超声波强化金属熔体过滤净化的方法技术

本发明专利技术涉及铸造生产技术领域，具体涉及利用超声波强化金属熔体过滤净化的方法。本发明专利技术包括如下步骤：A、合金配置、B、合金熔炼、C、熔体处理、D、熔体静置、E、过滤器预热、F、过滤器安置、G、熔体浇过滤器、H、熔体经高频振动过滤器、I、声滤熔体液流充型、J、过滤结束。本发明专利技术的技术方案解决了现有技术中的过滤效率低、超声波探头高温腐蚀严重的问题。

Ultrasound Enhanced Filtration and Purification of Metal Melt

The invention relates to the technical field of foundry production, in particular to a method for enhancing the filtration and purification of metal melt by using ultrasonic wave. The invention comprises the following steps: A, alloy configuration, B, alloy melting, C, melt treatment, D, melt stationary, E, filter preheating, F, filter placement, G, melt pouring filter, H, melt through high frequency vibration filter, I, acoustic filter melt liquid flow filling, J, filter end. The technical scheme of the invention solves the problems of low filtration efficiency and serious corrosion of the ultrasonic probe at high temperature in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
超声波强化金属熔体过滤净化的方法
本专利技术涉及铸造生产
，具体涉及利用超声波强化金属熔体过滤净化的方法。
技术介绍
在冶金和铸造过程中使用各类过滤装置是减少消除夹杂、气孔缺陷最有效、最简单的方法。洁净的冶金铸造熔体是保障获得合格铸锭或铸件的基本条件，最主要的清洁标准就是溶解氢和非金属夹杂物含量的多少，而使用过滤装置主要就是去除冶金铸造熔体中的非金属夹杂物及气体。人们在铸造生产过程中通过选用各种过滤装置，来去除较大尺寸夹杂物，并获得金属液的层流流动，以此尽可能地降低夹杂物含量。然而即便如此，对于目前应用较多的泡沫陶瓷过滤器(CFF)来说，对大于10μm的夹杂过滤效果较好(如去除40μm夹杂的效率可达90％)，而对小于10μm的夹杂去除效果较差(只有30％左右)。近年来，人们的目标聚焦到深层过滤这一领域，就是利用各种交叉学科及技术手段，以此来进一步提升铸造熔体的质量要求。深层过滤净化方法，大致可分为化学和物理两种途径。化学手段就是将一种能够抵抗铸造熔体腐蚀的活性物质釉料涂覆在泡沫陶瓷过滤器上，当过滤熔体时，釉涂层能够捕获熔体中的非金属夹杂物并且能够溶解夹杂物(例如：Al2O3)，提高泡沫陶瓷过滤器的过滤效率，从而达到净化熔体的目的。有关物理场除杂方面，文献多集中于磁场方面。利用单磁场或两种不同种类磁场复合技术上，来促使夹杂物产生偏聚，以此来达到除掉夹杂物而实现净化铸造熔体的目的。另一种外场手段就是利用高能功率超声波，来达到深层过滤的目的。仅有一点可以借鉴的超声波辅助过滤装置，就是将超声波振动从金属熔体上方施加，处理好的熔体再流经下方的过滤装置。这种所谓的超声波辅助过滤装置，实质上仍然属于超声波处理金属熔体技术。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的利用超声波辅助强化金属熔体过滤净化的方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
技术实现思路
根据上述提出过滤效率低、超声波探头高温腐蚀严重的技术问题，而提供一种利用超声波辅助强化金属熔体过滤净化的方法。本专利技术主要将超声波振动直接作用于过滤器上，使之产生高频振动，依靠产生的空化效应、声流效应及机械振动效应，来有效地改冶金铸造熔体过滤净化的方法，提高过滤效率；实现铸造熔体的深层净化，具有高效去除夹杂物的作用，同时本专利技术也有效地避免了超声波探头与金属熔体直接接触的弊端；从而具有环保、节能、优质、高效等特点。本专利技术采用的技术手段如下：一种利用超声波辅助强化金属熔体过滤净化的方法，其特征在于，所述的过滤净化的方法包括如下步骤：A、合金配置：按照合金成分的要求进行配料；B、合金熔炼：将配好的原材料置于熔炼炉中，合金炉料经过约60分钟熔化成金属熔体；C、熔体处理：使之过热到液相线(TL)以上50～150℃(即TL+(50～150℃))；D、熔体静置：熔炼炉中的金属熔体经过3～5次搅拌、添加除气剂除气、扒渣干净后，静置10～30min；除气剂的添加量为金属熔体重量的0.2～1.5％。