一种利用气体处理熔化的金属的旋转装置及其管状套筒制造方法及图纸

本申请公开一种利用气体处理熔化的金属的旋转装置及其管状套筒。旋转装置包括：管状套筒，包括在一个端部的转子头，转子头包括将气体分散到熔化的金属中的气体出口；在管状套筒内延伸的空心轴，使空心轴的至少一部分被管状套筒包围，空心轴流体地连接到转子头的气体出口，管状套筒由抗腐蚀和抗热冲击的耐火材料形成，空心轴由包含石墨的材料形成。第一种方法包括：将一层合成渣材料施加到熔化的金属的暴露表面；使用包括转子头的旋转装置搅拌熔化的金属，使熔化的金属流过合成渣材料的层。第二种方法包括：将金属处理剂施加到熔化的金属；使用包括转子头的旋转装置搅拌熔化的金属；通过转子头将气体排放到熔化的金属中。通过转子头将气体排放到熔化的金属中。通过转子头将气体排放到熔化的金属中。

【技术实现步骤摘要】
一种利用气体处理熔化的金属的旋转装置及其管状套筒


[0001]本专利技术涉及一种用于处理熔化的金属的旋转装置和方法。特别地，本专利技术涉及一种用于从熔化的金属中去除不需要的杂质例如硫、溶解气体和固体夹杂物以及将金属处理添加剂加入熔化的金属中的旋转装置和方法。本专利技术还涉及一种用于旋转装置的管状套筒以及旋转装置在处理熔化的金属中的用途。

技术介绍

[0002]熔化的金属中不需要的杂质在金属铸造过程中会导致严重问题，从而对成品铸件的质量产生不利影响。例如，固体夹杂物(通常是固体氧化物，如氧化铝和二氧化硅)会在金属中产生缺陷和不连续性并堵塞铸造中使用的喷嘴，而溶解气体(如氢气)会导致不良的孔隙率和/或脆性。黑色金属—尤其是钢—也可能包含来自熔炼过程中使用的原材料的残余硫，这会增加铸件的脆性。因此，重要的是尽可能多地从熔化的金属中去除杂质，以提高成品铸件的质量。
[0003]溶解气体和固体夹杂物通常通过不溶于金属的气体或气体混合物如氩气、氮气和/或一氧化碳净化熔化的金属而被去除。净化气体的气泡捕获在穿过熔化的金属时其遇到的溶解氢和固体夹杂物，并将它们提升到表面。传统上，这种净化是通过熔炉或浇铸钢包底部的多孔塞来执行的，它使净化气体产生气泡向上通过金属。另一种净化较低温度和较低密度熔化的金属例如铝(其熔点约为660℃，熔融时密度约为2.4g/cm3)的方法是通过端部连接转子的空心轴将气体注入金属中，转子旋转以将注入的气体分散到熔化的金属中。这种方法比使用多孔塞产生更细小的气泡，因为注入的气泡被旋转的转子头切碎，这提高了搅拌效率并允许细小的夹杂物从熔化的金属中脱离。在这种情况下，该过程可称为“脱气”。
[0004]出于多种原因，脱气转子通常不用于较高温度和较高密度的金属，例如铁和钢。铁和钢的熔点都在约1150
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1550℃，熔化时的密度都在约7g/cm3。用于铝的转子通常由传统的耐火陶瓷材料制成，该耐火陶瓷材料在浸入铁水或钢水(熔化的铁或熔化的钢)之前需要先预热，否则它们会因热冲击而破碎。这种预热是困难且耗时的过程。铁水/钢水的极端温度和密度也可能在使用过程中根据转子的制造材料使转子头迅速翘曲和变形，这会降低转子的搅拌和净化效率。钢水—特别是金属表面的熔渣层，以及大块金属本身—也可能对一些耐火陶瓷材料有腐蚀性，一些用于制造用于熔化的铝的转子的耐火材料(例如石墨)可溶于钢水。因此，传统转子使用起来具有挑战性，并且在较高温金属例如铁和钢中的使用寿命往往非常短，因此在这些应用中通常首选多孔塞。
[0005]黑色金属的脱硫可以通过几种不同的方式执行。一种方法包括在 Kanbara反应器中用脱硫添加剂处理熔化的金属，该反应器包括非常大的容器(通常具有至少100吨的容量)和用于搅拌熔化的金属的十字形叶轮。脱硫添加剂(通常是粉状氧化钙)通过叶轮的旋转被混合到熔化的金属中，添加剂与金属中的硫反应以形成固体产物(例如硫化钙)，该固体产物最终漂浮在金属表面以形成熔渣层，可以通过撇去而去除。如上所述，在 Kanbara反
应器的脱硫过程中，叶轮必须在浸入熔化的金属之前预热以避免开裂。
[0006]另一种脱硫黑色金属的方法涉及利用呈包芯线形式的脱硫添加剂处理熔化的金属，包芯线从线轴供给到金属中。包芯线包括由高熔点材料(例如钢)的护套围绕的脱硫添加剂的芯(通常含有钙和/或镁)。护套保护添加剂芯在与熔化的金属接触时不会立即氧化，并在包芯线供给到金属时逐渐熔化或溶解，以便在表面之下以预定深度释放添加剂芯，使得它可以渗透熔化的金属的前端。将包芯线供给到熔化的金属中的速率与外护套的熔化/溶解速率相平衡，以确保添加剂在所需的深度释放。这种方法通常与多孔塞结合使用，多孔塞使气体鼓泡通过金属，并帮助分散添加剂。
[0007]除了(或代替)脱硫，金属处理添加剂也可用于改变净化后残留的夹杂物的组成、形态和/或分布。例如，可在钢水中使用钙添加剂以与固体氧化物夹杂物(如氧化铝或二氧化硅)反应，并形成较低熔点的铝酸钙或硅酸钙，它们在钢的熔点下呈液态，因此不会堵塞铸造喷嘴。添加剂还可能改变在铸造金属中产生易于开裂的断层线的树枝状或板状夹杂物的形态，从而使夹杂物变得更加圆整，因此不会形成此类断层线。例如，钙添加剂可用于钢中以改变固体氧化物夹杂物的形态，而镁添加剂可用于铁中以改变碳夹杂物的形态。
[0008]将元素钙或镁引入熔化的黑色金属可能既困难又危险，因为钙和镁的沸点分别低于钢和铁的熔点。因此，如果一次添加太多，元素Ca/Mg在与铁水/钢水接触时可能会爆炸性汽化，或会迅速氧化。因此，添加剂通常以稳定的形式添加，例如硅钙(CaSi)、钙硅钡(CaSiBa)等，而不是元素形式。
[0009]本专利技术旨在提供一种用于处理熔化的金属的改进的设备和方法，或至少提供一种有用的替代方案。

