專利名稱：金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置，屬于金屬熔煉凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)、尤其是高技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，社會對高性能合金需求越來越迫 切，對提高合金性能的研究和開發(fā)已成為世界各國冶金、熔鑄工作者十分關(guān)注的問題。 金屬熔體凈化處理技術(shù)可以提高合金的性能，而旋轉(zhuǎn)攪拌凈化技術(shù)對提高合金熔體純 凈度有著明顯的作用。
旋轉(zhuǎn)噴吹除氣凈化法是目前應(yīng)用最廣泛的鋁合金熔體凈化方法。旋轉(zhuǎn)噴吹法是 借助旋轉(zhuǎn)攪拌設(shè)備向金屬液中通入惰性氣體，吹頭的旋轉(zhuǎn)作用使氣泡尺寸變得細(xì)小、 分布均勻，而細(xì)小的氣泡把金屬熔液內(nèi)的氫氣和雜質(zhì)帶出液面，從而使得金屬熔液得 到凈化，因此旋轉(zhuǎn)攪拌速度是很重要的影響因素。
熔液內(nèi)的氫含量CH越小，熔體越純凈，合金的各項(xiàng)性能就越好。根據(jù)公式
可知，溫度也是很重要的影響因素。
因此精確合理的控制旋轉(zhuǎn)速度和試驗(yàn)過程的熔煉溫度對提高合金性能是至關(guān)重 要的。 發(fā)明內(nèi)容
為了在旋轉(zhuǎn)攪拌凈化金屬熔體的同時能精確控制旋轉(zhuǎn)速度和試驗(yàn)過程中的熔煉 溫度，本實(shí)用新型的目的是提供一種金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置。本裝置在旋轉(zhuǎn)攪拌 的同時還可以測攪拌速度和坩堝內(nèi)金屬液的溫度，具有測量精度高、重復(fù)性好，操作 簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的。
一種金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置，該裝置由可控硅溫度控制柜(1)、三維伸展 升降旋轉(zhuǎn)架(2)、安裝板(3)、交流異步電機(jī)(4)、旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5)、電 容(6)、交流電機(jī)調(diào)速器(7)、測速儀(8)、齒輪(9)、軸承座(10)、中空傳 動桿(11)、石墨攪拌棒(12)、石棉保溫蓋(13)、石墨坩堝(14)、金屬熔液(15)、 電阻爐(16)、熱電偶(17)、數(shù)據(jù)采集模塊(18)和計(jì)算機(jī)(19)組成，其特征是: 石墨攪拌桿(12)與中空傳動桿(11)相連，中空傳動桿(11)經(jīng)齒輪(9)與測速 儀(8)聯(lián)接，測速儀(8)直接由交流異步電機(jī)(4)驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5) 外部固定在安裝板(3)上，頂部與通氣管相連，內(nèi)部中空，并可轉(zhuǎn)動且與中空傳動 桿(11)相連，內(nèi)部與外部相對轉(zhuǎn)動，并且密封防止漏氣；軸承座(10)固定在安裝 板(3)上，中空傳動桿(11)穿過其中；交流電機(jī)調(diào)速器(7)與交流異歩電機(jī)(4) 連接，通過改變輸入到交流異步電機(jī)(4)電源的頻率，調(diào)節(jié)交流異步電機(jī)(4)的輸 出轉(zhuǎn)速來調(diào)整中空傳動桿(11)的旋轉(zhuǎn)速度；數(shù)據(jù)采集模塊(18)由頻率采集模塊、 溫度采集模塊和轉(zhuǎn)換模塊組成，頻率采集模塊、溫度采集模塊分別與轉(zhuǎn)換模塊相連， 轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算機(jī)(19) C0M串行口連接，頻率采集模塊通過數(shù)據(jù)線與測速儀相連， 溫度采集模塊與插在石墨坩堝壁的熱電偶相連，在中空傳動桿帶動石墨攪拌棒攪拌金 屬熔液時，可同時采集轉(zhuǎn)速信號和溫度信號。
上述的石墨攪拌棒內(nèi)部中空，頭部有六個扇葉，扇葉間有出氣孔。整個裝置可以 隨著安裝板一起在架子上上下左右旋轉(zhuǎn)移動。
本實(shí)用新型的金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置通過頻率采集模塊和溫度采集模塊可 以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集。頻率采集模塊和溫度采集模塊相互獨(dú)立，可以單獨(dú)采 集頻率信號或速度信號，也可以同時采集兩信號，信號間互不干擾，通過各自的程序 經(jīng)電腦輸出結(jié)果，使得頻率信號最終經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換為速度信號輸出。本系統(tǒng)的能源輸 入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的，因此實(shí)現(xiàn)了無接觸的能源及 信號傳遞功能。這樣降低了信號干擾，提高了裝置的數(shù)據(jù)采集精度。 用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Visual Basic編程對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，記錄金屬 熔液在試驗(yàn)過程中的旋轉(zhuǎn)速度和溫度的變化。本發(fā)明裝置受外界干擾小，測量精度高、 設(shè)備利用率高、重復(fù)性好、操作簡單且成本低。