E、过滤器预热：将安放有过滤器的石墨质中间包在预热炉中进行预热，预热温度保持在液相线温度的±50℃之间(即TL±50℃)；F、过滤器安置：浇注之前将安置过滤器的中间包迅速从预热炉中取出，牢固安放于支架上；支架与超声波传振杆端面相连接，并开启超声波电源，从而使过滤器发生高频振动；G、熔体浇过滤器：将金属熔体直接浇入上述的安置过滤器的中间包中；H、熔体经高频振动过滤器：铸造金属熔体经高频振动的过滤器，自上而下从中间包底部开孔流出，过滤器安置过程中超声波振动的方向为水平方向或垂直方向；超声波发生器为1或多台。超声波振动的功率在100-10000W；超声波振动的频率在16-80kHz。I、声滤熔体液流充型：流出的净化熔体浇入铸型(或铸模)中凝固成形(或铸锭)；J、过滤结束：金属熔体过滤结束后，关闭超声波电源，停止过滤器的振动。进一步地，金属熔体为所有铸造熔体。例如：铸钢、铸铁、铸铝、铸镁、铸锌以及铸钛合金等等。进一步地，过滤器为适用于铸造熔体过滤的元器件，包括：耐火玻璃纤维网、泡沫陶瓷过滤器、直孔陶瓷过滤器以及活性炭颗粒等等，可以是一层或多层叠加使用。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、让过滤器振动；以往的超声波辅助过滤技术是直接从金属熔体上方施加超声波振动，被处理的熔体再流经下面的过滤装置，过滤装置保持静止不动状态；而本专利技术是将超声波振动直接传递给过滤装置，使之产生高频振动；因而，对流经过滤器孔隙内的熔体即进行过滤的同时，又将超声波的各种有利效应施加于滤过的熔体，从而达到深层次的过滤净化效果。2、避免探头腐蚀；以往的超声波辅助过滤技术将超声波探头直接插入熔体表面，在高温及空化作用下将会快速腐蚀掉探头，这样不仅会影响超声波的传播，而且被腐蚀掉的探头进入熔体内会污染金属液，改变金属熔体的成分；本专利技术将超声波探头与支架相连，带有过滤器的石墨中间包又牢固地安放于支架上；这样既避免了超声波探头与金属熔体的直接接触，又将超声波振动良好地传播到熔体内；具有高效节能、操作简单、经济环保等特点，是有别于传统的化学助滤的方法。3、本专利技术中施加超声波振动所产生的声空化气泡还具有高效去除金属熔体中气体和夹杂物的作用，从而实现深层过滤净化效果。4、本专利技术的过滤净化方法及生产设备结构简单，成本低、投入少、可重复使用的优点，它是物理、冶金、机械与材料多学科的综合与交叉的液态成型技术，符合未来冶金铸造行业的发展方向。5、本专利技术对于研究超声波强化金属熔体过滤净化机制，研究超声波过滤条件下气体与夹杂物的去除规律，理解超声波外场下超细小夹杂物的捕捉机理及深层净化机制，都有重要的理论意义。综上，应用本专利技术的技术方案将超声波振动直接作用于过滤器上，使之产生高频振动，依靠产生的空化效应、声流效应及机械振动效应，来有效地改冶金铸造熔体过滤净化的方法，主要提高过滤效率，实现铸造熔体的深层净化，具有高效去除夹杂物的作用。因此，本专利技术的技术方案解决了现有技术中过滤效率低、超声波探头高温腐蚀严重的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术工艺流程图。图2为本专利技术实施例1中没有过滤、过滤和超声波过滤所得氧化物夹杂尖峰的对比。图3为本专利技术实施例1中没有过滤、过滤和超声波过滤的过滤效率的对比图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超声波辅助强化金属熔体过滤净化的方法，其特征在于，所述的过滤净化的方法包括如下步骤：A、合金配置：按照合金成分的要求进行配料；B、合金熔炼：将配好的原材料置于熔炼炉中，合金炉料经过约60分钟熔化成金属熔体；C、熔体处理：使之过热到液相线以上50～150℃；D、熔体静置：熔炼炉中的金属熔体经过3～5次搅拌、添加除气剂除气、扒渣干净后，静置10～30min；E、过滤器预热：将安放有过滤器的石墨质中间包在预热炉中进行预热，预热温度保持在液相线温度的±50℃之间；F、过滤器安置：浇注之前将安置过滤器的中间包迅速从预热炉中取出，牢固安放于支架上；支架与超声波传振杆端面相连接，并开启超声波电源，从而使过滤器发生高频振动；G、熔体浇过滤器：将金属熔体直接浇入上述的安置过滤器的中间包中；H、熔体经高频振动过滤器：铸造金属熔体经高频振动的过滤器，自上而下从中间包底部开孔流出，I、声滤熔体液流充型：流出的净化熔体浇入铸型(或铸模)中凝固成形(或铸锭)；J、过滤结束：金属熔体过滤结束后，关闭超声波电源，停止过滤器的振动。

【技术特征摘要】
1.一种利用超声波辅助强化金属熔体过滤净化的方法，其特征在于，所述的过滤净化的方法包括如下步骤：A、合金配置：按照合金成分的要求进行配料；B、合金熔炼：将配好的原材料置于熔炼炉中，合金炉料经过约60分钟熔化成金属熔体；C、熔体处理：使之过热到液相线以上50～150℃；D、熔体静置：熔炼炉中的金属熔体经过3～5次搅拌、添加除气剂除气、扒渣干净后，静置10～30min；E、过滤器预热：将安放有过滤器的石墨质中间包在预热炉中进行预热，预热温度保持在液相线温度的±50℃之间；F、过滤器安置：浇注之前将安置过滤器的中间包迅速从预热炉中取出，牢固安放于支架上；支架与超声波传振杆端面相连接，并开启超声波电源，从而使过滤器发生高频振动；G、熔体浇过滤器：将金属熔体直接浇入上述的安置过滤器的中间包中；H、熔体经高频振动过滤器：铸造金属熔体经高频振动的过滤器，自上而下从中间包底部开孔流出，I、声滤熔体液流充型：流出的净化熔体浇入铸型(或铸模)中凝固成形(或铸锭)；J...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军文，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21