铝熔体精炼喷头的设计与应用

李国林

（河南神火集团，河南 永城 476600 ）

铝熔体精炼喷头的设计与应用

李国林

（河南神火集团，河南 永城 476600 ）

通过理论分析与生产实际结合，在A356.2合金锭的生产中，为了减少产品中的针孔，提高产品质量，采用了氮气加精炼剂复合精炼，在此基础上又重点设计制作了专用精炼专用喷头，大大增加了氮气和精炼剂与铝熔体的接触面积，铝合金熔体的含氢量显著降低，氮气和精炼剂的使用量也降低了20%左右。

精炼；涡流；专用喷头

0 前言

A356.2是以356合金为基础，严格控制杂质含量，改进制造技术而获得的一种较高力学性能的铝-硅系合金。其主要特点是铸造性能、焊接性能和耐腐蚀性能很好；具有较好的气密性、流动性和抗热裂性能；成分简单，容易熔炼和铸造，适合于各种铸造方法。它可用于铸造各种壳体零件、飞机的泵体、汽车变速箱、燃油箱的弯管、飞机配件、汽车和摩托车轮毂及其他承受载荷的零件。在铝硅系铸造合金锭生产中，铸锭含气量的高低显现为铸锭断面针孔的大小及多少。由于铸锭的含气量具有遗传性，如铸锭含气较高时，则很难保证制作砂型金属铸件时针孔的产生，造成铸件报废。许多高品质铸件的生产企业均对合金锭有较高的针孔等级要求。目前绝大多数铸造铝合金锭生产企业均采用反射炉工业化生产，在此条件下如何去除合金中的气体使合金锭的针孔度达到客户要求，是每个合金锭生产企业关注的问题。

1 普遍采用的精炼工艺

A356.2铝熔体有较强的吸气性，氢是铝合金熔体中最易溶解的气体，其气体的溶解能力顺序为H2、CmHn 、CO2、O2、CO、N2。在溶解的气体中，氢占90%左右。铝与炉气中的水蒸气的反应为2Al+3H2O=Al2O3+6[H]；铝液与炉气中的油污及有机物气体的反应为4mA1+3CmHn= mAl4C3+3n[H]。在含有水蒸气的炉气中，即使其含量甚微，也足以使铝合金中的氢含量增加。水蒸气很易与铝反应，这不仅使铝氧化造渣，更重要的是使铝液中的氢以吸附、溶解和化合状态存在于铝合金熔体中，对铝合金的性能和铸锭质量有不良影响，这些是使铸锭产生气孔、疏松及板带材起泡和分层的主要原因。

国内厂家大都在混合炉内采用高纯氮气和精炼剂对铝熔体精炼，高纯氮气起输送精炼剂和精炼铝熔体的作用，精炼剂起精炼铝熔体的作用。精炼配置如图1，精炼罐内的精炼剂，在不低于0.2MPa压力的高纯氮气输送下，通过φ30或φ40的钢管和软管输送进入铝熔体，高纯氮气和精炼剂与铝熔体充分接触反应，然后上浮带走熔体中的氢和其它杂物。但由于钢管喷出后形状如柱状，高纯氮气和精炼剂以较大的单元与熔体接触，接触面积不充分、反应不充分，致使除氢和除杂物效果不理想，影响产品质量；同时柱状的氮气和精炼剂上升较快，部分高纯氮气从铝熔体表面直接排入大气，部分精炼剂直接浮在铝熔体表面不参与反应，造成高纯氮气和精炼剂消耗量加大。

图1 精炼配置图

2 专用喷头组成

在生产过程中，针对高纯氮气和精炼剂经钢管喷出后与熔体接触不充分、反应不充分，除氢和杂物效果不理想，既影响产品质量，又消耗大量高纯氮气和精炼剂的现象，设计制作了一个喷管专用喷头，包括1个球体，1个进管，示意如图2。

图2 喷管专用喷头

图 3 球体和进管剖面图

2.1 球体

球体主要尺寸为内半径R58，外半径R63，顶部为与球体相切的圆台形，保证球体外表面无转折死角；出口尺寸为外口φ43，内口φ20，内口尺寸小于进管内径φ40，能对球体内的气料混合体起到保压的作用，外口尺寸φ43大于内口尺寸φ20，主要是为了改变气料喷出后的形状，使气料以70°的锥状向外喷出（如图4），但为了避免铝熔体进入，也不宜过大，整体外表面设计成球形主要是为了减少死角，最大程度的降低喷头使用后粘铝的量，内腔设计成球形主要是使气料混合体进入后形成涡流，变成细小的单元，同时上升喷出时既有上升动作又有旋转动作。具体见剖面图3。

2.2 进管

进管分通管和半个45°弯管，通管主要尺寸为内径φ40，外径φ45；半个45°弯管尺寸与通管一致。进入球体后设计成半个45°弯管，主要是使气料方向改变，更好地形成涡流，沿着球体内腔内壁更好的旋转和上升。通管与球体连接处为R25的圆弧相切，也是为了减少表面死角，最大程度的降低喷头使用后粘铝的量，具体见剖面图3。

