用于高剪切液体金属处理的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高剪切液体金属处理装置(1)。装置(1)包括筒(2)、转子轴(5)、多个转子风扇(6、7、8)和多个定子板(9、10、11)。筒(2)具有在上端和下端之间延伸的纵向轴线，并且在所述筒的上端和下端处具有开口(4、3)。转子轴(5)居中穿过并且平行于筒(2)的纵向轴线安装。多个转子风扇(6、7、8)沿轴(5)的轴向长度安装并且安装在筒(2)内，每个转子风扇(6、7、8)形成为使得其外端在筒(2)的内壁的最小距离内。多个定子板(9、10、11)形成在筒(2)的内表面上，定子板(9、10、11)位于相邻的转子风扇(6、7、8)之间，每个定子板从内表面基本上延伸到转子轴(5)，每个定子板具有贯穿其形成的至少一个通道(17)，以允许流体经过该板；并且每个定子板的上表面和下表面形成为在相邻的转子风扇(6、7、8)的最小距离内。最小距离在10μm和10mm之间。本发明专利技术还提供使用该装置(1)的高剪切液体金属处理方法。本发明专利技术允许在加工过程中改进液体金属和半液体金属的处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高剪切液体金属处理的装置和方法
本专利技术总体涉及用于在完成金属材料的固化加工之前的半固体和液体金属处理的方法和系统，更具体地，本专利技术涉及用于剪切半固体和液体金属的装置。
技术介绍
众所周知，液体金属包含变化量的非金属成分，即气体和非金属夹杂物，而且它们的存在可造成最终产物中的缺陷。已提出许多程序用于移脱气体和夹杂物。在固化加工之前的液体金属处理对于各种铸造工艺是必需的，该铸造工艺包括但不限于砂模铸造、永久模铸造、高压压铸、直接冷铸、双辊铸造等，用于晶粒细化、熔体清洁、均匀微结构和化学组成的均匀性，分散和分布内源颗粒和外源颗粒两者。用于液体金属处理的现有方法主要包括通过叶轮机械搅拌、电磁搅拌，以及一些其他方法如气体引发的液体流。通过叶轮机械搅拌是处理液体金属的非常简单的方式。其仅提供叶轮周围的适度熔体剪切，但导致液体金属中的严重漩涡和液体表面附近的严重湍流，引起气体和其他污染物从熔体表面的剧烈截留。存在解决此类问题的数个方法。授予Kraemer等人的美国专利No.3,785,632公开了用于加速冶金反应的工艺和设备。该工艺包括使用双泵叶轮在熔池和反应物之间边界的机械搅拌。离心力分量在设备开始搅拌时被创建并引起朝向长柄勺边缘的不同弯曲，这使得在熔融金属材料和反应物之间的化学反应加速。授予McRae等人的美国专利No.4,743,428公开了机械搅拌液体金属用于生产合金的方法。工艺包括主要加速合金元素溶解并减缓浮渣形成的搅动装置。授予Flemings等人的美国专利No.3,902,544公开了通过机械搅拌处理液体金属以获得具有非树状初级固体的半固体金属材料的连续工艺。在该工艺中，三个螺旋钻被引入并且位于三个分离的搅动区域中。螺旋钻相比双叶片叶轮更有效。在搅动区的内表面和螺旋钻的外表面之间的距离保持足够小，使得高剪切力可施加到搅动区中的材料。授予Shingu等人的美国专利No.4,373,950将通过叶轮机械搅拌引入到直接冷铸工艺中以净化铝。通过使用机械搅拌设备破坏在液体和固体之间分界面的树枝晶并将从树枝晶释放的杂质分散到整个液体中，铝熔体被净化。授予Duenkelmann的美国专利No.4,931,060公开了旋转装置，其包括空心轴和附接到该轴用于将气体分散在熔融金属中的空心转子。该装置将惰性气体从轴顶部引入，并且输送巨大体积的惰性气体到熔体中用于对液体金属脱气。上述专利技术均涉及机械搅拌。它们既不提供熔体调节所需的高剪切速率，也不避免气体和其他污染物从熔体表面截留的问题。美国专利No.4,960,163将机械搅拌器引入直接冷铸中用于实现细粒结构和分隔以将DC铸造机中的空间分成供应储存器和固化储存器，用于避免接近供应储存器中液体表面的湍流，而不弱化在固化储存器中的搅拌。