精炼剂除气除渣原理

除气机是有色金属铸造（如：压铸厂、有色金属研究院实验室等）行业的专用必备净化设备。别名叫法有：铝水除渣机，精炼除气机，除氢机，铝液净化器，铝水除氢机、铝合金精炼除气机、除氢机、铝液除气机、铝水除气机、除渣机、固定式铝水除气机、移动式铝水除气机、吊装式铝水除气机、喷粉式铝水除气机、移动出粉式除气除渣一体机、铝液净化机、熔铝除气机、坩埚炉除气机、池式炉除气机、熔炼炉除气机、发射熔炉除气机、配中转包铝液铝水除气机、除气搅拌机、熔铝提纯设备、铜液除渣机等。

目录

1.产品简介

2.特点

3.设备原理和用途

4.工艺要求

5.应用技术说明（机型JQR-DIANLU-389为例）

6. 种类及简介

7.除气机意义

8.设备图样

产品简介

除气机是种无公害的绿色铝液净化处理设备，其原理如下：

旋转式除气机是通过高速旋转并喷射惰性气体的转子把惰性气体大气泡打散成非常细微的小气泡，并使其均匀地分散在金属液中。通过减小气泡直径，这些气泡总的表面积急剧增大，这就使得更多的惰性气泡表面和金属液中的氢气和杂质接触从而把这些有害物质带到液体表面。

旋转式除气机的除气关键是转子能把进入的惰性气体大气泡打散成很小的气泡，并使它们扩散在整个金属液中。通过减小气泡直径，使得惰性气体的表面积急剧增大，从而使得更多的惰性气体表面和金属液中的氢气和杂质接触并随着气泡的上升把氢气或杂质从铝液中清除。

进入铝液惰性气体的流量控制可以根据被处理的金属液体体积来调节气体的流量大小，转杆和转子的速度可进行调节，以产生适当大小的气泡便于惰性气体的扩散。

氩气和氮气都可以作为惰性气体对熔融铝液进行除气。惰性气体纯度须在99.99%以上。

除气是把惰性气体喷入熔融铝液以达到去除氢气的目的。另外，除气也被认为是让杂质上浮的一种非常有效的办法。 有两种主要理论模式被提出以解释除气的原理。宏观模式认为每种杂质的去除在本质上是相似的。微观模式，也就是根据这一理论，由于氢气的蒸汽压较高，已溶解的氢气向注入的铝液中气体内扩散。从理论上说，直径为10微米大小的夹杂和一个气泡接触后，即吸附在气泡上并上浮至液体表面。

旋转喷气除气原理图(略)

有四个因素会影响铝液中氢气和夹杂的去除速度 :

1)金属流量或体积

2)惰性气体流量

3)惰性气体的扩散

4)惰性气体和杂质的接触。

研究表明，氢气到达一个气泡所需移动的距离越短，除气速度越快。另外，气泡和金属液接触时间越长，提高除气效率的可能性就越大。由于这些原因，除气时，狭窄且较深的除气容器可使除气效果更好。

除了吸附氢气，除气也使更多氧化物吸附在气泡上。这就减少了精炼剂的用量，降低生产成本。

特点

1、旋转精炼除气机分为可移动及固定式等方式，分别适用于不同的操作环境。

2、除气率在50%以上，缩短冶炼时间，降低生产成本。

3、适用于对坩埚炉、浇包、静止箱内的铝液进行净化处理。

设备原理和用途

本设备的原理是工作中旋转的石墨转子将吹入铝液中的惰性气体（氩气和氮气）破碎成大量的弥散气泡，并使其分散在铝液中；气泡在铝液中靠气体分压差和表面吸附原理，吸收铝液中的氢，吸附氧化夹渣，并随气泡上升而被带出铝液表面，使铝液得以净化；由于气泡小而弥散，与旋转熔液均匀混合中，并随这转动呈螺旋形缓慢上浮，与铝液接触时不会形成连续直线上升产生的气流，从而显著提高了净化效果。氩气和氮气都可以作为对铝液进行除气除渣的气体。惰性气体纯度须在99.99%以上。适用于对坩埚式熔炉、池式熔炉、发射熔炉、浇包/中转包及静止箱内的铝液进行除氢/除渣净化处理。

