用于过滤金属的设备

申请号 CN201720621614.0 申请日 2017-05-31 公开(公告)号 CN207435519U 公开(公告)日 2018-06-01
申请人 美铝加拿大有限公司; 发明人 R·杜蒙特; F·卡伦; P·科特; J·F·德斯穆尔斯;
摘要 本实用新型涉及一种用于过滤金属的设备,包括设置在用于所熔融金属的容器中的至少一种陶瓷 泡沫 过滤器 或任何其它类型的滤介质,诸如多孔管或 铝 球。振动器振动过滤器、容器或金属中的少一者,并且可用于诱导所述过滤器的灌注、过滤和/或排空。所述动器可改装至现有过滤系统并且在 频率 和幅值方面可为可调整的。述振动在给定时间段内可为连续的或以单次震动产生。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利
权利要求

1.一种用于过滤金属的设备,其特征在于,包括:
用于熔融金属的容器,所述容器具有所述金属能够通过其进入所述容器的入口和所述金属能够通过其离开所述容器的出口;
所述容器内的过滤器元件,所述过滤器元件位于所述入口和所述出口之间,所述过滤器能够使熔融金属从其穿过;和
振动器,所述振动器能够诱导所述金属中的振动。
2.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述振动器接触所述容器的表面。
3.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述振动器具有接触所述金属的从动元件。
4.根据权利要求3所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述从动元件浸入所述金属中。
5.根据权利要求4所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述用于过滤金属的设备具有在所述振动器和所述从动元件之间延伸的臂。
6.根据权利要求5所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述臂为L形。
7.根据权利要求5所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,还包括用于所述容器的支撑件,并且其中所述臂附接至所述支撑件。
8.根据权利要求7所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,还包括至少一个弹性元件,所述至少一个弹性元件插置于所述臂和所述支撑件之间,从而使得所述臂能够在所述振动器的影响下至少部分地独立于所述支撑件振动。
9.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述振动器为电动驱动、气动驱动或液压驱动中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述振动器在相对于金属流的方向呈45°和90°之间的方向上生成
11.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述振动器靠近所述过滤器元件安装于所述容器的外表面上。
12.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,还包括用于所述振动器的控制器,所述控制器能够在频率和幅值中的至少一者方面调整所述振动器。
13.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述容器具有内衬件和外壳体,所述内衬件接纳所述金属。
14.根据权利要求13所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,还包括插置于所述内衬件和所述外壳体之间的至少一个弹性构件。
15.根据权利要求14所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述至少一个弹性构件至少部分地使所述内衬件的所述振动与所述壳体分离。
16.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述过滤器为陶瓷泡沫过滤器。
17.根据权利要求16所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述过滤器具有每英寸
50个以上的孔。
18.根据权利要求16所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述过滤器具有每英寸
60个以上的孔。
19.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述熔融金属包括
20.根据权利要求3所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,所述从动元件至少部分地由耐火材料覆盖
