用于处理一种液态金属的气体扩散装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种把气体（２）注入到一种液态金属（３）中的旋转注入器，所述注入器包括一个驱动轴、搅拌装置（５）、所述气体（２）的输送装置和所述气体（２）的发射装置（８、９）。所述注入器的特征在于，所述发射装置（８、９）全部或部分由至少一种被所述液态金属（３）浸润的材料构成，所述材料最好还对所述液态金属（３）基本是惰性的。当处理一种液态金属时，由于处理气体更好地分散，本发明专利技术能够明显提高驱气效率。液态金属一般为铝、镁、以及铝和镁的合金。在这种情况下，浸润材料在某些耐高温金属（Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ或它们的合金）中选择，或在陶瓷材料（ＴｉＢ＃－［２］）中选择。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于处理一种液态金属，特别是铝、铝合金、镁或镁合金的液态金属的气体扩散旋转装置。本专利技术还特别涉及一种用于将至少一种处理气体注入并扩散到液态金属中的旋转注入器(或“转子”)。为了除去这些对半成品以后的性质有害的杂质，液态铝经过各种除杂质的处理。这些处理中最普遍的是化学反应与浮动现象的结合，这种方法是在槽中引入一种小泡形状的所谓“处理”气体，这种气体可以是惰性气体或活性气体。例如，一个氩气泡把一个悬浮的固体夹杂物随其一起带到槽的表面，和/或通过扩散俘获溶解在液态金属中的氢。同样，一个氯气泡与所含的钠起作用，因此得到一个钠盐，这个钠盐也被带到液体金属的表面。还使用混合物，如可能含有百分之几的氯类的活性气体的氩。这种通过气体的反应进行的处理可以在一个炉子或一个坩埚中不连续地进行(因此叫做“批量”处理)。处理最经常的是在炉子与流动到一个给料槽或一个处理槽(或“包”)的机器之间连续进行，如附图说明图1所示。当液态金属与气体本身之间的交换面积最大时，处理效率最高。可以通过设想一种得到非常小的气泡的扩散装置来达到这一点，把这些气泡喷射到液态金属的整个体积中(即产生尽可能小的死体积)，并使液态金属本身产生再循环，使液态金属与气泡接触(始终是为了得到尽可能小的死体积)。可以用不同的方式把处理气体扩散到液态金属中。人们一般使用静态扩散装置，如一些吹管，或者更经常使用一种包括一个或几个旋转注入器的旋转扩散装置。一个旋转注入器或“转子”一般由一个空心驱动轴以及一些气体喷嘴和叶片组成，气体穿过空心驱动轴进入。叶片用于搅拌液态金属，使气体扩散在液态金属中，有时还通过剪切作用把气泡分解成尺寸更小的气泡。喷嘴一般位于转子的叶片附近，例如在叶片之间，或在它们的端部。国际专利申请WO 98/05915(相当于美国专利US 6 060 013)描述了一个这种类型的旋转注入器。欧洲专利申请EP 819 770(相当于美国专利US 5 904 894)描述了一种旋转注入器，其中处理气体通过一种对液态金属为惰性的孔隙材料注入。然而，人们力求通过在液态金属的体积中剧烈搅动来达到最高的处理效率，表现为表面的永久性扰动，常常叫做“表面涌动”，这会造成由于大气泡的上升和驱动轴周围的涡旋现象而产生液态金属的喷溅，并有导致金属的“再含气”以及由于在表面形成氧化物和/或把表面的游离夹杂物或氧化物带到液态金属内而降低夹杂物质量的危险。另外，根据注入器的类型，使用猛烈搅动液态金属的方法使所用的旋转注入器的转动速度一般在200-1000转/分钟。这样的速度导致气体扩散装置的活动零件严重磨损。另外，已知的旋转注入器不能令人满意地控制发出气泡的流量和尺寸。旋转注入器包括一些发射喷嘴，由于腐蚀，这些喷嘴存在着喷嘴堵塞以及喷嘴和叶片的尺寸变化的危险，这会影响气体扩散的质量。在旋转注入器包括一种用于气体扩散的孔隙材料的情况下，孔隙常常太大。因此，一方面气泡太大，缺乏有效性，气体不足以扩散到液态金属中，并导致有害的表面涡流；另一方面，必须使气体不停地在孔隙中通过，防止液态金属渗入到孔隙中，特别是在两次浇铸之间的停止阶段。相反，当孔隙太小时，气泡被束缚并且仍然很大，因此高流量的气体很难进入到液态金属中。因此一些使用位于槽或炉子底部的孔隙扩散器的方法，即使使用非常小的孔隙度(例如小于1mm)，最多只能得到大约30-50mm直径的气泡。本申请人致力于提高液态金属处理装置的效率，特别是通过控制和降低旋转气体注入器发出气泡的直径来提高液态金属处理装置的效率。根据本专利技术的一个变型，可以通过一个被液态金属浸润材料的涂层使所述材料成为可被液态金属浸润。