專利名稱：一種閉孔泡沫鋁的半連續生產線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫鋁的生產線，特別是涉及一條閉孔泡沫鋁的半連續生產線。
背景技術：
泡沫鋁是一類內部存在大量氣泡、且氣泡分布在連續金屬相中形成孔隙結構的復合材料，它將連續相鋁的金屬特點和分散相氣孔的孔隙特性有機地結合在一體，使得其具有了密度輕、能量吸收性能良好、獨特的聲學與熱學性能以及優異電磁屏蔽等特點，也使得其在建筑、軌道交通、機械制造與航空航天等領域有著巨大的應用潛力，目前大規模工業化生產制備閉孔泡沫鋁的方法是熔體發泡法。熔體發泡法具有工藝簡單等優點，其制備閉孔泡沫鋁工藝的大致流程為將鋁錠熔化后將鋁熔體傾倒到一個增粘坩堝，在攪拌的情況下往鋁熔體中加入金屬鈣類增粘劑，當熔體降溫到合適粘度后，邊攪拌邊加入發泡劑，隨即將含發泡劑熔體倒入發泡模具、并將發泡模具推入發泡爐，發泡完成后冷卻即得到泡沫鋁。盡管現有工藝簡單，但也存在如下的不足(1)所得產品性能的一致性難以有效保證。這是因為該工藝存在多次傾倒操作，此過程中的溫度、時間等參數一旦控制出現差異就會導致泡沫鋁產品的泡體等性能在所難免出現差異。(2)精確操作難度大。如US. pat. 3743353 所述用TiH2作發泡劑制備泡沫鋁時的攪拌發泡時間要求控制在I 2min，但加入了增粘劑與發泡劑的熔體粘度較大導致其流動性差，在傾倒過程中容易出現傾倒困難等問題出現，最終導致不同批次產品的性能差異。(3)只能間斷操作，如CN1320710A所述方法改進了國外專利，使得泡沫鋁操作難度大為減小，但該方法屬于間隙操作；難制備出大規格泡沫鋁制品。這里主要的原因依然是傾倒不可能用太長時間，而大尺寸泡沫鋁制品所需鋁液的量較大、傾倒過程需要較長時間，如果傾倒時間過長，勢必導致后面需傾倒鋁液的流動性差，且有可能出現凝固的現象；(4)控制不當時，發泡體底部會出現一定厚度的實心體， 并且泡沫體中泡體分布不均勻；(5)為了解決間隙式泡沫鋁生產成本高的權限，美國專利 US. pat6984356B2與中國專利ZL200610032465. O分別描述了一種泡沫鋁的連續制備方法與連續發泡裝備，盡管這兩個專利可實現泡沫鋁的低成本連續生產，但難以制備出超大規格的泡沫鋁制品。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可生產出性能一致性良好、泡體均勻的泡沫鋁制品的閉孔泡沫鋁的半連續生產線。為了解決上述技術問題，本發明提供的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，由復合模具及其連續預熱系統、熔體熔制與分配系統、熔體發泡系統與全自動冷卻系統構成，所述的復合模具及其連續預熱系統由復合模具與帶移動活動底板的隧道預熱窯構成，所述的隧道預熱窯帶有一個爐門，所述的移動活動底板為耐火材料搗制而成，且所述的移動活動底板放置在一個可平移與升降的裝置上；所述的復合模具由過渡坩堝與充型模具密封對接構成， 所述的過渡坩堝的上部帶有裙邊，所述的第一裙邊上有便于掛行車吊鉤的圓孔，所述的充型模具的上部帶有第二裙邊，所述的第二裙邊上有便于掛行車吊鉤的孔；所述的熔體熔制與分配系統由熔煉爐、真空抬包與中間包構成，所述的熔煉爐的上部還有ー個用來插入真空抬包的吸鋁管的插孔及用于堵住所述的插孔的第一耐火材料塞子，所述的真空抬包設有吸鋁管和出鋁ロ，所述的中間包的下部帶有流ロ及用于塞住所述的流ロ的塞子，所述的中間包上部還有ー個與所述的出鋁ロ對接傾倒濾液的導流孔，所述的導流孔用第二耐火材料塞子堵住；所述的中間包的上部裝有可負壓吸入增粘劑的攪拌裝置，所述的攪拌裝置上裝有能調整增粘劑供給量與供給速度的調節閥；所述的熔體發泡系統包括入口、可平穩平移的履帶、溜槽、粘度傳感器、可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置以及發泡爐，所述的粘度傳感器裝于ー個可上下調節的裝置上，可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置上裝有能調整發泡劑供給量與供給速度的調節閥與吊環，吊環的上方固定有升降裝置，所述的發泡爐設有前爐門和后爐門；所述的熔體發泡系統前端的入口與所述的復合模具及其連續預熱系統的隧道預熱窯的爐門對接，所述的熔體發泡系統的后端的所述的后爐門與所述的全自動冷卻系統對接。