21.根据权利要求1所述的用于过滤金属的设备,其特征在于,还包括至少一个额外振动器,所述振动器和所述额外振动器可独立地或同时操作并且可以相同频率或不同频率操作。

说明书全文

用于过滤金属的设备

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2016年5月31日提交的标题为“用于过滤金属的设备和方法(Apparatus and Methods For Filtering Metals)”美国临时申请 62/343,489的权益,该申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

[0003] 本实用新型涉及熔融状态的金属的过滤,并且更具体地,涉及通过多孔过滤器诸如陶瓷过滤器的过滤。

背景技术

[0004] 陶瓷过滤器(例如,陶瓷泡沫过滤器(CCF))已知用于从熔融金属(例如,铝金属和合金)过滤或移除污染物。此类过滤器的使用具有相关限制和难题,诸如通过移走过滤器中的内部孔/通道中的空气 (灌注)而开始熔融金属通过过滤器的流动。用于实现该任务的已知方法包括预热过滤器,在过滤器上方形成充分的熔融金属头以施加压来将熔融金属推动通过过滤器,通过将真空施加于下游侧而将负压力施加于过滤器的下游侧,和以电磁场抵着过滤器搅动熔融金属/将熔融金属驱动通过该过滤器,该电磁场对于熔融金属具有流体动力效应。尽管如此,用于促进金属流过过滤器的这些已知方法、替代方法和设备仍为期望的。实用新型内容
[0005] 本公开主题涉及一种过滤装置,该过滤装置具有用于熔融金属的容器、容器内的过滤器元件和振动器;该容器具有金属能够通过其进入容器的入口和金属能够通过其离开容器的出口;该过滤器元件位于入口和出口之间,该过滤器能够使熔融金属从其穿过;该振动器能够诱导金属中的振动。
[0006] 在另一个实施例中,振动器接触容器的表面。
[0007] 在另一个实施例中,振动器具有接触金属的从动元件。
[0008] 在另一个实施例中,从动元件浸入金属中。
[0009] 在另一个实施例中,该装置具有在振动器和从动元件之间延伸的臂。
[0010] 在另一个实施例中,该臂为L形。
[0011] 在另一个实施例中,还包括用于容器的支撑件,并且其中臂附接至该支撑件。
[0012] 在另一个实施例中,还包括至少一个弹性元件,该至少一个弹性元件插置于臂和支撑件之间,从而使得臂能够在振动器的影响下至少部分地独立于支撑件振动。
[0013] 在另一个实施例中,振动器为电动驱动、气动驱动或液压驱动中的至少一种。
[0014] 在另一个实施例中,振动器在相对于金属流的方向呈45°和90°之间的方向上生成力。
[0015] 在另一个实施例中,振动器靠近过滤器元件安装于容器的外表面上。
[0016] 在另一个实施例中,还包括用于振动器的控制器,该控制器能够在频率和幅值中的至少一者方面调整振动器。
[0017] 在另一个实施例中,容器具有内衬件和外壳体,该内衬件接纳金属。
[0018] 在另一个实施例中,还包括插置于内衬件和外壳体之间的至少一个弹性构件。
[0019] 在另一个实施例中,至少一个弹性构件至少部分地使内衬件的振动与壳体分离。
[0020] 在另一个实施例中,过滤器为陶瓷泡沫过滤器。
[0021] 在另一个实施例中,过滤器具有每英寸50个以上的孔。
[0022] 在另一个实施例中,过滤器具有每英寸60个以上的孔。
[0023] 在另一个实施例中,过滤器可为床式过滤器、多孔管或用于熔融金属的任何已知过滤介质。
[0024] 在另一个实施例中,熔融金属包括铝。
[0025] 在另一个实施例中,从动元件至少部分地由耐火材料覆盖
[0026] 在另一个实施例中,还包括至少一个额外振动器,振动器和该额外振动器可独立地或同时操作并且可以相同频率或不同频率操作。
[0027] 在另一个实施例中,一种灌注具有孔的过滤器以用于过滤熔融金属的方法,该过滤器设置于储存器中,所述方法包括以下步骤:将熔融金属倾注于储存器中、过滤器上;和振动熔融金属、过滤器或储存器中的至少一者以诱导熔融金属进入过滤器的孔中,从而移走过滤器中所存在的空气。
[0028] 在另一个实施例中,一种排空含有熔融金属的具有孔的过滤器的方法,包括以下步骤:振动含有熔融金属的过滤器,从而诱导过滤器的孔中的金属流出。
[0029] 在另一个实施例中,还包括排空过滤器的熔融金属的步骤,并且在排空步骤的至少一部分期间,同时振动熔融金属、过滤器或储存器中的至少一者,从而诱导过滤器的孔中的金属流出。附图说明
[0030] 为了更全面理解本公开,参考结合附图解释的示例性实施例的下述具体实施方式。
[0031] 图1为根据本公开的一个实施例的过滤装置的透视图。
[0032] 图2为图1的装置的平面图。
[0033] 图3为沿着剖面线2-2截取且在箭头方向上所看到的图1和图2 的装置的局部剖视图。
[0034] 图4为根据本公开的一个可选实施例的过滤装置的示意图。
[0035] 图5为根据本公开的另一个可选实施例的过滤装置的示意图。
[0036] 图6为根据本公开的另一个可选实施例的过滤装置的示意图。
[0037] 图7为根据本公开的另一个可选实施例的过滤装置的示意图。