圖1為本實(shí)用新型的金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置示意圖。
圖中各數(shù)字代號表示如下
1.可控硅溫度控制柜2.三維伸展升降旋轉(zhuǎn)架3.安裝板4.交流異步電機(jī)5.旋轉(zhuǎn)通氣 密封裝置6.電容7.交流電機(jī)調(diào)速器8.測速儀9.齒輪10.軸承座11.中空傳動桿12. 石墨攪拌棒13.石棉保溫蓋14.石墨坩堝15.金屬熔液16.電阻爐17.熱電偶18.數(shù)據(jù) 采集模塊19.計(jì)算機(jī)。
圖2為本實(shí)用新型測得的不同轉(zhuǎn)速對鋁合金A356中氫含量的關(guān)系圖。
圖3為本實(shí)用新型測得的不同溫度對鋁合金A356中氫含量的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖l、 2、 3對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型的金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置由可控硅溫度控制柜(O 、三維伸展 升降旋轉(zhuǎn)架(2)、安裝板(3)、交流異步電機(jī)(4)、旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5)、電 容(6)、交流電機(jī)調(diào)速器(7)、測速儀(8)、齒輪(9)、軸承座(10)、中空傳 動桿(11)、石墨攪拌棒(12)、石棉保溫蓋(13)、石墨坩堝(14)、金屬熔液(15)、 電阻爐(16)、熱電偶(17)、數(shù)據(jù)采集模塊(18)和計(jì)算機(jī)(19)組成；石墨攪拌 桿(12)與中空傳動桿(11)相連，中空傳動桿(11)經(jīng)齒輪(9)與測速儀(8)聯(lián) 接，測速儀(8)直接由交流異步電機(jī)(4)驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5)外部固定 在安裝板(3)上，頂部與通氣管相連，內(nèi)部中空，并可轉(zhuǎn)動且與中空傳動桿(11) 相連，內(nèi)部與外部相對轉(zhuǎn)動，并且密封防止漏氣；軸承座(10)固定在安裝板(3) 上，中空傳動桿(11)穿過其中；交流電機(jī)調(diào)速器(7)與交流異步電機(jī)(4)連接， 通過改變輸入到交流異步電機(jī)(4)電源的頻率，調(diào)節(jié)交流異步電機(jī)(4)的輸出轉(zhuǎn)速 來調(diào)整中空傳動桿(11)的旋轉(zhuǎn)速度；數(shù)據(jù)采集模塊(18)由頻率采集模塊、溫度采 集模塊和轉(zhuǎn)換模塊組成，頻率采集模塊、溫度采集模塊分別與轉(zhuǎn)換模塊相連，轉(zhuǎn)換模 塊與計(jì)算機(jī)(19) COM串行口連接，頻率采集模塊通過數(shù)據(jù)線與測速儀相連，溫度 采集模塊與插在石墨坩堝壁的熱電偶相連，在中空傳動桿帶動石墨攪拌棒攪拌金屬熔
液時，可同時采集轉(zhuǎn)速信號和溫度信號。
實(shí)驗(yàn)過程中，試樣在電阻爐中加熱并由可控硅控溫柜來控制試樣的加熱和保溫溫 度。交流電機(jī)調(diào)速器7與交流異步電機(jī)4連接，通過改變輸入到交流異步電機(jī)4的電 源頻率，調(diào)節(jié)交流異步電機(jī)4的輸出轉(zhuǎn)速來調(diào)整中空傳動桿11的旋轉(zhuǎn)速度，此速度 由測速儀來測定。惰性氣體從旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置5進(jìn)入中空傳動桿11和石墨攪拌棒 12，再從攪拌頭扇葉間的出氣孔進(jìn)入熔體，石磨棒在攪拌時可將氣泡打碎并均勻分布 在坩堝里，氣泡可以吸附熔體中的夾雜，熔體中的氫氣由于分壓關(guān)系進(jìn)入氣泡中，氣 泡上浮就可以將熔體中的夾雜和氫氣帶入到大氣中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由一個轉(zhuǎn)換模塊和 兩個采集模塊數(shù)據(jù)組成，其中頻率模塊采集轉(zhuǎn)速信號，溫度模塊采集溫度信號，轉(zhuǎn)換 模塊與計(jì)算機(jī)COM串行口連接。模塊所獲取的數(shù)據(jù)信息是通過產(chǎn)品光盤上提供的 ActiveX控件接口作為模塊與計(jì)算機(jī)程序通訊信號轉(zhuǎn)換的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步記錄轉(zhuǎn) 速和試樣的溫度。整個程序包括兩部分， 一部分為數(shù)據(jù)采集及實(shí)時在線顯示過程，另
