为了提高铝合金铸锭质量，我公司从国外引进了一套新型铝熔铸机组。它包括：25 t圆形燃油（柴油）熔炼炉及倾翻式保温炉，一台双转子气体精炼装置（ALPUR），液压式半连续铸造机及相关自动控制系统。该双转子气体精炼装置在去除铝熔体中的气体、夹杂物和某些有害元素方面有较高的效率。本文就这方面作简要介绍。
1 25 t燃油熔炼炉中铝熔体的氢含量
25 t燃油熔炼炉燃烧热效率高，熔化速度快，污染性小，温度可自动控制。但是由于柴油燃烧使炉气中的水分压高，水分与Al反应产生H2（3H2O＋2Al＝Al2O3＋3H2），氢通过物理吸附、化学吸附和扩散进入铝熔体。燃油火焰炉炉气中的水分压为7.3×10-3MPa，炉气中的水分压越大，铝熔体中所吸收的氢越多。以熔炼6061铝合金为例，燃油火焰炉熔炼的熔体中氢含量高达0.296 mL／（100 g Al）。因此，必须在保温炉与铸造机之间的生产线上配率备效率较高的除气装置。
2 ALPUR除气装置的工作原理
（1）ALPUR是双转子气体精炼装置，通过转子吹出精炼气体，借助旋转喷嘴产生微小气泡。旋转喷嘴由石墨制成，在喷嘴结构设计上考虑了气泡均匀的喷出，还利用旋转的叶轮打碎气泡，增加气泡与铝熔体的接触面积和接触时间，提高净化铝熔体的效果。由于铝合金熔体黏性大，如果出气孔直径太大则容易粘铝而堵塞气孔，根据气体的流量和熔池内金属熔体的压力，计算得出转子气孔的直径为2 mm可保证净化处理效果。
（2）ALPUR本身带有两个加热器，用于在注入铝熔体之前预热容器，并可根据所铸合金的特点保持或提高熔体温度。
（3）在炉子出口的铝熔体中含有一定量的杂质（氢、碱性金属、夹渣），这些杂质将在ALPUR除气净化装置中被除去。
ALPUR的处理工艺是基于气体漂浮原理。转动体把惰性气体或惰性气体和氯气的混合气体以微小气泡喷射并且均匀散射到熔体中，这些气泡呈上浮趋势，通过以下方式完成净化铝熔体：
①将氢溶解和吸附到气泡中的方式去除氢；②碱性金属与氯进行化学反应生成氯盐来去除碱性金属；③夹渣由气泡捕捉，较大的夹渣与气泡碰撞被捕捉；较小的夹渣通过气泡径向截面捕捉。然后夹渣随气泡上升至表面形成浮渣，见图1。
3 ALPUR除氢净化装置的气路系统
ALPUR除氢净化装置的气路主要包括具有两个室的气盘。
（1）惰性气体室：①惰性气体处理回路系统；②惰性保护气体回路系统；③充气密封回路系统；④气动阀门控制回路。
（2）氯气室（当使用惰性气体和氯气的混合气体时）：①氯气回路系统；②冲洗回路系统。
上述系统中，有保护铝熔体防止其氧化的保护系统；有除氢、除渣的净化系统；有防止气路堵塞，提高生产效率的保护系统；有防止气源出现故障时维持设备使其不受损坏的辅助系统。
4 喷头转速和气体流量对铝熔体净化效果的影响
（1）喷头转速
旋转喷头在转动过程中对气泡的细化和气泡在铝液中的分散起重要作用，但同时也引起液面翻腾。随着喷头转速不断提高，甚至在铝液中心形成一个喇叭形负压区，加剧了铝液吸氢、氧化和夹渣。喷头的叶片不仅对铝液有横向搅拌作用，而且还有使气、液混合物向上喷射的作用，这种喷射作用加剧了铝液的翻腾。由于旋转喷头上叶片的机械作用，铝液处于紊流状态。并且由于离心力使铝液在喷头产生径向运动，气体随铝液流喷射到铝液中去。喷头的转速较低时，喷头对铝液的搅拌作用较小，铝液的紊流程度较低，叶片对气体的机械分裂作用小，因而气泡尺寸就较大；转速较大时，铝液的紊流程度加剧，叶片对气体的机械分裂作用大，同时铝液受到的离心力大，气泡随铝液扩散距离远，气泡合泡几率小，气泡尺寸小。因此，综合考虑转速对气泡的细化和对铝液的干扰作用，在实际生产中喷头转速应在250r／min左右为宜。
喷头的叶片对去氢效率有重要作用。它能碰撞和破碎气泡，使气泡尺寸更小，同时利用离心力使气泡散射出去，均匀分散，减少了气泡的合并几率，提高了去氢效果。
（2）气体流量
气体流量是对铝熔体除氢的重要参数。在容量约为1.3 t的熔池内要达到一定的除氢效果，必须有足够的气体喷射速度。气体流量越大，去氢效率就越高。但是，气流量也不可无限制的增加，供气量可在1.5 m3／h～6.5m3／h内调节。气流量过大，则反应室内气泡太多，相对而言要处理的铝液量变少，气、液接触的时间缩短；同时当气流量过大时，加剧了铝液的上下对流，使气泡在铝熔体中停留的时间大大缩短，从而降低去氢效果。为此，在实际生产中，为了减小上下对流的影响，提高气体利用率，应尽量避免使用过大的气流量。单靠增大气流量来提高去氢效率是难以奏效的，应控制气体的流量使铝液面不产生翻腾。经现场试验，对6061合金而言，在除气率达到50％以上并且不产生铝液翻腾情况下的气体流量在4 m3／h～4.5 m3／h。
