铝合金旋转喷吹技术用于动态小熔池的研究

作者:党惊知;武殿梁;程军 刊名:华北工学院学报 上传者:薛珊

【摘要】本文应用相似理论设计了水力模拟实验,研究了铝合金炉外连续处理单元的小熔池中旋转喷吹除气.结果表明:采用Φ(200~300)mm熔池,熔体深度(300~360)mm,Φ60mm多孔叶片式旋转头,在转速为700r/min时可以得到理想的除气效果.

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铝合金旋转喷吹技术用于动态小熔池的研究党惊知武殿梁程军(华北工学院,太原)摘要本文应用相似理论设计了水力模拟实验,研究了铝合金炉外连续处理单元的小熔池中旋转喷吹除气结果表明:采用()熔池,熔体深度(),多孔叶片式旋转头,在转速为时可以得到理想的除气效果关键词铝合金;旋转喷吹除气;熔池中图分类号引言除气(主要是除氢)是使铝合金净化的一个重要途径,而在各种除气方法中,旋转喷吹除气是目前公认的最有效的方法它一般用于铝液炉内,外静态分批处理,即把旋转头插入坩埚或浇包进行旋转通气处理而在产量较大的铝合金铸件生产中,炉外在线式连续处理具有独特的优点:如处理效果好,效率高,合金液质量稳定,操作简便,自动化程度高等,因而成为铝合金净化的发展趋势国外很多先进的处理方法,如法、法、法、法都属于炉外在线式连续处理,,这些方法中除法以外都没有旋转除气,除氢效率一般都低于法的熔池静态容量很大,达()美国联合铝业公司现在也正在研究将装置改为旋转喷吹除气,将此法用于炉外复合净化单元的关键是在小熔池中实图旋转头结构图水力模拟实验装置现动态旋转除气本文采用动力相似的水力模拟实验对小熔池动态旋转喷吹除气作了初步研究实验研究旋转喷吹除气的效果取决于以下几个因素:气泡被破碎程度和分布状况;气泡在铝液中的运动距离;气泡在铝液中的停留时间;对熔体搅拌作用的强弱小熔池中,熔体量少易被旋转头带动能很快达到旋涡稳定态,此时熔体与旋转头的相对速度小,熔体旋转中心的压力小,故气泡大且趋于中心裹着轴上浮这时对熔体的搅拌也减弱了,气泡运动距离、存留时间都小,所以将该法用于小熔池中一般效果不好但采用结构合理的旋转头可使在未达到旋涡态时,对熔体搅拌更强烈,且气泡破碎程度差不多,虽运动距离小、存留时间短,但气泡分布密度大所以若能解决运动距离小和存留时间短的问题,并能使熔体不处于旋涡态,就可将该法用于动态小熔池处理中实验装置是作者设计的可调速旋转通气机构;供水设备;通氮气设备;有机玻璃粘结成的()模拟熔池;自制的木质旋转头水力模拟装置如图所示()()气,,圆筒,动态,水图转速对气泡分布和大小的影响因旋转头的结构和尺寸对各种因素都有影响,因此在参考文献,的基础上设计了多种旋转头进行实验比较,最终选定了图所示结构的旋转头由相似准则确定实验条件根据相似理论,要使水力模拟和实际铝液中除气情况动力相似,则要求雷诺准则,格拉晓夫准则和欧拉准则相等()式中为流体流速,这里指流体离开熔池的速度;为定型尺寸;为流体的运动粘度取相同的定型尺寸,根据水和铝液的运动粘度以及实际处理时的流量来确定实验对应的水流量,铝(左右时),水(常温下)当取铝液的实际流量分别为,,,时,则由式()得水流量分别为,,,()()()气()气,,圆筒,动态,水图气流量对气泡分布和大小的影响式中为重力加速度;为容积膨胀系数;为流体内外部温差反应因温差造成的流体内部密度不同导致的自然对流强弱对于水体,在本实验条件下,故;对于铝液,很小且熔池外部一般加保温加热套,,故铝液的数也近似为可见二者的数近似相等()式中为流动压差,;为流动压头;为流体密度根据式(),()确定铝液和水的流动压头之比为;实验时转速分别为,,,,;净化气体为氮气实验过程及结果分别用,圆筒在水体高为和时,取不同的转速作静、动态实验,记录旋涡态出现时间和各转速下的最佳气流量,估计气泡的平均直径和平均分布直径结果如图图所示由图可见转速对气泡分布和大小的影响时的分布范围明显比时大,同时体积也小的多图和图表示的是通气流量对气泡分布和大小的影响随着气流量的增加,气泡体积先是略有增大,当流量达到左右时,气泡

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