[实用新型]一种大体积高合金化铝合金熔体处理装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金属材料加工领域，特别涉及一种大体积高合金化铝合金熔体处 理装置及方法。

背景技术

铝合金以其优良的特性成为航空航天、轨道交通以及汽车等行业首选的轻量化结 构材料，用量很大。随着制造业装备能力的提升，大型运输火箭、高性能战机、高速列车、新 能源汽车等高端装备要求的铝合金性能越来越多样化，综合使用性能也越来越高，而铝合 金性能的提高必然伴随着特殊合金元素的加入以及主元素含量的提升。高合金化铝合金材 料制备过程中总是伴随着合金元素成分偏析、易开裂、组织不均匀等问题，尤其对于大体积 熔体凝固成型而言问题更加突出，因此大体积高合金化铝合金材料对冶金质量要求十分严 格。国内常用的铝合金熔体处理手段很难满足高合金化铝合金对冶金质量的要求，相关合 金不得不依赖进口。

大体积高合金化铝合金材料制备困难的主要原因是熔体中合金元素分布均匀性 控制难、成分偏析带来的氧化夹杂物以及氢含量的控制难、大体积熔体温度均匀性控制难 等三个方面。传统的熔体处理方法仅是在合金材料制备前或制备过程中采用一定的除气和 过滤手段对铝合金中夹杂物含量和氢含量进行控制，无法从根本上满足高合金化铝合金对 熔体冶金质量的要求。

为了提高铝合金熔体冶金质量，许多国内外学者都进行了长期的研究。美国铝业 公司开发的Alcoa469方法和美国联合碳化物公司开发的旋转喷出惰性气体浮游法都是利 用氢在铝熔体和气泡中的分压差使铝熔体中的氢上浮并逸出，从而达到除氢的目的，但并 没有涉及关键的熔体成分场和温度场的均匀性。中国专利CN00127937和CN200510026593提 出的铝合金熔体净化的方法，主要侧重于对合金熔体中氧化物和夹渣物的过滤，在降低熔 体氢含量的同时减少夹渣物的含量及尺寸，同样没有涉及关键的熔体成分场和温度场的均 匀性。上述熔体处理方法对普通低合金化铝合金熔体净化具有一定的作用，但对于改善大 体积高合金化铝合金熔体质量，其作用就十分微弱了。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型的目的是提供一种大体积高合金化铝合金熔体处理装 置及方法。该装置和方法充分利用了复合式电磁场具有的能量高密度性和清洁性以及优越 的响应性和可控性，同时通过多维度机械紊流器的巧妙设计，熔体流动呈现出宏观对流和 局部紊流共存的状态，使熔体受到的搅拌作用更加充分，从而温度场和成分场在整个熔体 体积内分布更加均匀；同时紊流系统中惰性气体的通入增加了熔体的除气除渣功能。

一种大体积高合金化铝合金熔体处理装置，该装置主要由熔体处理坩埚、复合式 电磁模块、多维度机械紊流器及温控单元组成，所述的复合式电磁模块安装在熔体处理坩 埚的底部和外围，所述的多维度机械紊流器安装在熔体处理坩埚内，所述的温控单元安装 在熔体处理坩埚的顶部和底部。

在该装置中，核心装置为复合式电磁模块、多维度机械紊流器和温控单元。复合式 电磁模块主要由底部磁场发生器和周向磁场发生器组成，所述的底部磁场发生器和周向磁 场发生器分别安装在熔体处理坩埚的底部和外围；多维度机械紊流器主要由可移动通道 杆、紊流转子和送气系统组成，所述的紊流转子安装在可移动通道杆上；温控单元主要由顶 部温控系统、底部温控系统和温度检测调节系统构成。

顶部温控系统为硅碳棒加热装置，通过硅碳棒实现顶部加热，所述的硅碳棒安装 在熔体处理坩埚的顶部温控盖中；底部温控系统为热电阻加热装置，以高效热电阻为热源； 温度检测调节系统包括温度传感器和温控PLC模块，与顶部温控系统和底部温控系统相连 接，通过温度检测调节系统实时监测和调节坩埚内熔体温度，温控单元通过调节坩埚顶部 硅碳棒和底部热电阻内的电流量精确控制合金熔体温度。

复合式电磁模块中，底部磁场发生器为行波磁场发生器或者脉冲磁场发生器；周 向磁场发生器为垂直旋转磁场发生器或者水平旋转磁场发生器。

可移动通道杆内部为中空，所述的紊流转子上设置气孔，送气系统通过可移动通 道杆的内部和紊流转子上的气孔送气，将惰性气体通入熔体内部，实现熔体的除气除渣。可 移动通道杆安装在熔体处理坩埚的上方，与炉体外围机械装置相连接，可实现自转和水平 移动。多维度机械紊流器可以是一套或者多套，运行过程中自身旋转同时也可以按固定轨 迹平移，紊流转子可以有多种设计结构。