5 实际应用效果
生产实践证明，燃油（柴油）火焰炉熔炼铝合金时，采用炉内气体精炼与双转子气体精炼装置（ALPUR）叠加的措施，可获得满意的铸锭质量。用ALSCAN型液态测氢仪测定了6061铝合金熔体的氢含量，其结果是：①铝合金熔炼后的含量为0.306mL／（100 g AL）；②用传统的炉内气体精炼后熔体的含氢量为0.278 mL／（100 g Al）；③用ALPUR双转子气体精炼后熔体的含氢量为0.136 mL／（100 g Al）。除气率达到50％以上，可满足下工产品的要求。
需要指出，影响铝熔体中氢含量的因素是多方面的，有化学成分的影响，有熔炼温度和时间的影响，有空气相对湿度的影响，有熔铝炉烘烤质量的影响，等等。生产中应根据它们对铸锭的影响程度，调节双转子气体精炼装置的供气量。
图1 ALPUR熔池净化铝熔体示意图 ALPUR除氢净化装置的气路主要包括具有两个室的气盘。
（1）惰性气体室：①惰性气体处理回路系统；②惰性保护气体回路系统；③充气密封回路系统；④气动阀门控制回路。
（2）氯气室（当使用惰性气体和氯气的混合气体时）：①氯气回路系统；②冲洗回路系统。
上述系统中，有保护铝熔体防止其氧化的保护系统；有除氢、除渣的净化系统；有防止气路堵塞，提高生产效率的保护系统；有防止气源出现故障时维持设备使其不受损坏的辅助系统。
4 喷头转速和气体流量对铝熔体净化效果的影响
（1）喷头转速
旋转喷头在转动过程中对气泡的细化和气泡在铝液中的分散起重要作用，但同时也引起液面翻腾。随着喷头转速不断提高，甚至在铝液中心形成一个喇叭形负压区，加剧了铝液吸氢、氧化和夹渣。喷头的叶片不仅对铝液有横向搅拌作用，而且还有使气、液混合物向上喷射的作用，这种喷射作用加剧了铝液的翻腾。由于旋转喷头上叶片的机械作用，铝液处于紊流状态。并且由于离心力使铝液在喷头产生径向运动，气体随铝液流喷射到铝液中去。喷头的转速较低时，喷头对铝液的搅拌作用较小，铝液的紊流程度较低，叶片对气体的机械分裂作用小，因而气泡尺寸就较大；转速较大时，铝液的紊流程度加剧，叶片对气体的机械分裂作用大，同时铝液受到的离心力大，气泡随铝液扩散距离远，气泡合泡几率小，气泡尺寸小。因此，综合考虑转速对气泡的细化和对铝液的干扰作用，在实际生产中喷头转速应在250r／min左右为宜。
喷头的叶片对去氢效率有重要作用。它能碰撞和破碎气泡，使气泡尺寸更小，同时利用离心力使气泡散射出去，均匀分散，减少了气泡的合并几率，提高了去氢效果。
（2）气体流量
气体流量是对铝熔体除氢的重要参数。在容量约为1.3 t的熔池内要达到一定的除氢效果，必须有足够的气体喷射速度。气体流量越大，去氢效率就越高。但是，气流量也不可无限制的增加，供气量可在1.5 m3／h～6.5m3／h内调节。气流量过大，则反应室内气泡太多，相对而言要处理的铝液量变少，气、液接触的时间缩短；同时当气流量过大时，加剧了铝液的上下对流，使气泡在铝熔体中停留的时间大大缩短，从而降低去氢效果。为此，在实际生产中，为了减小上下对流的影响，提高气体利用率，应尽量避免使用过大的气流量。单靠增大气流量来提高去氢效率是难以奏效的，应控制气体的流量使铝液面不产生翻腾。经现场试验，对6061合金而言，在除气率达到50％以上并且不产生铝液翻腾情况下的气体流量在4 m3／h～4.5 m3／h。
5 实际应用效果
生产实践证明，燃油（柴油）火焰炉熔炼铝合金时，采用炉内气体精炼与双转子气体精炼装置（ALPUR）叠加的措施，可获得满意的铸锭质量。用ALSCAN型液态测氢仪测定了6061铝合金熔体的氢含量，其结果是：①铝合金熔炼后的含量为0.306mL／（100 g AL）；②用传统的炉内气体精炼后熔体的含氢量为0.278 mL／（100 g Al）；③用ALPUR双转子气体精炼后熔体的含氢量为0.136 mL／（100 g Al）。除气率达到50％以上，可满足下工产品的要求。
需要指出，影响铝熔体中氢含量的因素是多方面的，有化学成分的影响，有熔炼温度和时间的影响，有空气相对湿度的影响，有熔铝炉烘烤质量的影响，等等。生产中应根据它们对铸锭的影响程度，调节双转子气体精炼装置的供气量。
