一种石墨定转子机构的制作方法

本实用新型涉及铝液在线精炼系统的转子机构技术领域，尤其涉及一种石墨定转子机构。

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。

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：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、体积紧凑、使用寿命长且铝液除气效果好的石墨定转子机构。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为，一种石墨定转子机构，包括定子、转子、定子套、转盘，转子套设于定子的内腔中，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惰性气体或粉末精炼剂的螺旋气槽，定子套与转盘之间设有透气间隙，转子传动连接传动电机的转轴。

作为本实用新型的一种改进，所述螺旋气槽的螺旋方向与转子的旋转方向保持一致。

作为本实用新型的一种改进，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，螺旋气槽的出气口与透气间隙相连通。

作为本实用新型的一种改进，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。

作为本实用新型的一种改进，所述定子套与转盘之间透气间隙尺寸为1.0mm-3.5mm。

作为本实用新型的一种改进，所述定子套和转盘的形状均为叶轮状。

作为本实用新型的一种改进，所述定子、转子、定子套、转盘均采用耐高温的石墨、碳化硅、碳化硅-石墨复合材料中的任一种制作而成。

作为本实用新型的一种改进，还包括耐高温保温套，保温套套设于定子的上部，保温套与定子之间通过螺纹连接的方式进行固定装配。

作为本实用新型的一种改进，所述转子与转盘之间通过螺纹连接的方式进行固定装配。

相对于现有技术，本实用新型所提出的石墨定转子机构整体结构设计巧妙，结构合理稳定，体积紧凑，制作成本低，易于安装使用，通过定子与转子间的特殊装配结构，使得转子在定子内对铝液进行转动、搅拌运动，隔绝了转子与铝液液面及浮渣发生冲刷和磨损，且在定子与转子的装配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。另外，通过在转子上设置与转子旋转方向同向的螺旋气槽，使得惰性气体在定子中显螺旋行迹并从定子套与转盘之间的透气间隙排出，同时通过叶轮状的转盘和定子套使排出的惰性气体大气泡打碎成更细小的气泡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，有效提高了惰性气体的除氢能力。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的石墨定转子机构的结构示意图。

图2为本实用新型优选实施例中的定子结构示意图。

图3为本实用新型优选实施例中的转子结构示意图。

图4为本实用新型优选实施例中的定子套结构示意图。

图5为本实用新型优选实施例中的转盘结构示意图。

图中：1-定子，2-转子，3-定子套，4-转盘，5-转轴，6-螺旋气槽，7-螺旋气槽的进气口，8-螺旋气槽的出气口，9-透气间隙，10-通气罩，11-通气罩的进气口，12-保温套。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解和认识，下面结合附图对本实用新型作进一步描述和介绍。

如图1-5所示，为本实用新型优选实施例的石墨定转子机构，包括采用耐高温的定子1、转子2、定子套3、转盘4，定子1、转子2、定子套3、转盘4均采用石墨或碳化硅或碳化硅-石墨复合材料制作而成，转子2套设于定子1的内腔中，并且转子2能够在定子1内腔中进行高速旋转。定子1的尾端与定子套3固定连接，具体是在定子套3上开设螺纹孔，在定子1的尾端设置外螺纹，将定子1螺纹安装于定子套3的螺纹孔中。转盘4设置于定子套3的底部，在定子套3的中部开设有通孔，转子2的尾端穿过通孔后与转盘4固定连接，具体是在转盘4上开设螺纹孔，在转子2的尾端设置外螺纹，从而将转子2螺纹安装于转盘4的螺纹孔中进行固定，转盘4可随转子2一起高速转动。在转子2上开设有用于输送惰性气体或粉末精炼剂的螺旋气槽6，定子套3与转盘4之间设有透气间隙9，螺旋气槽6的出气口8设置于透气间隙9处，转子2传动连接传动电机的转轴5，具体是在转子2的上端开设有螺纹盲孔，在传动电机的转轴5上设置一段外螺纹，转轴5与转子2采用螺纹连接的方式进行固定。使用时，是通过传动电机的转轴5带动转子2高速旋转。

优选的是，将螺旋气槽6的螺旋方向设计成与转子2的旋转方向保持一致，通过螺旋气槽6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（即粉末精炼剂），然后通过螺旋气槽6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。

进一步优选的是，所述螺旋气槽6的进气口7位于转子2的顶端，使用时，在定子1的顶端罩设一个通气罩10，转子2顶端的螺旋气槽6的进气口7位于通气罩10内，在通气罩的进气口11中安装一个输气接头，通过输气接头向通气罩10内输送惰性气体或粉末精炼剂，惰性气体或粉末精炼剂经螺旋气槽6的进气口7进入螺旋气槽6中。螺旋气槽6的出气口8位于转子2的尾端，螺旋气槽6的出气口8与透气间隙9相连通，通过螺旋气槽6将惰性气体旋转传递到透气间隙9中喷出，并通过转盘4的强烈搅拌，使惰性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2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。

更进一步优选的是，为了便于将转子2装配至定子1中，在转子2与定子1之间设有装配间隙，转子2与定子1装配后的装配间隙尺寸为0.1mm-1.5mm。同时在螺旋气槽6中流动的惰性气体能够充满该装配间隙，有效隔绝转子2在高温下被氧气氧化腐蚀，大大增加了转子2的使用寿命。

更进一步优选的是，所述定子套3与转盘4之间透气间隙9尺寸为1.0mm-3.5mm，透气间隙9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。

更进一步优选的是，所述定子套3和转盘4的形状均为叶轮状，通过使用叶轮状的转盘4和定子套3，可有效使进入的气体或粉雾，打散成弥散状，并能减少转盘4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。

更进一步优选的是，为了实现对定子1保温隔热，以减少底部铝液高温对转子2（传动轴及内腔）的冲击，在定子1的上部套设一个耐高温的保温套12，保温套12与定子1之间通过螺纹连接的方式进行固定装配，保温套12伸入到精炼炉的上盖里，保温套12的个数根据实际需要进行调整，以保温套12的总长度与上盖的厚度基本一致为宜，保温套12过长将会影响转子2机构的操作及使用。优选地，制作保温套12的材料主要采用硅酸铝及其复合材料。

更进一步优选的是，所述转子2与转盘4之间通过螺纹连接的方式进行固定装配，结构简单可靠，稳定性好。

本实用新型所提出的石墨定转子2机构的结构简单可靠、制作成本低、易于安装使用、使用寿命长，石墨定转子2在高速旋转的情况下通过转盘4、定子套3和转子2上的螺旋气槽6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铝液表面。

本实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。