工艺要求

1.气体流量 8--20 l/min

2.转速 300--600rpm(转包越大要求转速越大)

3.除气时间 6-15min（回炉料越多除气时间也越长）

4.升降速度 4.0 m/min

应用技术说明

1.JQR-DIANLU-389技术

1.1机器设备

JQR-DIANLU-389金属液自动处理站由5部分构成，即旋转除气机、料斗系统、螺旋进料喷撒装置、可调挡板和电气控制柜，此外还包括为JQR-DIANLU-389特别开发的耗材（打渣剂和转子）。

• 旋转除气机是JQR-DIANLU-389的最基本的构件，它同时也是加料系统、处理熔剂传输单元和可动挡板的固定基体。原则上讲，旋转除气机都可以作为CQJ处理站的基础构件，但是除气机本身太小时，就无法将其它部分物理固定在上面。

• 料斗系统包含一到两个熔剂箱，最多可以同时添加两种处理熔剂（如清渣和变质）。封闭的料斗设计可防止熔剂吸潮，料斗中的传感器用于提示熔剂量。

• 熔剂喷撒装置安装在料斗出口处，用于将处理熔剂自动喷撒到漩涡中。该装置由电机驱动螺杆，从而实现熔剂传递量的精确控制。熔剂添加量通过螺旋推进时间控制。

• 可调挡板的移动也由电机驱动，可以在处理过程中任意地浸入和提出合金液。从合金液中提出挡板有助于在合金液中形成漩涡，挡板浸入合金液中不仅可消除漩涡，同时优化除气除渣过程。

• 控制柜包含一个PLC，用于保证获得优良的处理过程，并维持稳定的处理过程。PLC主要控制JQR-DIANLU-389的如下功能：转子、转杆的升降及浸入合金液的程度，转子、转杆的旋转速度，喷撒所需数量的处理熔剂，通入合金液中的氮气的流量等。

1.2耗材产品

XSR转子和COVERAL MTS系列打渣剂产品是JQR-DIANLU-389性能的关键。

具有专利的独特设计的XSR高性能转子有助于在熔剂添加过程中形成漩涡，并在之后高效地除气除渣。XSR转子具有极强的泵作用，可以将铝液从转子底部在泵作用下抽取入转子中并立即与惰性处理气体混合，同时铝液从转子中甩出的速度也相应提高，使惰性气体气泡分布在处理容器的铝液截面上分布更加均匀一致，最终快速、彻底的除气。

配合MTS开发的COVERAL MTS系列打渣剂产品包括清渣/打渣剂，含钠变质剂，晶粒细化剂和去除特别元素的熔剂，所有这些产品在使用中产生的烟尘量都非常低。

2.2环境、健康和安全方面的好处

随着环境方面立法的推进，要求铸造厂减少污染数量的降低。ISO及其它相应提供了必要的指导文件，以减少排放。JQR-DIANLU-389可以帮助铸造厂在环保方面有更好的表现，如：使用更少的耗材（处理剂、惰性气体），减少产生的渣，减少排放，降低处理时间，降低熔炼时的过热度、节约能源等。

金属液处理过程中需要使用熔剂，通常市面上为粉末状熔剂，配合JQR-DIANLU-389使用的为颗粒状熔剂。经过测试收集金属液处理过程中的排放物，发现其中影响健康的主要是熔剂反应生成的氟化物和氧化硫。尽管粉状熔剂释放的物质仍处于正常水平，但在各种情况下的试验结果均表明颗粒状熔剂的排放量显著低于粉状熔剂。微粒总数相应由使用粉末状熔剂的19 mg/m3 减少到使用颗粒状熔剂时低于0.46 mg/m3。使用颗粒状熔剂后以氯化氢气体形式排放出的氯总量则减少了一半以上，而粉状熔剂的低氯排放在颗粒状熔剂时得以保持。最重要的是使用颗粒熔剂可显著减少氟化物的排放量，由19 mg/m3 减少到4 mg/m3以下。