[0038] 图8为根据本公开的另一个可选实施例的过滤装置的示意图。
[0039] 图9为根据本公开的另一个可选实施例的过滤装置的示意图。

具体实施方式

[0040] 在金属的加工中,可能优选移除某些污染物和内含物。例如,就铝和铝合金来说,可能期望移除铝和镁的化物、化物、化物、氮化物和尖晶石以出于各种原因提升更纯的金属产物。该污染物移除已由多孔陶瓷过滤器(例如,陶瓷泡沫过滤器(CFF))执行,熔融金属流穿过该多孔陶瓷过滤器。至于过滤器,一般来讲,孔尺寸越小并且过滤器的厚度越大,过滤过程在移除污染物方面越有效,但是对于过滤器流动更具限制性。当用于过滤液态金属时,陶瓷过滤器表现出待进行灌注的要求,即,通过由液态金属移走过滤器孔中所存在的空气而引发通过过滤器的流动。因为用于促进金属流过陶瓷过滤器的方法包括预热过滤器,所以初始金属流在接触过滤器并且在过滤器上方形成充分的熔融金属高度(头)以将金属推动通过过滤器时未固化。通常,因为对于金属头存在限制,该金属头可在给定金属处理设施中形成,所以已使用替代的方法和设备。例如,可通过真空设备在过滤器的下游侧形成低压,如例如美国专利No.7,666,248所公开,该专利全文以引用方式并入本文。在另一种方法中,感应线圈可用于产生洛伦兹力,该洛伦兹力作用于金属上并且促进金属通过过滤器的流动,如加拿大专利文件No.CA 2,871,245所公开,该专利全文以引用方式并入本文。
[0041] 本公开认识到,振动机构还可用于促进熔融金属穿过过滤器。更具体地,机械供能、电气供能、机电供能、空气供能和/或液压供能的机构可用于在过滤器和/或熔融金属附近形成过滤器、包容体/容器(熔融金属穿过该包容体/容器)的振动以促进金属流通过过滤器。振动可具有波的性质(例如,压缩波/压力波),如同在一个实施例中超声频率的声波,其从换能器/振动器被传递通过金属,该换能器/振动器作用于过滤器、与过滤器连通或邻近过滤器的容器/导管、或熔融金属。为此,振动机构的使用可允许熔融金属穿过过滤器,该过滤器相比于通常所用的过滤器更精细。例如,在许多传统金属纯化系统中,50 孔/英寸(PPI)以上的过滤器为不可用的。根据本公开,可使用50PPI 以上或更精细的过滤器,例如50PPI至80PPI的过滤器。
[0042] 根据本公开的振动机构/过滤技术可用于促进在浇铸开始时的灌注以利用过滤器的整个表面,用于在过滤期间和/或在一批熔融金属的过滤结束之后,例如促进金属和/或捕获的污染物从过滤器的移除。在后者应用中,金属和污染物从过滤器的移除可延长过滤器(例如,床式过滤器)的使用寿命,该技术可用于延长寿命和冲走(flush)内含物来以复原的(refreshed)床继续进行。还可减小加热量,否则会需要该加热量以用于在后续过滤运行中重新形成通过过滤器的熔融金属流。应当理解,本公开的振动机构和方法可独立于已知方法和设备来使用,该已知方法和设备用于灌注过滤器并促进金属流穿过过滤器。另选地,本公开的振动方法可结合已知方法来使用。例如,振动设备可独立于或结合真空或磁感应辅助型的过滤促进器来使用。
[0043] 图1至图3示出了根据本公开的一个实施例的过滤装置10,过滤装置10具有用于熔融金属M的容器12,熔融金属M被纳入其内部腔体12C中。在所示实施例中,容器具有形成漏斗形状的四个锥形壁 12W。容器12由安装板12P保持至支撑框架14,安装板12P附接至容器12并且由夹具16(例如,夹紧式虎钳的形式)夹持,该夹紧式虎钳紧固至框架14的支撑梁
14B。另选地,容器可由螺栓或其它类型的固件紧固至框架14。框架14具有轮18,从而允许装置10通过滚动的移动。框架14具有支撑容器12的下部14L和具有板20的竖直支撑件14V,板20具有狭槽20S。振动器组件22特征在于附接至臂26的振动器24,臂26在一端附接有从动板28。存在可利用的大量不同类型的振动器,诸如由空气、液压或电能驱动的那些。这些类型的工业振动器可商购获得自例如美国罗得岛,怀俄明州 (Wyoming,RI,U.S.A)的VIBCO公司。在一个实例中,VIBCO型号SCR-100对于60至80psi的操作空气压力提供约1825次冲击/分钟,产生2105磅的力/冲击。在另一个实例中,振动器可为锤钻,诸如商购自得伟公司(Dewalt)的风锤钻,以2000磅/冲击的幅值、1500次冲击/分钟的频率产生振动。在又一个实例中,可使用空气驱动振动器 (诸如得自伊利诺斯州尼庞西特(Neponset,IL)的丁工程公司 (Martin Engineering)的Martin P系列P4S气动活塞振动器 (www.martin-eng.com))。在该实例中,空气压力被转换成振动频率和力幅值。