通过该专利技术实现一定程度的晶粒细化，但结果不逐批一致。授予Ernst的美国专利No.6,618,426公开了电磁搅拌以处理液体金属的工艺。该工艺使用具有不同方向的多个线圈以减小接近液体表面的湍流。然而，电磁搅拌的剪切速率为低并且设备成本为高。WO2010/032550(日本轻金属有限公司(NipponLightMetalCo.Ltd))公开了用于浇铸室的金属熔体精炼器。其实质上为用于将液体金属脱气和除渣的多叶片搅拌器。然而，其具有非常小的分散和分布功率，并且整个组件不适用于在现有铸造工艺中的直接结合。存在用于通过使用电磁场在熔炉的容器中搅拌熔融金属的已知方法和设备。正在运行的磁场的感应器沿熔炉的垂直壁安置。熔炉包含用于熔融金属的通道。熔融金属从通道至容器中的进入流主要沿容器壁被引导。然而，设备及其系统不能实现目的，因为在容器中部中的喷射混合的强度低于沿壁自身。因此，对于容器中部中固体金属的熔融，需要另外的机械接触搅拌。而且，搅拌的另一方式借助于在然后以循环方式移动的熔融金属内放置磁珠由此搅拌液体。限制所述方法和设备的使用的另一缺点是用于感应器拆卸和更换板以从通道移除炉渣的熔炉长期停工的必要性。在另一种现有技术中，已知具有沿熔炉端部的固定囊袋的熔炉，感应器放置在该固定囊袋下面。囊袋底部与熔炉底部齐平定位。金属沿囊袋泵送并通过容器壁中的窗口进入容器中。在容器中部中的搅拌强度低于在容器侧面上。关于另一种现有技术，其目标为提供用于搅拌的设备，该设备不需要熔炉的任何实质性重构，并且必须保证熔炉容器中熔融金属的有效喷射混合。在间歇体制下实现搅拌。未达到设定目标，因为可以以射流的形式丢弃到熔炉容器中的熔融金属的质量不能超过设备管道的容量。所述设备的缺点是从管道移除炉渣的艰巨，以及机械驱动泵的管道行进的复杂性。根据又一种现有技术，提供用于处理熔融金属的旋转装置，其中腔室、具有比顶部和基部中的入口和切口更大的横截面的出口的组合引起熔融金属的改进的脱气和改进的混合两者，使得可减小转速同时维持相同的脱气/混合效率，由此延长轴和转子寿命，或可在相同转子转速更有效地实现脱气/混合时间，提供减小处理时间的机会。然而，根据熔融金属的粘性与腔室、出口和入口的尺寸，转速的受控调节是困难的任务。在液体金属中形成的漩涡和接近液体表面的严重湍流导致气体和其他污染物的剧烈截留。根据又一种现有技术，提供振动流体搅拌设备，其包括用于容纳流体的储箱；包含振动器的振动生成部分；布置在储箱和振动生成部分之间的振动吸收部分；可操作地连接到振动生成部分并在储箱中延伸的振动杆；以及附接到振动杆的振动翼片，其中振动吸收构件包括橡胶板或橡胶板和金属板的层合体。系统性能取决于振动吸收构件，并且因为振动频率的受控调节非常困难，所以系统还具有将液体散布到储箱外的缺陷。用于处理液体金属的当前的机械或电磁搅拌导致接近液体表面的湍流，其对大多数铸造工艺是有害的。因此，搅拌速度必须受限以便实现相对稳定的液体表面，并因此液体金属处理的效用和效率被折衷。出于将在阅读和理解本说明书时对本领域技术人员显而易见的上述原因，在本领域中需要用于在固化加工之前的液体金属处理的系统和方法，其是可缩放的并且对于新技术平台是独立的/兼容的，使用容易且成本有效地维持的最少资源，并且是便携的，并且可在非常短的时间内部署在任何地方。因此，提供可以容易地应用于现有铸造工艺并可提供强熔体剪切同时避免来自熔体表面的气体和其他污染物的截留，以及通过将下游加工所需的液体或半固体浆/原料加压来向下游供应此剪切熔体的方法和设备将是有利的。
技术实现思路