使用传统粉状熔剂时，加入量是被处理铝液重量的0.25%，而颗粒状熔剂为0.125%，从逻辑上可知加入量的减少自然排放物相应减少，但根据试验结果，两种形态熔剂的排放物的数量与加入量不是正比关系，颗粒状熔剂重量是粉状熔剂的50%时，排放物减少了85%，这样的结果使我们对熔剂的认识更加深入，熔剂的形态的确能够改变其使用效率。

同时使用JQR-DIANLU-389后可对健康安全有非常显著的作用，因为打渣剂添加到金属液内并充分反应，故与传统的处理熔剂相比气体和烟尘等的排放显著减少。因为降低了操作者的直接参与，从而提高了操作工人的安全性。

2.3经济方面的好处

使用后由于同时JQR-DIANLU-389降低了处理成本，改善了性能并减少了浪费，从而节约了大量成本。

处理成本下降主要是因为惰性气体和打渣剂使用量减少，且降低了人工成本。总体性能的改善体现在：更短的处理周期、金属液质量良好的再现性、较高的可靠性和较低的维护成本。具体参见后面的案例。

种类及简介

一：超声除气机

据国外媒体报道,美国南方线材公司（Southwire Com.）研发的Ultra-D除气机早已面市,其商标Ultra-D中的"Ultra"代表"Ultrasonic（超声）",而"D"则是"degasser（除气机）"的缩写。据称,它的操作简单,除气效果好,用于金属熔体的除气处理,特别是能有效地去除铝熔体内的氢,它是一种生态友好型产品（eco-friendly）,在使用过程中不会排放任何对环境不利的物质,同时它是一种投资回报期很短的产品。 [2]

二：水质除气机

引起鱼类气泡病的主要原因,是在水中含有过多的氧气和氮气,在这种情况下,对鱼类最为危险的是水中出现过剩的单个氮分子。水中氧气过饱和的极限程度有达250～300%的情况,这在自然界为数极少,且持续时间也极为短促。通过试验和文献资料证明,水中含氮量的饱和度,对鱼类的生长影响按百分率来说:鲤鱼不宜超过115%,鲑鱼不宜超过110～115%。在鱼卵的人工孵化的 beisea 装置中。 [3]

三：铝熔体在线除气机

液态铝液在线除气的物理化学原理,分析国内外铝液在线除气的研究状况和存在的不足。创新性地采用同实际铝液流量相当的动态水模拟试验进行研究,发现了动态两相流运动中存在合泡和短流现象。并提出有效的解决措施。同时发明了多项专利技术,发挥产学研密切配合的优势,研发出节能减排的在线除气工艺技术和装备。

除气机意义

用自行研制的铝合旋转喷吹金熔体净化除气设备,采用数码相机高速连拍技术,着重研究了阻流体的结构、尺寸及位置变化对精炼气泡的大小、数量及分布的影响。结果表明,阻流体的结构以长方体为最佳,容器内直径、阻流体宽度与阻流体位置(阻流体与旋转杆之间的距离)之间的最佳比例关系为6.0∶1.0∶0.7。依据模拟试验给出的最优化方案制作阻流体,采用自制的旋转喷吹精炼除气机对ZL101铝合金熔体进行净化除气处理,试验结果显示净化除气效果显著。旋转喷气除气原理图

设备图样（略）

铝合金锭含渣量高，主要与精炼工艺有关。精炼过程一般使用熔剂或气体通过浮游法达到除气除渣的目的，熔剂分类有除气型的、除渣型的和复合型的，效果均有不同；虽然除气伴随除渣，除渣也伴随除气，但不同工艺还有不同的效果，要根据你的铝熔体状况来具体分析。