所述的過渡坩堝與充型模具的材質為鑄鐵或鑄鋼。所述的過渡坩堝為圓筒狀或者橢圓筒狀，所述的充型模具的底板上設有凹槽，所述的凹槽的截面形狀為上面寬、下面窄的梯形，梯形下部的寬度與所述的過渡坩堝的下部的壁厚相等，梯形上部較其下部寬3-10mm，所述的凹槽的深度為10-20mm，所述的過渡坩堝與充型模具之間填充有浸泡了高溫膠的石棉繩和用高溫膠與石棉粉所調制的膏狀物。所述的全自動冷卻系統由第一冷卻風扇、第二冷卻風扇與上部帶霧化蓬淋頭的冷卻管構成。所述的熔煉爐帶有第一蓄熱室與第二蓄熱室，還帶有換熱器。采用上述技術方案的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，生產線用復合模具，全部必須在隧道預熱窯中進行充分預熱。經預熱后的復合模具，全部從發泡系統入口經履帶平移進入熔體發泡系統。復合模具，是ー個接一個進入生產線，從而達到實現閉孔泡沫鋁的半連續生產目的。本發明的優點與積極效果(I)復合模具的這種設計可保證大尺寸泡沫鋁的制備，且還可將底部無泡層降低。(2)避免了傾倒等操作，從而使泡沫鋁的生產過程簡單可控。(3)通過調整發泡劑的加入量與在發泡爐中的保溫時間，可實現一條生產線上制備出不同不同泡體大小的系列泡沫鋁制品。(4)本發明可以實現泡沫鋁的半連續生產，從而可使泡沫鋁生產成本降低；另外本發明所述生產線還可有效保證產品性能的一致性。綜上所述，本發明是ー種可生產出性能一致性良好、泡體均勻的泡沫鋁制品的半連續生產線，該生產線具有機械化程度高的優點。
圖I是復合模具及其連續預熱系統的橫斷面示意圖。圖2是復合模具組合過程示意圖。圖3是本發明全自動生產線所包含熔體熔制與分配系統、熔體發泡系統與全自動冷卻系統的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不受此限制。參見圖I、圖2與圖3，本發明所述閉孔泡沫鋁的半連續生產線，由復合模具及其連續預熱系統、熔體熔制與分配系統、熔體發泡系統與全自動冷卻系統構成。連續預熱系統由復合模具000與帶移動活動底板001的隧道預熱窯002構成，隧道預熱窯002帶有一個可升降的爐門003 ;移動活動底板001為耐火材料搗制而成，且移動活動底板001放置在一個可平移與升降的裝置上。復合模具000由過渡坩堝010與充型模具020構成，過渡坩堝010 與充型模具020的材質為鑄鐵或鑄鋼中。過渡坩堝010為圓筒狀或者橢圓筒狀，上部帶有第一裙邊011，第一裙邊011上有便于掛行車吊鉤的圓孔012。充型模具020的上部帶有第二裙邊021，第二裙邊021上有便于掛行車吊鉤的孔022，充型模具020的底板上設計有凹槽 023，凹槽023的截面形狀為上面寬、下面窄的梯形，梯形下部的寬度與過渡坩堝010下部的壁厚相等，梯形上部較其下部寬3-10mm，凹槽023的深度為10_20mm。復合模具組合時，先將浸泡了高溫膠的石棉繩置于充型模具020底板上的凹槽023中，然后將過渡坩堝010吊入、 使過渡坩堝010的底部嵌入凹槽023，隨后，用高溫膠與石棉粉所調制的膏狀物將過渡坩堝 010與充型模具020相接處填充滿。熔體熔制與分配系統由熔煉爐100、真空抬包110與中間包120構成。熔煉爐100帶有第一蓄熱室101與第二蓄熱室102，還帶有換熱器103 ;熔煉爐100上部還有一個用來插入真空抬包110的吸鋁管111的插孔104，在正常熔煉時，插孔104用第一耐火材料塞子105堵住。真空抬包110的作用是將熔煉爐100中鋁液轉移到中間包120，真空抬包110設有吸鋁管111和出鋁口 112，中間包120的下部帶有流口 121， 中間包120正常保溫時流口由塞子122塞住；中間包120上部還有一個與出鋁口 112對接傾倒濾液的導流孔123，導流孔123在中間包120正常保溫時用第二耐火材料塞子124堵住。