[发明专利]用于对金属熔体过滤并添加晶粒细化剂的装置

说明书

本发明涉及一种用于对金属熔体过滤并添加晶粒细化材料、同时具有一个第一过滤器和一个用于晶粒细化材料的给料器的装置，其中，第一过滤器具有多孔性过滤介质。

在现有技术中已知，金属熔体，例如铝合金的熔体，在铸造过程中可以被过滤。作为它的一个例子，以下主要针对铝合金的铸造。但是，例如对于铜和钢合金金属熔体的过滤也是已知的。在铝的铸造过程中，金属熔体从铸造炉中流出经过一个在线脱气器和一个用于过滤和添加晶粒细化材料的装置进入铸模。该在线脱气器以一种固有的已知方法从铝熔体中除去主要是溶解的气体杂质。这主要涉及溶解的氢。根据现有技术在溶解的杂质被除去或减少之后，将一种晶粒细化材料，例如铝-钛-硼中间合金加入到铝熔体内。在已经加入这种晶粒细化材料之后，在接下来的铸造过程中，在凝固的材料中会使晶粒的尺寸变小，根据现有技术，要对铝熔体进行过滤以便除去未被溶解的杂质，也就是熔体内未溶解的固体颗粒。这些未溶解的杂质包括有，例如，氧化铝颗粒，铝的碳化物，铝的碳氮化合物等。这些未溶解的杂质其大小约为1到100μm。在过滤工序之后，如前面所述铝熔体流入到铸模内，在该处例如铸造成铝锭。

根据现有技术，在加入晶粒细化材料之后对熔体进行过滤，因为晶粒细化材料也向熔体内带入未溶解的杂质。例如，用作晶粒细化材料的铝钛硼中间合金包括大量的不溶解的二硼化钛颗粒，以及氧化物夹杂物，这些东西在以后的铸造产品中是不希望有的。

已知有各种类型的用于过滤铝熔体的过滤器。采用所谓的陶瓷泡沫过滤器可以达到价格合理，节省空间的过滤。这些陶瓷泡沫过滤器以平板的形式使用，其厚度大约50mm，铝熔体垂直于平板的平面流过所述过滤器。这种陶瓷泡沫过滤器通过把以水为基础的氧化铝渣和粘合剂浇注到开孔聚氨酯泡沫内制造。然后将这种被浇注的聚氨酯泡沫干燥并焙烧，将聚氨酯泡沫烧掉，同时作为陶瓷泡沫留下这种泡沫结构的反转图像。当根据现有技术使用时，这种陶瓷泡沫过滤器的过滤效率是中等和良好的。

另外一种已知用于铝熔体的过滤系统是所谓的松散填充层过滤器。在一个松散填充层过滤器中，铝熔体所通过的过滤介质包括氧化铝小颗粒或小珠部分分层地填充在一个过滤箱内。如果只采用松散填充层过滤器进行过滤，则要求大的过滤箱，但它与陶瓷泡沫过滤器相比有长得多的使用寿命。松散填充层过滤器的过滤效率可以说是一直很好。

在现有技术中已知的简单过滤系统，例如陶瓷泡沫过滤器与较贵的过滤系统，例如松散填充层过滤器相比，其特点是成本低，所占空间少。与此同时，现有技术中已知的较贵的系统则显示出更高的过滤效率和长的使用寿命。

根据前面所描述的现有技术，本发明的目的是提出一种用于对金属熔体过滤并添加晶粒细化材料用的装置，用这种装置可以用简单的过滤系统达到高的过滤效率。

根据本发明，由前面所描述和指出的问题通过提供一个在第一过滤器的后面沿流动方向的晶粒细化材料的给料器并提供沿流动方向位于晶粒细化给料器之后的第二过滤器加以解决。令人十分意外地发现，对于金属熔体而言，具有多孔性过滤介质的过滤器的过滤性质受到事先加入晶粒细化材料的影响极大，它会大大降低过滤效率，以至于可以认为在第一过滤器之后添加其中含有未溶解的杂质的晶粒细化材料能够获得更好的第一个过滤器的过滤效率。为了除去被晶粒细化材料带入到熔体内的未溶解的杂质，在晶粒细化材料给料器之后沿流动方向提供一个第二过滤器。

试验表明，对于它们的过滤效率而言，特别是以借助于形成滤饼进行过滤为基础的过滤器，对晶粒细化材料的添加十分敏感。如果在加入晶粒细化材料之后使用这些过滤器，会妨碍甚至阻止滤饼的形成，使得这些过滤器不能达到它们应有的全部过滤作用。根据本发明，通过把以滤饼过滤为基础的第一过滤器设置在晶粒细化材料给料器之前，可以显著地改善该过滤器的过滤效率。

在一个陶瓷泡沫过滤器中，在该过滤器的前面没有加入晶粒细化材料的情况下，会由不溶解的杂质的堆积形成桥接物。这些桥接物会显著改善陶瓷泡沫过滤器的过滤效率。当在陶瓷泡沫过滤器之前加入晶粒细化材料时，则观察不到这种桥接物的形成。从而，根据本发明的装置的第一过滤器优选地具有一个由陶瓷泡沫制成的平板。

我们发现，改善过滤效率的不溶解杂质的桥接物不会在通常所使用的陶瓷泡沫平板的整个50mm的厚度形成。因此，考虑到流动阻力，在根据本发明的装置中，陶瓷泡沫平板具有5到30mm的厚度，优选地厚度为10到15mm。

交替地或叠加在陶瓷泡沫平板上，第一过滤器至少具有一个由烧结材料制成的部件和/或一个由CVD(化学气相沉积)沉积成的材料制成的部件。