精炼工艺除了精炼剂选择之外，要注意各项工艺参数，喷粉精炼为例，要注意精炼温度、惰性气体压力、精炼剂流量、精炼时间等（一般精炼剂供应商都有使用说明，但在使用中要根据自己情况来验证和优化）；也要注意操作技巧，如扁口均匀出粉、死角循环等；还要重点关注载体气体的纯度，如氮气的含氧含水情况等，以免增加负效果。

精炼不在于多少次，而在于每一次都是否有效果。精炼后观察浮渣干净情况不能证明精炼效果，精炼效果要通过真空度检测、断口试验、k模检测或低倍检测等来验证。

除了炉内精炼之外，还可以通过炉外精炼来补充精炼效果，提高产品内部质量。炉外精炼有在线除气和在线过滤两大类，在线除气一般使用双气体或惰性气体在除气箱中来进行气体精炼；在线过滤有玻璃丝布、陶瓷过滤板及管式过滤等，效果以玻璃丝布最差，过滤板一般。

铸造铝合金锭一般都须交付铸造厂客户后进行重熔，所以很少有人在生产中使用在线除气，但为了提高下游用户对质量的苛刻要求，现在一般厂家都增加在线陶瓷板过滤（根据自己需要选择合适的规格如厚度、目数等）。炉外精炼是对炉内精炼的强化和补充，会大幅度提高产品内部质量，降低渣和气的含量，但炉内精炼是基础，必须重视炉内精炼效果。

工作环境比较潮，空气湿度大，会影响铝熔体吸潮，增加熔体含气量，增加精炼成本。

产品下线后，应及时交付用户，长时间积压库存会增加沾染灰尘程度，或表面氧化腐蚀（与成分也有关系，空气湿潮会加剧），这也会造成重熔后浮渣增加。

个人经验，仅供参考

配料计算公式为：

投料量=总投料量x元素含量

因为各种材料均存在烧损，并且各元素都可通过后期添加中间合金进行调整，所以可以不考虑各元素烧损率。

扩展资料

铝合金精炼主要是去除合金液中的气体和非金属夹杂物。铝合金中的气体主要是氢（占85%以上），夹杂物主要是氧化铝。

由于氢在液态和固态铝合金中的饱和溶解度相差近20倍，在铝合金凝固过程中极易析出氢，使铸件产生针孔。

夹杂物和气体是相互作用的，在工业纯铝中每100 g铝合金液中氢含量高于0.1 m L时，就会出现气孔，而在高纯铝中每100 g铝合金液中含氢量高达0.4 m L时，才会出现气孔。可见除气必须除渣，而除渣是除气的基础。

参考资料：百度百科-铸造铝合金

铝合金精炼主要是去除合金液中的气体和非金属夹杂物。铝合金中的气体主要是氢（占85%以上），夹杂物主要是氧化铝。由于氢在液态和固态铝合金中的饱和溶解度相差近20倍，在铝合金凝固过程中极易析出氢，使铸件产生针孔。夹杂物和气体是相互作用的，在工业纯铝中每100 g铝合金液中氢含量高于0.1 m L时，就会出现气孔，而在高纯铝中每100 g铝合金液中含氢量高达0.4 m L时，才会出现气孔。可见除气必须除渣，而除渣是除气的基础。铝合金常用的精炼剂是六氯乙烷或氯盐，这种精炼剂除气和除渣效果非常好，但不利于环保，正在逐步被无毒精炼剂取代。国内外研究者开发了两类有效的精炼方法，即旋转叶轮法（RID法）和喷射熔剂法（FI法）。旋转叶轮法（RID法）是往合金液中通惰性气体，通过叶轮旋转切割将大气泡打碎成直径约为0.5 m m的小气泡，它们均匀分布于合金液中，缓缓上升，可提高除气效果；熔剂喷射法（FI法）是将粉状熔剂以惰性气体作载体均匀喷入合金液，增加熔剂与合金液接触面积，增强除渣作用，同时熔剂改变气泡与合金液界面的性质，提高惰性气体的除氢效果。目前，效果比较好的精炼方法是将上述两种方法结合起来使用，即旋转喷吹法，在旋转叶轮法的基础上，往合金液中喷粉状熔剂。