中間包120的上部還裝有可負壓吸入增粘劑的攪拌裝置125，攪拌裝置125上裝有能調整增粘劑供給量與供給速度的調節閥126。熔體發泡系統包括入口 200、可平穩平移的履帶 400、溜槽201、粘度傳感器202、可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置204以及發泡爐208。粘度傳感器202裝于一個可上下調節的裝置203上，通過搖動裝置203上的搖柄可實現粘度傳感器202的上下移動；可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置204上裝有能調整發泡劑供給量與供給速度的調節閥205與吊環206，吊環206的上方固定有升降裝置207，發泡爐208設有前爐門209和后爐門210，熔體發泡系統前端的入口 200與復合模具及其連續預熱系統的隧道預熱窯002的爐門(003)對接，熔體發泡系統的后端的后爐門210與所述的全自動冷卻系統對接；全自動冷卻系統由第一冷卻風扇301、第二冷卻風扇303與上部帶霧化蓬淋頭302的冷卻管構成。生產線用復合模具000，全部必須在隧道預熱窯002中進行充分預熱；且經預熱后的復合模具000，全部從發泡系統入口 200經履帶400平移進入熔體發泡系統；另外， 復合模具000，是一個接一個進入生產線，從而達到實現閉孔泡沫鋁的半連續生產目的。下面結合附圖與實施例對本發明的使用進行說明。實施例1，以純鋁為原料來制備閉孔泡沫鋁的半連續生產工藝。本實施例用金屬鈣為增粘劑，氫化鈦為發泡劑。本實施例的具體實施包括如下步驟
第I歩，組裝復合模具000多個。首先將浸泡了高溫膠的石棉繩置于充型模具020 底板上的凹槽023中，然后將過渡坩堝010吊入、使過渡坩堝010的底部嵌入凹槽023，隨后，用高溫膠與石棉粉所調制的膏狀物將過渡坩堝010與充型模具020相接處填充滿，即得到復合模具000 ；第2步，對復合模具000、真空抬包110、中間包120與發泡爐208進行預熱，它們的預熱溫度分別為680で、900で、900で、650で，預熱溫度允許有±10°C的偏差；第3步，將純鋁錠加入熔煉爐100熔化，熔化溫度為850°C，并在該溫度下對熔體進行保溫，熔化與保溫溫度允許有±10°c的偏差；第4步，用真空抬包110將熔煉爐100中熔體轉入中間包120，中間包溫度控制在 850°C 900°C ;并在攪拌的情況下，加入轉入中間包120熔體質量1%的金屬鈣，加入時必須在IOOOrpm的轉速下對熔體實施攪拌；第5步，啟動移動活動底板001下的移動裝置，將預熱后復合模具000按順序平移到發泡系統的入口 200外；然后啟動履帶400，使復合模具000到達位置A處；第6步打開塞子122使含增粘劑的熔體流入復合模具000的過渡坩堝010中，并放下粘度傳感器202，當過渡坩堝010中熔體粘度達到120cp后，啟動履帶400使復合模具 000到達位置B處；第7步放下可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置204，并在1500rpm的攪拌強度下往熔體中加入發泡劑，發泡劑加入量為過渡坩堝010中熔體質量的I. 0%。待發泡劑加入完畢后，繼續在1500 2500rpm的攪拌強度下攪拌熔體3min ;然后，用升降裝置207將過渡坩堝010從復合模具000中吊出，實現過渡坩堝010與充型模具020的分離，并完成過渡坩堝 010中熔體全部流入充型模具020中；第8步，打開發泡爐208的前爐門209，啟動履帶400使充型模具020進入發泡爐 208中，并使其在發泡爐208中保溫3min ；第9步，打開發泡爐208的后爐門210，啟動履帶400使充型模具020進入全自動冷卻系統，并啟動第一冷卻風扇301和第一冷卻風扇303，同時打開霧化蓬淋頭302，充型模具020在全自動冷卻系統中的冷卻時間為20min ；第10步，待充型模具020冷卻完畢后，將其吊開，即順序得到泡沫鋁坯錠，最終完成泡沫鋁的半連續生產。