[0044] 在所示实施例中,臂26具有平延伸部26H和竖直延伸部26V,水平延伸部26H提供振动器组件22相对于容器12的选定的相对水平位置,例如允许从动板28居中于容器12中心;竖直延伸部26V允许从动板28向下延伸至容器12已到达选定的高度。如图3所示,水平延伸部26H在一端附接至安装板30,一个或多个弹性安装组件32(例如,弹性体或弹簧安装件)附接至安装板30。弹性安装组件32具有弹性元件32R和在一端附接至安装板30的轴32S,并且轴32S延伸通过弹性元件32R、通过狭槽20S并且以凸轮元件32C枢转地附接至柄部部分32H。这种类型的柄部32H可商购获得自例如美国伊利诺斯州姆赫斯特(Elmhurst,Illinois,U.S.A)的麦克马斯特公司(McMaster Carr)。当处于抓持位置(其中柄部部分32H向下按压)时,安装组件32将板20抓持于给定可调整位置,使得振动器组件22可位于相对于容器12和相对于其中熔融金属M的高度(头)H的选定高度处。弹性元件32R提供运动自由度并且使振动器24所诱导的振动运动与支撑框架14分离。振动器24所诱导的振动沿着臂26被传递至从动板28和熔融金属M,熔融金属M倾注至容器12中例如至高度(头水平)H,如虚线示意性地所示。如可理解的那样,当熔融金属流经装置10时,头水平H可动态地改变,如通过流入和流出的变化所确定。从动板28可位于熔融金属内的任何给定深度,范围从熔融金属 M金属的顶表面处的表面触点至其中接近容器12的底部的深度。
[0045] 如图3所示,容器12具有金属壳体12S(例如,由制成)和耐火衬件12R(例如,由陶瓷(例如N-14—N-17,如网站pyrotek-inc.com 所提及)、氧化铝或用于熔融铝或其它金属的贮槽构造的任何耐火材料制成)。耐火衬件12R可为涂覆至壳体12S的涂层或可制成为独立插件,该独立插件在单独形成之后插入至壳体12S中。过滤器34(例如,由陶瓷泡沫制成)(CCF)位于容器12的底部,倾注至容器12中的熔融金属M可穿过过滤器34以移除内含物和污染物。过滤器可为商购类型,诸如购自Selee(selee.com)的30PPI至80PPI的CCF过滤器。在一个实例中,熔融金属可为铝或铝合金。过滤器34包含于过滤器外壳36内,过滤器外壳36具有外金属壳体36S(例如,钢制) 和内耐火衬36R。耐火衬36R可在排放方向上向内渐缩以接纳具有互补锥形的过滤器34,从而允许过滤器34放置并保持于过滤器外壳36 内(过滤器34不穿过过滤器外壳36)。过滤器外壳36可设置有凸缘 36F,凸缘36F允许通过夹持机构(诸如夹具装置16)夹持至容器12 上的凸缘12F。这样,装置10可进行组装和拆卸以用于检测和维护。
[0046] 在操作中,振动器组件22在熔融金属M被纳入容器12中之前或之后可被置于所选高度处并由夹具组件32固定于该位置。如图3 所示,在一种方式中,振动器组件22可定位成使得从动板28低于金属M的表面,如由标记为H的虚线和以虚线示出的从动板28的示意图所示。如上文所指出,从动板28可位于熔融金属M的顶表面(线 H)处。在致动时,振动器24诱导从动板28的振动(具有在上下方向上的运动分量),如通过上下箭头所示。从动板28的振动在熔融金属M中生成压缩/张紧波W。波W在向下方向上朝向过滤器34前进通过金属M,从而诱导熔融金属M移动通过过滤器34。除了波W 之外,还生成具有侧至侧方向上的分量的波,如图3中的双端箭头S 所指示,使得波冲击容器12,从而使其运动。除了移动熔融金属M 之外,传递通过金属M的波W冲击外壳12和过滤器34,从而诱导其在各种方向上的响应运动。在任何给定方向上的波传播的相对幅值将取决于振动器24、材料、用于制备臂26的制造技术,和许多其它因素。例如,利用具有偏心质量分布的旋转质量(spinning mass)的振动器24将生成圆形波图案,而利用线性振荡质量的振动器24将产生具有更多线性分量的波。
[0047] 上述装置10可用于诱导过滤器34在运行开始时的灌注,或诱导金属和/或碎屑在运行结束时从过滤器34的清除。振动器24在运行期间可连续地操作以增大熔融金属M的流速。在一个实施例中,振动的频率和/或振动的幅值可通过控制器38(图1)进行调整,诸如数字电子控制器或模拟装置(诸如用于电子振动器的变阻器或用于空气或液压振动器的),以适应具体操作(例如,灌注、过滤器的清洁) 的要求,或以适应过滤操作中遭遇的其它变量参数。例如,随着过滤器34在过滤过程期间由于碎屑变得更阻塞,振动的频率和幅值可增大。可以记录下最佳振动参数并用于各种金属和合金,以及用于各种污染程度和用于金属M中的不同类型的污染物。当以选定的插入程度被置于容器12中时,从动板28可具有允许熔融金属M在其外周边和容器12的耐火衬件12R之间的适当流动的尺寸。在一种替代形式中,从动板28和/或臂26的竖直部26V的部分可涂布有耐火材料以使它们更具耐热性和以防止从金属M至振动器组件22的不期望的热传递。对于振动器24',另选安装位置以虚线示出,即,在邻近过滤器34的侧壁12S上。如所示,振动器24'相对于水平基准线HR以度A进行取向。源自振动器24'的力矢量F相对于基准线HR为角度A,例如45°。力矢量F将基准线HR和金属流的竖直取向方向之间的直角二等分,并且因此还相对于金属流的方向设置为45°。可利用其它安装位置和取向。
[0048] 图4示出了根据本公开的另一个实施例的过滤装置110,过滤装置110具有容器112,容器112具有外壳体112S(例如,钢制)和耐火衬件112R。过滤器134(诸如陶瓷过滤器(CCF))位于耐火衬件112R 内以过滤穿过其的熔融金属(未示出)。一个或多个弹性元件