整个喷头安装时，出口水平朝上，通管与精炼钢管采用45°弯管连接，保证气料流通通畅，但使用过程中可任意翻转，将气料喷向混合炉熔池的任意方向。

图4 气料喷出形态图

3 专用喷头精炼过程

将专用喷头水平安装在喷管出口处，使用前对喷头刷上涂料并烘干，避免精炼结束粘附大量的铝，使用时先通高纯氮气和精炼剂，在球体内部形成涡流，以比较细小的单元经喷头喷出，形状如70°的锥状（如图4），大大增加与铝熔体的接触面积，然后将喷头进入铝熔体，主要是防止喷头出口被铝堵死，精炼时要遍及混合炉每个角落，精炼结束时先将喷头移开铝熔体，再停止高纯氮气和精炼剂的供给。

4 专用喷头的优点

通过生产实践过程中的验证，该专用喷头具备如下优点：（1）高纯氮气和精炼剂在球体内部形成涡流，喷出后形状如70°的锥状（如图4），以比较细小的单元与铝熔体充分接触、充分反应，可减少高纯氮气和精炼剂消耗量20%左右；（2）精炼效果显著，提高产品质量一个等级；（3）喷头外部形状无任何死角，使用前刷上涂料，基本做到了不粘铝。

5 结束语

我们将理论分析与生产实际结合，在A356.2合金锭的生产中，为了减少产品中的针孔，提高产品质量，采用了氮气加精炼剂复合精炼，二者都有较强的吸附除渣的能力，取得了较好的除气、除渣效果，生产出了合格的产品。在此基础上又设计制作了专用精炼喷头，氮气和精炼剂在喷头球体内部形成涡流，以比较细小的单元经喷头喷出，又加上气料形状如70°的锥状，大大增加了与铝熔体的接触面积，明显提高了精炼效果。通过车间生产实践也验证了铝合金熔体的含氢量显著降低，同时氮气和精炼剂的使用量也降低了20%左右，对企业质量管理、成本管理有很大的提高促进作用。

（编辑：杨毅）

钢铝复合翅片管及其加工方法

中国专利 CN201110202268.X

本发明涉及一种钢铝复合翅片管及加工方法,以及用该翅片管制成的水-空气换热器。所述的钢铝复合翅片管由基管和多个翅片钎焊而成，其中基管为外表面铝层完整的钢敷铝复合管材，翅片为中间具有穿管开孔的铝质翅片，在穿管开孔处形成卷边。本发明的优点是：能够结合钢管钢翅片散热器和铝管铝翅片散热器的优点，实现钢管铝翅片散热器，有利于提高抗腐蚀能力，并且有利于环保；能够保证换热器翅片管的强度，提高换热器散热效率。同时，本发明能够实现钎焊工艺连续生产，提高产品的产能和质量，降低生产成本。

装饰造型用压铸铝合金及其制造方法

美国专利 US8349462

本发明涉及一种适合生产装饰造型产品的压铸铝合金。具体体现之一是用Al-Ni或Al-Ni-Mn合金制造装饰造型产品，铸造出的产品具有特定的显微组织，容易进行阳极氧化处理，并且具有适当的表面光洁度和机械强度。压铸合金的化学成分（质量分数，%）为：6.6～8.0Ni，0.5～3.5Mn，Fe+Si≤0.25，Cu+Zn+Mg≤0.5，Ti+Zr+Sc≤0.2，还可以含B和C之中的一个，含量最多0.1，其他元素最多为0.05，并且其他元素总和不得超过0.15，其余为铝。用本发明合金压铸的铸造产品壁厚不大于1.0mm，并且铸件表面粗糙度适合，没有表面铸造缺陷，很容易进行阳极氧化处理。

铸造性能优异的铝铜合金

欧洲专利 WO2011098813

本专利提供了一种在合金枝晶间拥有大量不溶性微粒的铝铜合金，同时，该合金中还含有足量可使铸造合金晶粒细化的游离钛，细化晶粒的作用是由于游离钛与不溶性微粒相结合协同作用的结果，而且还可改善铝铜合金的铸造性能和物理性能。铝铜合金中钛的含量（质量分数）一般为0.01%～1.0%, 不溶性微粒的数量最多为20%。粒径为0.5～25μm。本专利提供的铝铜合金的铸造性能大为改善，可用于生产性能要求高的复杂铸件。

Design and Application of Nozzle for Aluminum Melt Refining

LI Guo-lin
（Henan Shenhuo Group Co., Ltd., Yongcheng 476600, China）

Through theoretical analysis combining with the actual production, in order to reduce the pinhole, improve product quality during producing A356.2 alloy ingot, the nitrogen and refining agent composite refining were used. The special nozzle was designed for special refining, such that the contact area between nitrogen gas and refining agent and molten aluminum greatly increased, the hydrogen content of aluminum alloy melt decreased, nitrogen and refining agent consumption is decreased by about 20%. Thus, the role of enterprise quality management and cost management can be promoted.

refine; turbulence; special nozzle

TG232

B

1005-4898（2014）05-0047-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.05.10

李国林（1980-），男，河南人，主要从事电解铝生产技术和机电设备管理，工程师。

2014-03-19