外一部分為數(shù)據(jù)重現(xiàn)即數(shù)據(jù)比較和分析。用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Visual Basic編程 對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，記錄金屬熔液在試驗(yàn)過程中的旋轉(zhuǎn)速度和溫度的變化。 由于本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的，因此實(shí) 現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。這樣降低了信號干擾，提高了裝置的數(shù)據(jù)采集精 度。
圖2是在相同溫度73(TC下不同轉(zhuǎn)速對鋁合金A356中氫含量的關(guān)系圖。從圖中 可以看出旋轉(zhuǎn)速度越高，熔體內(nèi)的氫含量越低。這是由于轉(zhuǎn)速使得攪拌頭產(chǎn)生較大 的剪切力，把氣泡打碎，氣泡越細(xì)小，上浮時間就長，就能充分的吸收氫氣和吸附雜 質(zhì)。這與理論分析也相一致。此圖還可以看出Or/min時即不旋轉(zhuǎn)攪拌時的氫含量比 攪拌后的氫含量大，由此可以說明旋轉(zhuǎn)攪拌對合金的凈化有很大的影響而且攪拌速度 是影響熔體中氫含量的重要因素。
圖3是在相同轉(zhuǎn)速80r/min下不同溫度對鋁合金A356中氫含量的關(guān)系圖。從圖 中可以看出隨著澆注溫度的升高，A356的氫含量也隨著升高。這是由于隨著鋁熔 體澆注溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)和溶解度都相應(yīng)升高，有利于吸氫。溫度的升高，有利 于此平衡向吸氫過程移動。這與溫度與鋁合金氫含量理論關(guān)系相一致，說明溫度的控 制對合金的凈化也有很大的影響。
權(quán)利要求1.一種金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置，該裝置由可控硅溫度控制柜(1)、三維伸展升降旋轉(zhuǎn)架(2)、安裝板(3)、交流異步電機(jī)(4)、旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5)、電容(6)、交流電機(jī)調(diào)速器(7)、測速儀(8)、齒輪(9)、軸承座(10)、中空傳動桿(11)、石墨攪拌棒(12)、石棉保溫蓋(13)、石墨坩堝(14)、金屬熔液(15)、電阻爐(16)、熱電偶(17)、數(shù)據(jù)采集模塊(18)和計(jì)算機(jī)(19)組成，其特征是石墨攪拌桿(12)與中空傳動桿(11)相連，中空傳動桿(11)經(jīng)齒輪(9)與測速儀(8)聯(lián)接，測速儀(8)直接由交流異步電機(jī)(4)驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置(5)外部固定在安裝板(3)上，頂部與通氣管相連，內(nèi)部中空，并可轉(zhuǎn)動且與中空傳動桿(11)相連，內(nèi)部與外部相對轉(zhuǎn)動，并且密封防止漏氣；軸承座(10)固定在安裝板(3)上，中空傳動桿(11)穿過其中；交流電機(jī)調(diào)速器(7)與交流異步電機(jī)(4)連接，通過改變輸入到交流異步電機(jī)(4)電源的頻率，調(diào)節(jié)交流異步電機(jī)(4)的輸出轉(zhuǎn)速來調(diào)整中空傳動桿(11)的旋轉(zhuǎn)速度；數(shù)據(jù)采集模塊(18)由頻率采集模塊、溫度采集模塊和轉(zhuǎn)換模塊組成，頻率采集模塊、溫度采集模塊分別與轉(zhuǎn)換模塊相連，轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算機(jī)(19)COM串行口連接，頻率采集模塊通過數(shù)據(jù)線與測速儀相連，溫度采集模塊與插在石墨坩堝壁的熱電偶相連，在中空傳動桿帶動石墨攪拌棒攪拌金屬熔液時，可同時采集轉(zhuǎn)速信號和溫度信號。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種金屬熔液旋轉(zhuǎn)攪拌凈化裝置。該裝置主要由可控硅溫度控制柜、旋轉(zhuǎn)通氣密封裝置、交流電機(jī)調(diào)速器、測速儀、中空傳動桿、石墨攪拌棒、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)等組成。本裝置在攪拌坩堝內(nèi)金屬熔液的同時可測出石墨攪拌棒的旋轉(zhuǎn)攪拌速度和坩堝內(nèi)金屬熔液的溫度，并在電腦上顯示出來所測得的速度和溫度的數(shù)據(jù)及其變化。此裝置測量精度高，重復(fù)性好，操作簡單，成本低。
文檔編號C22B9/05GK201176453SQ200820057540
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者張恒華, 邵光杰, 原 高, 黃龍輝, 龔致礽 申請人:上海大學(xué)