140A、 140B、140C(诸如弹簧)插置于耐火衬件112R和壳体112S之间,从而允许耐火衬件
112R独立于壳体112S移动。上文所描述类型的一个或多个振动器124A、124B、124C被组装至壳体112S,使得在操作时,振动器124A、124B、124C诱导壳体112S的所选频率和幅值的振动。
在一个另选实施例中,振动通过弹性元件140A、140B、140C 被传导至耐火衬件112R。弹性元件140A-140C被示意性地描述为弹簧,但可为弹性体构件。在另一个实施例中,振动器机械地联接至耐火衬件112R,使得它们将振动直接赋予耐火衬件112R,耐火衬件112 由弹性元件140A、140B、140C悬挂于壳体112S中。在振动器124A 和耐火衬件之间延伸的联接件L示意性地示出了机械连接。弹性元件 140A、140B、140C允许耐火衬件112R独立于壳体112S并且独立于支撑或联接壳体112S的结构移动(振动)。振动器124A、124B、124C 可为相同类型并且设定成递送相同频率和幅值的振动,或它们可为不同类型并且可设定成递送不同频率和幅值的振动。振动器124A、 124B、124C可由共同能量源(诸如共同加压空气线路或电气供应线路)供能,或可由独立源供能,该独立源可为相同类型或不同类型,例如电气或加压空气。
由于配合过滤装置110的操作阶段,例如,灌注、过滤或排空,振动器124A、124B、124C可以按亚组同时地操作,或按顺序单个地操作。
[0049] 图5示出了根据本公开的另一个实施例的过滤装置210,过滤装置210具有容器212,容器212具有外壳体212S(例如,钢制)和耐火衬件212R。过滤器234(诸如陶瓷过滤器(CCF))位于耐火衬件212R 内以过滤穿过其的熔融金属(未示出)。上文所描述类型的一个或多个振动器224A、224B、224C被组装至壳体212S,使得在操作时,振动器224A、224B、224C诱导壳体212S的所选频率和幅值的振动。因为壳体212S接触耐火衬件212R并且过滤器234接触耐火衬件 212R,所以振动被传导至耐火衬件212R和过滤器234。此外,当容器212包含熔融金属(未示出)时,耐火衬件212R和过滤器234的振动也被赋予熔融金属。应当理解,振动器24、124A-C和224A-C 在频率和幅值方面可为可调整的,使得振动器根据具体分量参数(例如质量、密度、柔性等)可调整以具有最大效率,这些分量参数在壳体12、112、212、耐火衬件12R、112R、212R和包含于其中的金属的运动中设定。
[0050] 图5还示出了,振动力线V可以相对于基准取向R的任何给定角度A、B等来定向。在所示情况下,基准取向R平行于壳体212S 的壁并且以约90°的角度A垂直于过滤器234。如通过角度B所示,振动器224A可重新定位/安装以沿着虚线V'生成振动力,虚线V'相对于基准取向R成约45°的角度。如此,如果过滤装置10、110、210、振动力V可相对于给定基准取向以任何给定角度来定向,那么振动器 24、124、224A-224C可安装于任何给定表面上。如下文将描述的那样,相对于通过过滤器34、134、234的金属流以45°定向的力V提供过滤装置10、110、210测试中的良好结果。其它基准取向和力V 角度可基于过滤装置的形状和其它因素而选择。
[0051] 还应当进一步理解的是,尽管已在上文描述了利用耐火衬件(例如,12R)的实施例,但是由耐热金属(诸如钢或)制成的容器也可用于形成容器而无需耐火衬件,该容器接纳熔融金属并且将其传导通过包括于其中的陶瓷过滤器。
[0052] 图6示出了具有容器312的过滤装置310,容器312可利用或可不利用外壳体和耐火衬件。在所示实施例中,过滤装置310仅利用耐火元件312R。桥接由耐火衬件312R所限定的中空部的一对间隔开的过滤器334A和334B定位成顺序地过滤按箭头所指示的那样流经装置310的熔融金属M。振动器324A附接至耐火元件312R,并且诱导耐火元件312R、过滤器334A和334B以及金属M中的振动,以促进通过过滤器334A和334B以及装置310的流动。过滤器334A和334B 可具有相同厚度和孔隙度或可具有不同厚度或孔隙度。在一个实施例中,过滤器334A(例如,50PPI)具有相比于过滤器334B(例如, 60PPI)更粗糙的孔隙度。任选地,振动器324B(如同图1的振动器 24A)可用于取代或结合振动器324A。
[0053] 图7示出了具有容器412的过滤装置410,过滤结构450已安装于容器412中。容器412可为由耐火材料(诸如,N-14-N-17)或用于包含熔融金属的任何其它工业材料制成的罐或通道的形式;该罐或通道在熔融金属M从一过滤器流动至另一过滤器时通过重力传导熔融金属M。过滤结构450中断熔融金属M的流动,从而将容器412 划分成三个腔室412C1(上游)、412C2(中游)和412C3(下游)。一对过滤器434A和434B分别密封地接纳于通路450A、
