一种铝液精炼除气用转子机构的制作方法

本发明涉及铝熔体在线精炼系统设备技术领域，尤其涉及一种铝液精炼除气用转子机构。

背景技术：

铝及铝合金在熔炼过程中由于空气、生产过程中有机物的带入等原因，铝熔体会存在氢元素，在后续的浇铸冷却过程中，氢元素以氢气泡的形式从铝中析出，形成气孔，严重影响产品质量。因此，在熔炼完成后，浇铸之前，需要对铝熔体进行精炼处理。精炼处理过程主要由在线精炼系统中的转子机构完成，该技术的核心部件为一端带有旋转喷头即转子，由传动转轴带动转子在750℃左右的铝液中高速转动，惰性气体沿着转子底端的旋转喷出，形成的气泡由于转子高速旋转被打散成大量的小气泡，铝熔体中的氢将依附在这些小气泡上析出成氢气，同时吸附铝熔体中的杂质颗粒一起上浮至液面，从而达到除气（除氢）净化之目的。

转子机构的主轴是由于工作环境温度较高，转子机构在工作过程中，铝液的热量会通过转子传递到与之相连的转轴上，造成零件的损坏，且主轴与电机通常采用侧向传动，传动时由于机构及公差，使转轴震动大，减少了主轴寿命，且与主轴连接的转子也随之震动，造成的液面波动，影响转子除气效果。在侧传方式中，用于支撑转子转动的轴承，也会因为转轴温度升高而出现轴承抱死现象，影响设备稳定性。

通常制作转子的材料，需要具有耐高温、耐氧化、耐铝液侵蚀、可机加工、耐热冲击，且具有一定的机械强度等性能。目前技术水平下，铝熔体除气转子大多采用石墨材料制作，因为石墨材料的抗热冲击性能优秀，可机加工，且铝液对石墨不浸润，但不耐高温氧化是石墨材料的致命弱点。大量使用实践表明：石墨转子工作时，浸入铝液面之下的部分不与氧气接触，几乎不发生氧化反应，只有铝液冲刷，材料损耗小；在铝液面之上的部分，虽然与氧气接触，发生氧化烧蚀，但没有铝液冲刷，烧蚀速度并不高；而石墨转子与铝液液面接触的位置，由于温度高，并存在一定量的氧气，导致石墨氧化严重，且同时石墨转子转动时铝液对转子表面高速冲刷，导致石墨转子液面位置迅速变细而折断报废。一般正常使用的石墨转子寿命为15天，更换石墨转子不仅增加劳动作业强度，有时需要中断生产节奏，而且增加了生产成本，因此需要提高转子的使用寿命。

研究表明惰性气体的气泡尺寸越小则在熔体中上浮的速度越慢，从而在熔体中的停留时间越长，有利于熔体中的氢向惰性气体的气泡中充分扩散，有利于获得较好的除气效果。因此，如何减小气泡的尺寸，增加气泡总的表面积，延长气泡在熔体中的停留时间，以提高气泡分布的均匀性及扩大气泡的作用范围，成为除气转子的研究方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、体积紧凑且除气性能佳的铝液精炼除气用转子机构，以解决目前转子除气效果不稳定，转轴及石墨转子寿命不高的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种铝液精炼除气用转子机构，包括传动电机、电机安装座、内套、外筒、传动轴、定子、转子、定子套、转盘，传动电机和外筒分别安装在电机安装座的上端和下端，内套套设于外筒的容纳腔中，内套与外筒的底部通过法兰连接，传动轴贯穿套设于内套的内腔中，传动轴的上端通过联轴器连接传动电机的转轴，传动轴的下端传动连接转子，转子套设于定子的内腔中，定子固定安装于内套的底部，定子的尾端与定子套固定连接，转盘设置于定子套的底部，在定子套的中部开设有通孔，转子的尾端穿过通孔后与转盘固定连接，在转子上开设有用于输送气体的螺旋气槽，定子套与转盘之间设有透气间隙，内套上设有气腔，在外筒和内套上开设有同心的通气孔，通气孔连通气腔，在通气孔中安装输气接头，通过输气接头向气腔中通入惰性气体或与惰性气体混合过的精炼剂气体，螺旋气槽的进气口与气腔相连通，螺旋气槽的出气口与透气间隙相连通。