本专利技术提供一种高剪切液体金属处理装置，包括：筒，其具有在第一端和第二端之间延伸的纵向轴线，并且在筒的第一端和第二端处具有开口；转子轴，其居中穿过并且平行于筒的纵向轴线安装；多个转子风扇，其沿轴的轴向长度安装并且安装在筒内，每个转子风扇形成为使得其外端在筒的内壁的最小距离内；以及多个定子板，其形成在筒的内表面上，该定子板位于相邻的转子风扇之间，每个定子板从内表面基本上延伸到转子轴，每个定子板具有贯穿其形成的至少一个通道，以允许流体经过该板；以及每个定子板的上表面和下表面形成为在相邻的转子风扇的最小距离内；其中，该最小距离在10μm与10mm之间。本专利技术还提供一种使用本专利技术的装置处理液体金属的方法，其中液体金属通过筒从第一端传递到第二端，同时转子风扇以1rpm和50,000rpm之间的速度旋转。即，本专利技术是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高剪切液体金属(21)处理装置(1)，其包括：筒(2)，其具有在第一端(3)和第二端(4)之间延伸的纵向轴线，并且在所述筒(2)的第一端(3)和第二端(4)处具有开口；转子轴(5)，其居中穿过并且平行于所述筒(2)的所述纵向轴线安装；多个转子风扇(6、7、8)，其沿所述轴(5)的轴向长度安装并且安装在所述筒(2)内，每个转子风扇(6、7、8)形成为使得其外端在所述筒(2)的内壁的最小距离内；以及多个定子板(9、10、11)，其形成在所述筒(2)的内表面上，所述定子板(9、10、11)位于相邻的转子风扇(6、7、8)之间，每个定子板(9、10、11)从内表面基本上延伸到所述转子轴(5)，每个定子板(9、10、11)具有贯穿其形成的至少一个通道(17)，以允许流体经过所述板(9、10、11)；每个定子板(9、10、11)的上表面和下表面形成为在相邻的转子风扇(6、7、8)的所述最小距离内；其中，所述最小距离在10μm与10mm之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.20 GB 1414810.01.一种高剪切液体金属(21)处理装置(1)，其包括：筒(2)，其具有在第一端(3)和第二端(4)之间延伸的纵向轴线，并且在所述筒(2)的第一端(3)和第二端(4)处具有开口；转子轴(5)，其居中穿过并且平行于所述筒(2)的所述纵向轴线安装；多个转子风扇(6、7、8)，其沿所述轴(5)的轴向长度安装并且安装在所述筒(2)内，每个转子风扇(6、7、8)形成为使得其外端在所述筒(2)的内壁的最小距离内；以及多个定子板(9、10、11)，其形成在所述筒(2)的内表面上，所述定子板(9、10、11)位于相邻的转子风扇(6、7、8)之间，每个定子板(9、10、11)从内表面基本上延伸到所述转子轴(5)，每个定子板(9、10、11)具有贯穿其形成的至少一个通道(17)，以允许流体经过所述板(9、10、11)；每个定子板(9、10、11)的上表面和下表面形成为在相邻的转子风扇(6、7、8)的所述最小距离内；其中，所述最小距离在10μm与10mm之间。2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中所述筒(2)具有从其第一端(3)到其第二端(4)的减小直径。3.根据权利要求1所述的装置(1)，其中所述筒(2)在其第一端(3)处的直径和所述筒(2)在其第二端(4)处的直径是相同的，并且所述筒(2)的所述直径在它们之间变化。4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的装置(1)，进一步包括在所述筒(2)的所述第一端(3)处形成的储存器(12)。5.根据权利要求4所述的装置(1)，其中所述储存器(12)包括内部挡板(13)，所述内部挡板(13)被定位成防止容纳在所述储存器(12)中的液体金属(21)旋动。6.根据任一前述权利要求所述的装置(1)，其中所述定子板(9、10、11)为大体圆形的，并且由圆形板的两个半部形成。7.根据任一前述权利要求所述的装置(1)，其中所述定子板(9、10、11)是盘，所述盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾·卡西纳斯，
申请(专利权)人：曾·卡西纳斯，
类型：发明
国别省市：英国,GB