450B中以在熔融金属M流过腔室412C1、412C2和412C3时过滤熔融金属M,从而顺序地过滤流经装置410的熔融金属M。在一个实施例中,具有臂424VA和从动板428A的振动器424A作用于腔室412C1中的熔融金属上以诱导金属M、容器412、过滤器434A和过滤结构450中的振动从而增大通过过滤器434A和装置410的金属流。振动器424A 所诱导的振动可足以促进通过过滤器434B的流动。在替代形式中,作用于容器412上的振动器424B和/或振动器424C可顺序地或同时用于改善通过过滤器434A、434B和装置410的流动。过滤器434A、 434B可具有相同厚度和孔隙度或可具有不同厚度或孔隙度。在一个实施例中,过滤器434A(例如,50PPI)具有相比于过滤器434B(例如,60PPI)的更大的孔,使得过滤器434A传导较大颗粒的第一水平过滤并且过滤器434B传导金属M中所承载的较小颗粒的第二水平过滤。
[0054] 图8示出了具有两个容器512A、512B的过滤装置510,每个容器分别在其中具有过滤器534A和534B并且在接合处512J处结合。在另一替代形式中,容器512A、512B可被整合为熔融金属流M经过其的连续槽或通道。容器512A、512B可为耐火材料(诸如,N-14-N-17) 或熔融金属行业使用的其它类型材料制成的罐或通道的形式;随着该罐或通道在熔融金属M从一过滤器流动至另一过滤器时通过重力传导熔融金属M。过滤器534A和534B分别密封地接纳于容器512A、 512B中以在熔融金属M从其流过时过滤熔融金属M,从而顺序地过滤流经装置510的熔融金属M。振动器524A、524B作用于容器512A、 512B、过滤器534A、534B和包含于其中的金属M以增大通过过滤器534A、534B和装置510的金属流。在替代形式中,一个或多个振动器524C(如同振动器424A和424B)可用于直接作用于容器512A、512B中的金属M上以改善通过过滤器534A、534B和装置510的流动。过滤器534A、534B可具有相同厚度和孔隙度或可具有不同厚度或孔隙度。
[0055] 图9示出了具有两个容器612A、612B的过滤装置610,每个容器分别在其中具有陶瓷过滤器634A和634B。容器612A、612B通过导管660供应有熔融金属流M,导管660分裂为并行路径660A、660B。在穿过容器612A、612B和过滤器634A和634B之后,一对导管路径660C和660D在汇合导管660R处重新汇合以使金属M穿过以用于下一阶段的处理。在一种替代形式中,导管660、660A等可为由耐火材料制成的通道或槽。随着熔融金属M从其流过,过滤器
634A和634B 分别密封地接纳于容器612A、612B中以过滤熔融金属M。振动器 624A、624B作用于容器612A、612B、过滤器634A、634B和包含于其中的金属以增大通过过滤器634A、634B和装置610的金属流。在一种替代形式中,一个或多个振动器624C(如同振动器424A和424B) 可用于直接作用于导管660、660A、660B等和容器612A、612B中的金属M上以改善通过过滤器
634A、634B和装置610的流动。过滤器 634A、634B可具有相同厚度和孔隙度或可具有不同厚度或孔隙度。示出于图1至图9中的振动器(例如,324B、424A、524C、624C等) 可取向成在所选方向上产生振动力,例如,在相对于过滤器34、134、 234、334A等的45°角的取向和/或金属流方向上。
[0056] 实验测试
[0057] 实验室规模
[0058] 在下文表1所列出的参数条件下对上文描述的设备和方法进行测试。更具体地,具有振动器24或24'的过滤装置10(如同图1至图3 所示)被用于使用表1所注明的参数来过滤熔融铝。
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 表1
[0063] 如根据上表可理解的,灌注时间、是否利用振动和利用的装置之间存在关联。更具体地,保持其它参数相同(即,ppi、合金、温度、过滤器的预热等),改变振动的存在方式和振动器的类型,一系列的测试表明:1)无振动,灌注时间为22秒;2)具有来自风锤钻的振动,灌注时间为14秒;3)具有来自Vibco振动器的振动,灌注时间为20秒;和4)具有来自另一空气振动器的振动,灌注时间为20秒。该测试表明:振动促进更快速的灌注,并且风锤钻为最有效的振动器。
[0064] 如根据表1可理解的,过滤器的重量(g/cm2)、过滤器的预热和是否利用振动之间存在关联。在使用之后称重过滤器,并且该重量包括过滤器自身的重量加上留存于过滤器中的任何残余金属的重量。重量越大,效果越好,该重量表明了所用过滤器的面积/体积。在过滤器的不良使用面积中,小横截面积或穿过过滤器的通道会引导金属通过过滤器。由于金属流分布于整个过滤器,更有效的过滤条件利用更多部分的过滤器来使金属穿过,从而导致更大的吞吐量和更佳的过滤效果。保持其它参数相同(ppi、合金、温度、过滤器的预热等),改变过滤器预热和在有振动与无振动之间改变振动水平会得出下述结果: 1)过滤器冷却,无振动:1594g/cm2;2)过滤器冷却,有振动:1854g/cm2; 3)过滤器预热,无振动:1960g/cm2;4)过滤器预热,施加振动: 2162g/cm2。该测试表明:无论相对于振动是否施加预热,振动都促进金属流过过滤器的更佳分布。