作为本发明的一种改进，所述螺旋气槽的螺旋方向与转子的旋转方向保持一致，所述螺旋气槽的进气口位于转子的顶端，螺旋气槽的出气口位于转子的尾端。

作为本发明的一种改进，所述定子套与转盘之间透气间隙尺寸为1.0mm-3.5mm。

作为本发明的一种改进，所述转子与定子之间设有装配间隙，转子与定子装配后的装配间隙尺寸为0.1mm-1.5mm。

作为本发明的一种改进，所述定子套和转盘的形状均为叶轮状。

作为本发明的一种改进，所述外筒的顶部设有上法兰，外筒的底部设有下法兰，上法兰的中部设有套接头，下法兰的中部设有内套套接孔，所述内套包括传动轴套接柱、气体缓冲室、定子安装槽和连接法兰，传动轴套接柱的底部与气体缓冲室的顶部固定连接，传动轴套接柱的轴孔与气体缓冲室相连通，定子安装槽设于气体缓冲室的底部，并且定子安装槽与气体缓冲室相连通，连接法兰焊接于定子安装槽的槽体外壁，传动轴贯穿套设于传动轴套接柱的轴孔中，气腔设于气体缓冲室内，定子的上端固定安装于定子安装槽中，外筒的上法兰与电机安装座通过螺栓连接，外筒的下法兰与内套的连接法兰通过螺栓连接，内套的传动轴套接柱固定套设于套接头中，内套的定子安装槽槽体套设于内套套接孔中。

作为本发明的一种改进，所述传动轴采用阶梯轴，传动轴包括第一级轴和第二级轴，在第一级轴的上端设有销孔，在第二级轴上焊接有上挡圈和下挡圈，传动轴和电机转轴均通过销子与联轴器固定连接，销子套设于销孔中，上挡圈设于传动轴套接柱与气体缓冲室的连接部底部，上挡圈完全遮盖传动轴套接柱的轴孔与气体缓冲室的气腔之间的缝隙，下挡圈设于气体缓冲室与转子的顶部接触部，上挡圈完全遮盖定子的内腔与气体缓冲室的气腔之间的缝隙；转子的上端开设有螺纹盲孔，在下挡圈的下部设有一段外螺纹，传动轴与转子采用螺纹连接的方式进行固定。

作为本发明的一种改进，所述外筒的上部侧壁开设有传动轴冷却气进气口，在外筒的底部侧壁开设有传动轴冷却气出气口，传动轴冷却气进气口和出气口与外筒的容纳腔相连通。

作为本发明的一种改进，所述定子的上部和下部均设有螺纹安装部，在定子安装槽的槽内壁上设有螺纹，定子的上部螺纹安装于定子安装槽中，定子的下部螺纹安装于定子套的螺纹孔中，所述转子的底部设有螺纹安装部，转子的底部螺纹安装于转盘的螺纹孔中。

作为本发明的一种改进，所述定子的上部外侧套设有耐高温保温套，保温套上开设有螺杆通孔，所述内套的连接法兰上开设有螺纹盲孔，采用螺杆穿过螺杆通孔后螺纹安装至内套连接法兰上的螺纹盲孔中，将保温套与内套的连接法兰进行固定装配。

相对于现有技术，本发明的转子机构整体结构设计巧妙，结构合理稳定，体积紧凑，易于安装使用，制作成本低，使用寿命长，电机转轴与转子直连使用直接传动，相比其他转子除气设备的侧传保证精度，减弱传动时的震动，使寿命增加，防止设备震动产生液面波动对液面气体产生吸附，增强除气效果；并且对比常规侧传方式，取消了轴承，防止了转子转动时出现轴承抱死现象，增加设备稳定性；另外，在外筒上开有主轴冷却气进气口和出气口，当主轴温度升高，在进气口打入冷却气体进入到外筒内腔，随着气体排出，降低主轴温度，增强寿命；此外，石墨定转子在高速旋转的情况下通过转盘、定子套和转子上螺旋气槽把惰性气体大气泡打散成非常细微且均匀尺寸的小气泡并显螺旋行迹喷射出去，均匀地分散在金属铝液中，使得小气泡总的比表面积极剧增大，吸附能力更强，铝液停留时间更长，并提高了气泡分布的均匀性，扩大了气泡作用范围，这就使得惰性气泡表面和更多的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；转子套于定子内，转子在定子内对铝液进行转动、搅拌运动，隔绝了转子与液面及浮渣发生冲刷和磨损，且在定子与转子间隙里充满惰性气体，有效隔绝转子高温下被氧气氧化腐蚀，大大增加了转子的寿命。