本专利技术的目的还在于一种包括至少一个符合本专利技术的旋转注入器的旋转扩散装置。本专利技术的目的还在于一种液态金属处理装置，如一个包括至少一个符合本专利技术的旋转注入器和至少一个旋转扩散装置的驱气包。本专利技术的另一个目的是使用本专利技术所述注入器在一个炉子或坩埚中批量或连续处理一种液态金属。本专利技术的另一个目的是一种液态金属的处理方法，其特征在于使用至少一个本专利技术所述的旋转注入器。所述金属可以是铝或铝的一种合金，或者镁或镁的一种合金。图2表示本专利技术意义上的浸润性指标。图3表示本专利技术所述旋转注入器的四个实施例的透视图。图4表示本专利技术所述旋转注入器的两个实施例，其为浸入到液态金属中的部分在侧向对称轴中的视图。图5表示本专利技术所述旋转注入器的一个实施例，其为在一个对称轴通过并相当于图4的B-B剖面的剖面中的纵剖面图。图6表示本专利技术所述旋转注入器的两个实施例，其为在一个对称轴通过的剖面中的纵剖面图。图7表示本专利技术所述旋转注入器的三个实施例，其为在一个对称轴通过的剖面中的纵剖面图。旋转扩散装置30一般包括一个旋转注入器1、使所述注入器旋转的装置31、一个处理气源32和所述气源32与注入器1之间的管道33。旋转注入器1通过一个一般设有密封装置45的开口44深入到所述槽41中。处理槽41一般是一个有一个或几个室46、47的槽。根据本专利技术，把气体2注入到液态金属3中的旋转注入器1包括一个驱动轴4、搅拌装置5、气体输送装置6、7、11和气体2的发射装置8、9，所述注入器的特征在于，发射装置8、9全部或部分由至少一种被液态金属3浸润的材料构成。所述浸润材料最好对所述液态金属基本是惰性的，即在液态金属中的寿命足够长，以便可以有可接受的工业应用。一般说来，当一种材料可以浸入在液态金属中10小时或10小时以上而没有明显改变旋转注入器的特性，并且对处理后的金属没有严重污染时，就可认为这种材料对液态金属基本上是惰性的。陶瓷一般满足这个条件，特别是以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物和它们的混合物为基础的陶瓷。有些耐高温的金属也满足这个条件，如钨。使用一种对液态金属为惰性的产品的涂层材料也可以得到令人满意的寿命，并可降低制造和维修的成本。在这种情况下，发射装置8、9和/或搅拌装置5和/或所述驱动轴4和/或所述插入件90都包括一个浸润性材料的涂层，特别是在它们暴露于液态金属的全部或部分上。所述孔隙材料也可以通过一个浸润性材料的涂层成为被液态金属浸润的，即可以包括一个浸润材料的涂层。在本专利技术的意义上说，当液态金属与一种材料接触的浸润角小于90°时，这种材料被认为是浸润性的(见图2)。当该材料被液态金属浸润时(图2a的情况)，气泡20在与发射装置9的接触点上的切线T与发射装置外表面S之间的浸润角21小于90°。在这种情况下，浸润发射喷嘴8附近材料的金属阻挠气泡20的展开，因此限制气泡的直径。当材料不被液态金属浸润时(图2b的情况)，浸润角21大于90°，在这种情况下，很难于浸润发射装置的金属可以使气泡展开。在液态铝、镁或它们的合金的情况下，扩散器的可浸润材料可以在某些对所述液态金属基本为惰性的耐高温金属中选择，如钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铬(Cr)、铁(Fe)、钢等，或它们的合金，或者在陶瓷中选择，如二硼化钛(TiB2)、氮化物(特别是氮化铝，如AlN)，碳化物(特别是碳化铝(如Al4C3)和碳化钛(如TiC1-x))等等。在这方面需要指出的是，石墨和氧化铝一般不被这些液态金属浸润。ZrO2和SiC也是不被铝和它的合金浸润的材料。申请人在其实验中发现，氮化硼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种把气体（２）注入到一种液态金属（３）中的旋转注入器（１），所述注入器包括一驱动轴（４）、搅拌装置（５）、所述气体（２）的输送装置（６、７、１１）和所述气体（２）的发射装置（８、９），其特征在于，所述发射装置（８、９）全部或部分由至少一种可被所述液态金属（３）浸润的材料构成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克贝尔特拉，皮埃尔勒布伦，米歇尔阿利贝尔，
申请(专利权)人：皮奇尼何纳吕公司，皮奇尼铝公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]