[0065] 如根据表1可理解的,金属的温度、振动的存在方式和灌注时间之间存在关联,即,温度越高并且存在振动,则灌注时间越短。保持其它参数相同(ppi、合金等),改变金属的温度并在有振动与无振动之间改变振动水平会得出下述结果:1)金属温度720C,无振动,则灌注时间:21秒;2)金属温度720及以上,无振动,则灌注时间: 12秒;3)金属温度710C,过滤器预热,具有振动,则灌注时间:12 秒;4)金属温度710C,过滤器冷却,具有振动,则灌注时间:17秒。该测试表明:无论相对于振动是否施加预热,振动都促进金属流过过滤器的更佳分布。
[0066] 测试已揭示:过滤器的重量(当以g/cm2为单位进行测试时)与振动源的位置和取向之间存在关联。更具体地,保持其它参数相同 (即,ppi、合金、温度、过滤器的预热等),改变振动器24'的取向 (图3)以在相对于金属流呈45°、90°和垂直(处于0/180°或与之一致)位置之间改变振动力F的角度A,一系列的测试表明:1)具有来自处于45°角的风锤钻的振动重量为:2111g/cm2;2)具有来自处于90°角的风锤钻的振动,重量为:1750g/cm2;3)具有垂直风锤钻的振动,重量为:1738g/cm2;和4)无振动,重量为1886g/cm2。该测试表明:风锤钻的振动在45°的角度处最为有效,90°和垂直取向产生负面效果。
[0067] 测试已揭示:灌注时间与振动源的位置和取向之间存在关联。更具体地,保持其它参数相同(即,ppi、合金、温度、过滤器的预热等),改变振动器24'的取向(图3)以在相对于金属流呈45°、90°和垂直位置之间改变振动力的角度以及振动的存在方式(其在有振动和无振动之间改变),表明:1)无振动,灌注时间为30秒;2)具有来自处于45°角的风锤钻的振动,灌注时间为:14秒;3)具有来自处于90°角的风锤钻的振动,灌注时间为:13秒;和4)具有垂直风锤钻的振动,灌注时间为:20秒。该测试表明:振动促进更快速的灌注,并且风锤钻处于45°和90°之间的角度时最为有效。
[0068] 在30ppi和40ppi之间改变过滤器的ppi值重复前述测试,并且对过滤器称重。测试揭示:1)无振动的30ppi过滤器,得出的重量是 1147g/cm2;2)具有来自相对于金属流的方2
向呈45°角的风锤振动器的振动的30ppi过滤器,得出的重量是1626g/cm ;3)具有来自垂直风锤振动器的振动的30ppi过滤器,得出的重量是1032g/cm2;4)具有来自呈45°角的风锤振动器的振动的40ppi过滤器,得出的重量是 1273g/cm2;5)具有来自呈90°角的风锤振动器的振动的40ppi过滤器,得出的重量是780g/cm2;和6)具有来自垂直风锤振动器的振动的 
2
40ppi过滤器,得出的重量是1152g/cm 。前述测试表明:45°角的取向对于30ppi和40ppi过滤器而言是最佳的。
[0069] 将前述测试扩展至50ppi过滤器得出下述结果:1)无振动的50ppi 过滤器,得出的重量是1642g/cm2;2)具有来自相对于金属流的方向呈45°角的风锤振动器的振动的50ppi过滤器,得出的重量是 1837g/cm2;3)具有来自呈90°角的风锤振动器的振动的50ppi过滤器,得出的重量是1670g/cm2;4)具有来自垂直风锤振动器的振动的50ppi 过滤器,得出的重量是1518g/cm2。前述测试表明:45°角的取向对于 50ppi过滤器而言是最佳的。
[0070] 测试揭示:振动对于过滤器的金属浸渍具有积极影响,获得5%至13%的增加(这取决于过滤器)。具有振动的30ppi和60ppi过滤器具有大于10%的金属浸渍的增加。当过滤器被预热时,该有益效果得以增强,从而示出了对于50-60ppi过滤器而言13%的金属浸渍的改善和对于30ppi过滤器而言24%的金属浸渍的改善。
[0071] 在所有其它因素都相同的情况下,对于各种过滤器尺寸考虑有振动与无振动得出下述结果:1)30ppi,无振动,所得过滤器重量为: 1651g;2)30ppi,有振动,所得过滤器重量为:1823g;3)50ppi,无振动,所得过滤器重量为:2076g;4)50ppi,有振动,所得过滤器重量为:2175g;5)60ppi,无振动,所得过滤器重量为:2027g;和 6)60ppi,有振动,所得过滤器重量为:2289g。
[0072] 在所有其它因素都相同的情况下,对于各种过滤器尺寸考虑振动力取向得出下述结果:1)30ppi,无振动,所得过滤器重量为:1709g; 2)30ppi,具有利用相对于金属流的方向呈45°角的风锤钻的振动,所得过滤器重量为:2126g;3)50ppi,无振动,所得过滤器重量为: 2076g;4)50ppi,具有利用呈45°角的风锤钻的振动,所得过滤器重量为:2337g;5)60ppi,无振动,所得过滤器重量为:2027g;和6) 60ppi,具有利用呈45°角的风锤钻的振动,所得过滤器重量为:2289g。