附图说明

图1为本发明优选实施例的转子机构的结构示意图。

图2为本发明优选实施例中内套与外筒的装配结构图。

图3为本发明优选实施例中内套的结构示意图。

图4为本发明优选实施例中外筒的结构示意图。

图5为本发明优选实施例中传动轴的结构示意图。

图6为本发明优选实施例中定子的结构示意图。

图7为本发明优选实施例中转子的结构示意图。

图8为本发明优选实施例中定子套的结构示意图。

图9为本发明优选实施例中转盘的结构示意图。

图10为本发明优选实施例中保温套的结构示意图。

图中：1-传动电机，2-电机安装座，3-内套，4-外筒，5-传动轴，6-定子，7-转子，8-定子套，9-转盘，10-联轴器，11-螺旋气槽，12-下法兰，13-连接法兰，14-气体缓冲室，15-输气接头，16-传动轴冷却气进气口，17-保温套，18-不锈钢螺杆，19-防尘盖，20-o型密封圈，21-吊环，22-第一级轴，23-第二级轴，24-上挡圈，25-下挡圈，26-销孔。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1-9所示，为本发明的优选实施例的铝液精炼除气用转子机构，包括传动电机1、电机安装座2、内套3、外筒4、传动轴5、定子6、转子7、定子套8、转盘9，传动电机1和外筒4分别安装在电机安装座2的上端和下端，并在电机安装座2与外筒4之间还设有一个防尘盖19，在防尘盖19的下部设有一个耐高温的o型密封圈20，可增强外筒4与电机安装座2之间的密封效果，内套3套设于外筒4的容纳腔中，内套3与外筒4的底部通过法兰连接，传动轴5贯穿套设于内套3的内腔中，传动轴5的上端通过联轴器10连接传动电机1的转轴，传动轴5的下端传动连接转子7，转子7套设于定子6的内腔中，定子6固定安装于内套3的底部，定子6的尾端与定子套8固定连接，转盘9设置于定子套8的底部，在定子套8的中部开设有通孔，转子7的尾端穿过通孔后与转盘9固定连接，在转子7上开设有用于输送气体的螺旋气槽11，定子套8与转盘9之间设有透气间隙，内套3上设有气腔，在外筒4和内套3上开设有同心的通气孔，通气孔连通气腔，在通气孔中安装输气接头15，通过输气接头15向气腔中通入惰性气体或与惰性气体混合过的精炼剂气体，精炼剂气体是将用于辅助铝液精炼的精炼剂或打渣剂与惰性气体混合而成的气体，使用时将粉末状的精炼剂或打渣剂与惰性气体混合并弥散化，然后通入铝液中，螺旋气槽11的进气口与气腔相连通，气腔中的气体通过进气口进入螺旋气槽11，螺旋气槽11的出气口与透气间隙相连通，从出气口中流出的气体通过透气间隙喷入铝液中。另外在输气接头15的安装孔位置处设有o型圈槽，输气接头15在安装时在o型圈槽中垫入o型密封圈20，以防止漏气。

其中，所述螺旋气槽11的螺旋方向与转子7的旋转方向保持一致，所述螺旋气槽11的进气口位于转子7的顶端，螺旋气槽11的出气口位于转子7的尾端。通过螺旋气槽11加强对惰性气体的引导作用，可解决气流分散的现象，加强了径向扰动，提升传输效率。另外，在铝熔体的精炼过程中，先将惰性气体与精炼剂或打渣剂进行混合并形成粉雾，然后通过螺旋气槽11实现喷粉的功能，从而可对精炼炉内的铝液进行精炼或打渣，以提升铝液纯度。通过输气接头15向气腔内输送惰性气体或精炼剂气体，惰性气体或精炼剂气体经螺旋气槽11的进气口进入螺旋气槽11中。螺旋气槽11的出气口位于转子7的尾端，螺旋气槽11的出气口与透气间隙相连通，通过螺旋气槽11将惰性气体或精炼剂气体旋转传递到透气间隙中喷出，并通过转盘9的强烈搅拌，使气流被均匀分割成细小的气泡，细小气泡在铝液中上浮速度慢，加上在转子7作用下沿着螺旋形迹上升，可有效延长气泡在铝液中的运动路程和停留时间，除氢能力得到充分发挥。

另外，所述定子套8与转盘9之间透气间隙尺寸为1.0mm-3.5mm。透气间隙的尺寸过大或过小，其透气压力会受到影响，这就影响了进入铝液中气泡的大小，从而影响气泡的覆盖范围，减弱除氢效果。

此外，为了便于将转子7装配至定子6中，所述转子7与定子6之间设有装配间隙，转子7与定子6装配后的装配间隙尺寸为0.1mm-1.5mm。同时在螺旋气槽11中流动的惰性气体能够充满该装配间隙，有效隔绝转子7在高温下被氧气氧化腐蚀，大大增加了转子7的使用寿命。

如图2-4所示，所述外筒4的顶部设有上法兰，外筒4的底部设有下法兰12，上法兰的中部设有套接头，下法兰12的中部设有内套3套接孔，所述内套3包括传动轴5套接柱、气体缓冲室14、定子6安装槽和连接法兰13，传动轴5套接柱的底部与气体缓冲室14的顶部固定连接，传动轴5套接柱的轴孔与气体缓冲室14相连通，定子6安装槽设于气体缓冲室14的底部，并且定子6安装槽与气体缓冲室14相连通，连接法兰13焊接于定子6安装槽的槽体外壁，传动轴5贯穿套设于传动轴5套接柱的轴孔中，气腔设于气体缓冲室14内，定子6的上端固定安装于定子6安装槽中，外筒4的上法兰与电机安装座2通过螺栓连接，外筒4的下法兰12与内套3的连接法兰13通过螺栓连接，内套3的传动轴5套接柱固定套设于套接头中，内套3的定子6安装槽槽体套设于内套3套接孔中。