技术实现思路

[0010]旋转装置
[0011]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于利用气体处理熔化的金属的旋转装置(这里也称为“转子”)。该装置包括在一个端部具有转子头的管状套筒以及在管状套筒内部延伸的空心轴，使得空心轴的至少一部分被管状套筒包围。转子头包括用于将气体排放到熔化的金属中的出气口，空心轴流体地连接到转子头的出气口。管状套筒和转子头由抗腐蚀和抗热冲击的耐火材料制成。空心轴由包含石墨的耐火材料形成。
[0012]本专利技术的专利技术人已经发现，由包含石墨的材料制成的内部空心轴和由更具效果的耐火材料制成的外部管状套筒和转子头的两部分式转子在较高温度的熔化的金属(例如钢)下具有优异的耐久性和寿命。本专利技术的实施例在钢水中反复测试后显示出很少或没有变形，同时还实现了良好的搅拌和净化效率。经发现，包含石墨的空心轴适当地耐受钢水的高温而不熔化或破碎，同时还具有足够程度的可塑性以安装在电机上，而不会在使用中断裂。不希望受理论所束缚，据认为由金属制成的内轴在铁水/钢水中所经历的温度下会软化非常多，而由陶瓷材料制成的内轴将会太脆，不能安装在电机上。因此，专利技术人发现石墨特别适用于本专利技术的空心轴。尽管石墨因为可以溶解在钢水中而通常不被认为适用于钢水，但在本专利技术中，包含石墨的空心轴受外部管状套筒保护。
[0013]在实施例中，管状套筒由耐火材料形成，该耐火材料包括：熔融二氧化硅；碳化硅；氧化铝；碳键合氧化铝；碳键合陶瓷；粘土石墨；氮化硅铝；包含金属氧化物、碳化物、或氮化
物的等静压(也称为等压)耐火混合物；或涂覆有氧化铝和/或锆酸镁或金属氧化物的耐火基材；或其组合。转子头也可由耐火材料形成，该耐火材料包括：熔融二氧化硅；碳化硅；氧化铝；碳键合氧化铝；碳键合陶瓷；粘土石墨；氮化硅铝；包含金属氧化物、碳化物、或氮化物的等压耐火混合物；或涂覆有氧化铝和/或锆酸镁或金属氧化物的耐火基材；或其组合。在一些实施例中，管状套筒和转子头两者都由相同的材料制成。在替代实施例中，管状套筒和转子头由不同材料制成。
[0014]高耐火材料具有足够的抗腐蚀性和抗热冲击性，以用于钢水而不会降解或不需要预热，该耐火材料包括：熔融二氧化硅；碳化硅；氧化铝；碳键合氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于利用气体处理熔化的金属的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置包括：管状套筒，所述管状套筒在一个端部包括转子头，转子头包括用于将气体分散到熔化的金属中的气体出口；和空心轴，所述空心轴在管状套筒内延伸，使得空心轴的至少一部分被管状套筒包围，其中空心轴流体地连接到转子头的气体出口，管状套筒由抗腐蚀和抗热冲击的耐火材料形成，并且空心轴由包含石墨的材料形成。2.根据权利要求1所述的用于利用气体处理熔化的金属的旋转装置，其特征在于，所述管状套筒由耐火材料形成，所述耐火材料包括：熔融二氧化硅；氧化铝；碳化硅；碳键合氧化铝；碳键合陶瓷；粘土石墨；氮化硅铝；包含金属氧化物、碳化物、或氮化物的等压耐火混合物；等压碳键合氧化铝；涂覆有氧化铝和/或锆酸镁或金属氧化物的耐火基材；或其组合。3.根据前述权利要求中任一项所述的用于利用气体处理熔化的金属的旋转装置，其特征在于，所述转子头与所述管状套筒一体成型，或者其中，所述转子头联接到所述管状套筒的端部。4.根据权利要求1或2所述的用于利用气体处理熔化的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：福塞科国际有限公司，
类型：新型
国别省市：