[0073] 对于灌注时间的有益效果也利用过滤器的振动来观察。更具体地,预热30ppi过滤器,在无振动的情况下灌注时间为30秒,在有振动的情况下灌注时间为15秒。预热40ppi过滤器,在有振动的情况下灌注耗时13秒。预热50ppi过滤器,在无振动的情况下灌注时间为 60秒,在有振动的情况下灌注时间为18秒。预热60ppi过滤器,在无振动的情况下灌注时间为20秒,在有振动的情况下灌注时间为16 秒。在每一种情况下,过滤器浸渍和灌注时间通过振动来改善。对于给定的过滤器(经预热,30ppi),灌注时间为30秒;当通过相对于金属流方向呈45°角的风锤钻来振动时,相同过滤器示出14秒的灌注时间;当通过相对于金属流呈
90°角的风锤钻来振动时,灌注时间为 13秒;并且当通过垂直取向(即,与金属流相同的方向)的风锤钻来振动时,灌注时间为20秒。
[0074] 还测试浇铸合金以利用得自ABB集团(new.abb.com)的LiMCA (液态金属清洁度分析仪)和PoDFA(多孔盘过滤器分析)来确定金属清洁度,并且据确定,即使其它参数(诸如灌注时间、所得过滤器重量、使用较细过滤器和移除更多内含物的能力)得以改善,有助于过滤的振动并不干扰金属清洁度。
[0075] 实际规模测试
[0076] 实际规模测试在浇铸设施处进行,该浇铸设施生产C17N铸、例如在光刻应用中使用的纯合金(1050型)、含有3.5%Mg的C42Z (5042)和含有2.5%Mg的C52Z(5352)。C52Z和C42Z可用于罐体应用。对浇铸合金进行测试以用LiMCA和PoDFA确定金属清洁度。
[0077] 每种合金制备最少两个浇铸件以制备330英寸(最小值)长度的铸块。可一次浇铸最多三个铸块,这与由过滤器供应商对60或70ppi 过滤器(其为23英寸×23英寸)所规定的最大流速(333-417Kg/min) 一致。仅使用60ppi和70ppi过滤器。在四个浇铸件上进行LiMCA测量。在双CFF过滤器之前和之后,在2000mm和4000mm的浇铸处采用PoDFA。在具有特定管的CFF之后,在浇铸期间连续采用LiMCA 以使熔炉出口处的氯化物和气泡的影响最小化。过滤器的振动在熔融金属遇到过滤器之前开始并且在浇铸50mm的铸块之前停止。过滤器的底部和过滤器的顶部之间约100℃的温度差有助于过滤。过滤器的加热以过滤器下方和顶部上的气体燃烧器来进行。在过滤器之后,将激光器用于熔炉出口处以确定在浇铸期间的金属头损耗。将气动活塞振动器(即,得自伊利诺斯州尼庞西特(Neponset,IL)的马丁工程公司 (Martin Engineering)(www.martin-eng.com)的Martin P系列P4S振动器)用作该振动器。振动系统在60-80psi下操作,从而在每分钟以2105 lbs的力产生约1825次冲击。熔融合金经受TAC(铝在坩埚中的处理) 以移除Na和Ca以及金属。记录过滤器重量。
[0078] 改变操作振动器的时间量以补偿过滤器温度变化从而在浇铸 50mm的铸块之前避免由于过滤器阻塞导致的浇铸中止。振动力在开始过程期间渐变以覆盖所有最佳方向G的力。避免了导致过滤器组件的共振的力和对应压力。在30-40psi下观察到共振。在该测试中,最大灌注在对振动器具有70psi的空气压力下实现。
[0079] 实际规模测试的结果示出相当于实验室规模测试的结果,其中由于施加了根据本公开内容的振动,所以对于60ppi和70ppi过滤器而言,过滤器中增加了18%以上的金属。例如,无振动的标准浇铸过程得到57.75g/cm2的平均值。在施加振动时,过滤器示出了68.08g/cm2重量的平均值,这对应于18%的重量增加。预热的过滤器的总重量的比较示出下述结果:1)30ppi,无振动:1709g;2)30ppi,具有45°角的振动器的振动:2126g;3)50ppi,无振动:2076g;4)50ppi,具有45°角的振动器的振动:2337g;5)60ppi,无振动:2027g;6) 
60ppi,具有45°角的振动器的振动:2289g。
[0080] 已独立地解释了前述振动技术和设备,但可组合使用每一者和全部。即,一种以上类型的振动器24可用在单个过滤装置10上并且可同时或顺序地操作。根据本公开内容,振动器(诸如,例如振动器24、 124A)可改装至现有导管或容器以改善陶瓷过滤器的过滤。应当理解,本文所描述的实施例仅为示例性的,并且本领域技术人员在不脱离要求保护主题的精神和范围的情况下可做出许多变型和修改。例如,虽然上文所描述的实施例已涉及铝及其合金的过滤,但是其它金属和合金可适于利用本公开内容的教导的过滤,诸如模具浇铸或铁浇铸。虽然上文将CCF陶瓷过滤器描述为过滤介质,但是其它类型的过滤器可用于执行本申请所公开的设备和方法,诸如床式过滤或多孔管过滤。虽然上文所描述的振动器可用于在给定时间段内产生连续振动,但是振动器也可用于产生单次振动,从而生成通过熔融金属、容器或过滤器中的至少一者的振动波。所有此类变型和修改旨在包括于本公开内容的范围内。
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