通過本實施例エ藝可以獲得泡體均勻，密度在0. 5 0. 6g/cm3的純鋁泡沫。實施例2，以ZL102為原料來制備閉孔泡沫鋁的半連續生產エ藝。本實施例用金屬鈣為增粘劑，氫化鈦為發泡劑。本實施例的具體實施與實施例I基本相同，所不同的是下面幾個エ藝參數。①、復合模具000、真空抬包110、中間包120與發泡爐208的預熱溫度分別為 650 0C > 900 V、900で、620°C，預熱溫度允許有± 10°C的偏差。②、ZL102鋁錠在熔煉爐100熔化中熔化溫度為780，并在該溫度下對熔體進行保溫，熔化與保溫溫度允許有±10°c的偏差。③、本實施例的增粘劑鈣加入量為3%，發泡劑加入量為1.5%，發泡劑加入完畢后繼續攪拌的時間7min ;充型模具020在發泡爐208的保溫時間為6min。通過本實施例ェ藝，可實現材質為ZL102的泡沫鋁半連續生產，所獲材料泡體均
6勻，密度在O. 3 O. 4g/cm3。實施例3，以粉煤灰為增粘劑來制備閉孔泡沫鋁的半連續生產工藝。本實施例用粉煤灰為增粘劑，氫化鋯為發泡劑，純鋁為生產原料。本實施例的具體實施與實施例I基本相同，與實施例I的主要差異如下①、真空抬包110與中間包120的預熱溫度同為780°C，預熱溫度允許有±10°C偏差。②、純鋁錠在熔煉爐100熔化中熔化溫度為800，并在該溫度下對熔體進行保溫， 熔化與保溫溫度允許有±10°c的偏差。③、本實施例的增粘劑粉煤灰加入量為5% ;本實施例進行到“第6步”時，必須在不斷攪拌的情況下才可打開塞子122使含增粘劑的熔體流入復合模具000的過渡坩堝010。 另外，當過渡坩堝010中熔體粘度達到60cp后，即啟動履帶400使復合模具000到達位置 B處。通過本實施例工藝，可實現純鋁泡沫鋁的半連續生產，所獲材料泡體均勻，密度在 O. 6 O. 7g/cm3。實施例4，以粉煤灰為增粘劑，ZL102為原料來制備閉孔泡沫鋁的半連續生產工藝。本實施例用粉煤灰為增粘劑，氫化鋯為發泡劑，ZL102為原料。本實施例的具體實施與實施例I基本相同，與實施例I的主要差異如下①、真空抬包110與中間包120的預熱溫度同為720，發泡爐的溫度為620，預熱溫度允許有±10°c偏差。②、純鋁錠在熔煉爐100熔化中熔化溫度為720，并在該溫度下對熔體進行保溫， 熔化與保溫溫度允許有±10°c的偏差。③、本實施例的增粘劑粉煤灰加入量為5% ;本實施例進行到“第6步”時，必須在不斷攪拌的情況下才可打開塞子122使含增粘劑的熔體流入復合模具000的過渡坩堝010。 另外，當過渡坩堝010中熔體粘度達到120cp后，即啟動履帶400使復合模具000到達位置 B處。④、本實施例的發泡劑加入量為I. 5%，發泡劑加入完畢后在1500 2500rpm的攪拌強度下的攪拌時間3min ;充型模具020在發泡爐208的保溫時間為6min。⑤、充型模具020在發泡爐208的保溫時間為6min。通過本實施例工藝，可實現ZL102的泡沫鋁半連續生產，所獲材料泡體均勻，密度在 O. 5 O. 7g/cm3。
權利要求
1.一種閉孔泡沫鋁的半連續生產線，由復合模具及其連續預熱系統、熔體熔制與分配系統、熔體發泡系統與全自動冷卻系統構成，其特征在于所述的復合模具及其連續預熱系統由復合模具(000)與帶移動活動底板(001)的隧道預熱窯(002)構成，所述的隧道預熱窯(002)帶有一個爐門(003)，所述的移動活動底板(001)為耐火材料搗制而成，且所述的移動活動底板(001)放置在一個可平移與升降的裝置上；所述的復合模具(000)由過渡坩堝(010)與充型模具(020)密封對接構成，所述的過渡坩堝(010)的上部帶有第一裙邊 (011)，所述的第一裙邊(011)上有便于掛行車吊鉤的圓孔(012)，所述的充型模具(020)的上部帶有第二裙邊(021)，所述的第二裙邊(021)上有便于掛行車吊鉤的孔(022);所述的熔體熔制與分配系統由熔煉爐(100)、真空抬包(110)與中間包(120)構成，所述的熔煉爐 (100)的上部還有一個用來插入所述的真空抬包(110)的吸鋁管(111)的插孔(104)及用于堵住所述的插孔(104)的第一耐火材料塞子(105)，所述的真空抬包(110)設有吸鋁管 (111)和出鋁口(112)，所述的中間包(120)的下部帶有流口(121)及用于塞住所述的流口 (121)的塞子(122)，所述的中間包(120)上部還有一個與所述的出鋁口(112)對接傾倒濾液的導流孔(123)，所述的導流孔(123)用第二耐火材料塞子(124)堵住；所述的中間包 (120)的上部裝有可負壓吸入增粘劑的攪拌裝置(125)，所述的攪拌裝置(125)上裝有能調整增粘劑供給量與供給速度的調節閥(126);所述的熔體發泡系統包括入口(200)、可平穩平移的履帶(400)、溜槽(201)、粘度傳感器(202)、可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置(204)以及發泡爐(208)，所述的粘度傳感器(202)裝于一個可上下調節的裝置(203)上，可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置(204)上裝有能調整發泡劑供給量與供給速度的調節閥(205)與吊環 (206)，吊環的上方固定有升降裝置(207)，所述的發泡爐(208)設有前爐門(209)和后爐門(210);所述的熔體發泡系統前端的入口(200)與所述的復合模具及其連續預熱系統的隧道預熱窯(002)的爐門(003)對接，所述的熔體發泡系統的后端的所述的后爐門(210) 與所述的全自動冷卻系統對接。
2.根據權利要求I所述的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，其特征在于所述的過渡坩堝(010)與充型模具(020)的材質為鑄鐵或鑄鋼。
3.根據權利要求I或2所述的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，其特征在于所述的過渡坩堝(010)為圓筒狀或者橢圓筒狀，所述的充型模具(020)的底板上設有凹槽(023)， 所述的凹槽(023)的截面形狀為上面寬、下面窄的梯形，梯形下部的寬度與所述的過渡坩堝(010)的下部的壁厚相等，梯形上部較其下部寬3-10mm，所述的凹槽(023)的深度為 10-20mm，所述的過渡坩堝(010)與充型模具(020)之間填充有浸泡了高溫膠的石棉繩和用高溫膠與石棉粉所調制的膏狀物。
4.根據權利要求I或2所述的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，其特征在于所述的全自動冷卻系統由第一冷卻風扇(301)、第二冷卻風扇(303)與上部帶霧化蓬淋頭(302)的冷卻管構成。
5.根據權利要求I或2所述的閉孔泡沫鋁的半連續生產線，其特征在于所述的熔煉爐(100)帶有第一蓄熱室(101)與第二蓄熱室(102)，還帶有換熱器(103)。
全文摘要
本發明公開了一種閉孔泡沫鋁的半連續生產線，由復合模具及其連續預熱系統、熔體熔制與分配系統、熔體發泡系統與全自動冷卻系統構成。所述連續預熱系統由復合模具與帶移動活動底板的隧道預熱窯構成；所述復合模具由上下均無蓋板的過渡坩堝與充型模具通過活動連接而組成。所述熔體熔制與分配系統由熔煉爐、真空抬包與中間包構成，所述中間包上部設有可負壓吸入增粘劑的攪拌裝置、下部設有流口。所述熔體發泡系統由粘度傳感器、可負壓吸入發泡劑的攪拌裝置以及發泡爐所構成。全自動冷卻系統由冷卻風扇與上部帶霧化蓬淋頭的冷卻管構成。本發明可實現泡沫鋁的半連續生產，并降低了勞動強度，還有效保證了產品的性能一致性。
文檔編號C22C21/00GK102586643SQ20121009741
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者伍上元, 劉宏專, 周向陽, 文康, 楊娟, 王輝 申請人:中南大學