.权利要求1所述的超声装置，其中所述探头是大致圆柱形细长探头，并且所述细长探头的长度与直径比在约5∶1至约25∶1的范围内。6.权利要求1所述的超声装置，其中所述探头是大致圆柱形细长探头，并且所述细长探头尖端的横截面积与所述气体输送通道的横截面积之比在约30∶1至约1000∶1的范围内。7.权利要求1所述的超声装置，其中所述超声装置还包括在所述换能器和所述探头之间的增强器，并且所述气体入口在所述增强器中。8.权利要求7所述的超声装置，其中所述增强器末端处的凹进气室连接到所述气体入口，所述凹进气室配置为引导气体流动到所述气体输送通道。9.权利要求1所述的超声装置，其中所述超声装置包括二至八个超声探头。10.一种用于降低熔融金属熔池中溶解气体和/或杂质的量的方法，所述方法包括：(a)在所述熔融金属熔池中操作权利要求1所述的超声装置；和(b)对于每一个超声探头以约0.1至约150L/min范围内的速率将吹扫气体引入到所述气体输送系统中，通过所述气体输送通道，并且进入到所述熔融金属熔池中。11.权利要求10所述的方法，其中：所述溶解气体包括氧气、氢气、SO2，或它们的组合；所述杂质包括碱金属；所述熔融金属熔池包括铝、铜、锌、钢、镁，或它们的组合；所述吹扫气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、SF6、氯气，或它们的组合；或它们的任何组合。12.权利要求10所述的方法，其中：对于每一个超声探头以约1至约50L/min范围内的速率，将所述吹扫气体引入到所述熔融金属熔池中；所述溶解气体包括氢气；所述熔融金属熔池包括铝、铜，或它们的组合；所述吹扫气体包括氩气、氮气，或它们的组合；或它...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·F·伦奎斯特，
申请(专利权)人：南线有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US