如图1和5所示，所述传动轴5采用二级阶梯轴，传动轴5包括第一级轴22和第二级轴23，第一级轴22的轴径较小，相应的传动轴5的贯穿内腔也随之减小，可有效降低传动轴5的重量，并使整个转子7机构轻量化；另外，由于本转子7机构是于高温环境下工作，传动轴5越细，其抗形变能力就越差，因此在靠近转子7连接端部的传动轴5采用轴径较大的第二级轴23来带动转子7，可有效减小传动轴5的形变量。在第一级轴22的上端设有销孔26，传动轴5和电机转轴均通过销子与联轴器10固定连接，销子套设于销孔26中，优选地，采用ml型梅花形弹性块联轴器10对传动轴5及电机转轴进行连接，在第二级轴23上焊接有上挡圈24和下挡圈25，上挡圈24设于传动轴5套接柱与气体缓冲室14的连接部底部，上挡圈24完全遮盖传动轴5套接柱的轴孔与气体缓冲室14的气腔之间的缝隙，从而避免气腔中的气体通过传动轴5套接柱的轴孔与气体缓冲室14的气腔之间的缝隙向外泄漏，使得气体缓冲室14内部的气体压力稳定以减少损耗，进一步增强除气效果，下挡圈25设于气体缓冲室14与转子7的顶部接触部，上挡圈24完全遮盖定子6的内腔与气体缓冲室14的气腔之间的缝隙，上挡圈24对转子7具有限位作用，同时也可有效提高气体进入转子7端部的螺旋气槽11的进气口的速率；转子7的上端开设有螺纹盲孔，并在第二级轴23上位于下挡圈25的下部设有一段外螺纹，传动轴5的第二级轴23与转子7采用螺纹连接的方式进行固定，并且将下挡圈25抵接在转子7的顶端，以防止转子7发生晃动。另外，在第一级轴22和第二级轴23的连接部开设有o型圈槽，在o型圈槽中垫入o型密封圈，增强内套3的密封效果，使从输气接头15接入的气体压力稳定并减少损耗，增强除气效果。

如图1-3所示，所述外筒4的上部侧壁开设有传动轴冷却气进气口16，在外筒4的底部侧壁开设有传动轴5冷却气出气口，传动轴冷却气进气口16和出气口与外筒4的容纳腔相连通。使用过程中，在进气口输入冷却气体至外筒4内腔中，冷却气体从出气口排出，随着冷却气体的排出，就降低了传动轴5的温度，可有效增强其使用寿命。

如图6和7所示，所述定子6的上部和下部均设有螺纹安装部，在定子6安装槽的槽内壁上设有螺纹，定子6的上部螺纹安装于定子6安装槽中，定子6的下部螺纹安装于定子套8的螺纹孔中，所述转子7的底部设有螺纹安装部，转子7的底部螺纹安装于转盘9的螺纹孔中。这样定子6与内套3及定子套8之间的安装结构以及转子7与转盘9之间的安装结构简单可靠，拆装维修方便。

如图8和9所示，所述定子套8和转盘9的形状均为叶轮状。通过使用叶轮状的转盘9和定子套8，可有效使进入的气体或精炼剂气体粉雾，打散成弥散状，并能减少转盘9的旋转阻力，从而提升除气（除氢）效率，缩短除气时间，降低成本。

如图1和10所示，为了实现对定子6保温隔热，以减少底部铝液高温对转子7（传动轴5及内腔）的冲击，在定子6的上部外侧套设有耐高温保温套17，保温套17上开设有螺杆通孔，所述内套3的连接法兰13上开设有螺纹盲孔，采用不锈钢螺杆18穿过螺杆通孔后螺纹安装至内套3连接法兰13上的螺纹盲孔中，将保温套17与内套3的连接法兰13进行固定装配。保温套17伸入到精炼炉的上盖里，设置于内套3外部的保温套17的个数根据实际需要进行调整，以保温套17的总长度与上盖的厚度基本一致为宜，保温套17过长将会影响转子7机构的操作及使用。优选地，制作保温套17的材料主要采用硅酸铝及其复合材料。

本发明的优选实施例所给出的转子7机构的整体结构设计巧妙实用，使用寿命长，工作稳定可靠，该转子7机构在线下装配并调试成一体后安装于上盖的安装工位中，由于转子7机构的整体重量较大，通常采用天车类器械进行吊装（移动及安装），因此在电机安装座2的顶部预留有吊环21作为吊装口，以方便实现对转子7机构进行吊装。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。