Способ рафинирования алюминия и его сплавов

 

Использование1 при электромагнитной обработке жидкого металла для улучшения служебных характеристик отливок. Сущность: создают вращение расплава в нижней части с угловой скоростью 35-40 рад/с 1, в верхней 4-5,5 рад/с 1 и продувают расплав высокоэнтальпийным ионизированным газом в направлении, противоположном направлению вращения. 2 з п. ф-лы, 1 ил , 2 габл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„БЦ „„1752800 А1 (51)л С 22 В 9/00, 21/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

* - " 31я;ц :,;...

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 1 (21) 4848446/02 (22) 09.07.90 (46) 07.08.92. Бюл. hL 29 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) А.А.Кучаев и А.В.Наривский (56) Заявка Франции

Q 23.12569, кл. С 22 В 9/00, 1977. (57) Использование: при электромагнитной обработке жидкого металла для улучшения служебных характеристик отливок. Сущность: создают вращение расплава в нижней части с угловой скоростью 35 — 40 рад/с, в

-1 верхней 4 — 5,5 рад/с и продувают расплав

-1 высокоэнтальпийным ионизированным газом в направлении, противоположном направлению вращения. 2 з,п. ф-лы, 1 ил., 2 табл. (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Изобретение относится к цветной ме- меси, увеличивая степень его рафинироваталлургии, в частности к способам очистки ния, алюминиевых расплавов от растворенных Однако этот способ длителен и малопримесей. производителен.

Известенспособрафинирования метал- Наиболее близким по технической ла продувкой газом через-вращающееся в . сущности к изобретению является способ расплаве сопло, который позволяет увели- рафинирования, алюминия, включающий чить выход качественного металла. вращение расплава, по которому продувку

Недостатком способа является невысо-:жидкого металла инертным газом осущесткая степень очиСтки алюминиевых сплавов вляют в направлении, противойолбжнОм на- от твердых неметаллических включений. правлению вращения расплава.

Это объясняется тем, что в результате ин- - (Я тенсивного движения расплава происходит Недостаткамй известного способа являокислениеегоповерхностииобразующиеся ются потеря температуры расплава в пропри этом оксиды поступают в глубь распла- цессе обработки холодным газом и низкая ва. Кроме того, инертный газ, проходя через эффективность рафинирования металла из- слой металла, теряет высокую степень его за того, что в зоне истечения струи темперадисперпгроаганил ее счет слилнил мелКих ну. тура расплава всегда меньше по сравнению аырькое е более крупные, с его среднемассоеоа. В результате этого

Иаеестенспособрафинироеанилметал- водород вследствие большей его раствори- а лов продувкой инертными и активными га- мости при повышенной г-емпературе сплава зами расплава в герметичном объеме, . стремится перейти в периферийные более содержащем кювету — гетер с щелочно-зе- нагретые слои расплава, в которых пузыреи мельными металлами. Металлы поглощают инертного газа значительно меньше, чем в выделяющиеся из расплава вредные при-, реакционной зоне струи, кроме того, с по1752800 щихся интенсивность массообменэ, 10 достигаются в поверхностных слоях ван15

20 согласно способу рафинирования алюми- 25 ния и его сплавов, включающему создание

35 движение металла осуществляют с помощью воздействия на расплав неоднород- 45 ванного газа, то происходит интенсивное " дробление струи на мелкие пузырьки, кото- 50

55 нижением температуры на границе раздела фаз существенно уменьшаются коэффициенты массопереноса и диффузии водорода в газовый пузырь, от которых во многом зависит дегазация металла, Независимо от глубины истечения холодной и высокотемпературной аргоновых струй максимальное перемешивание и степень турбулизации расплава, определяюны, которые затем распространяются. на весь объем, Поэтому массоперенос водорода в нижних слоях алюминиевого расплава значительно меньше, чем.верхних, В результате этого не обеспечивается высокая степень рафинирования всего обьемэ расплава;

Целью изобретения является интенсификация процесса массопереносэ водорода, поддержание температуры металла при обработке и повышейие степени рафинирования сплавов, Поставленная цель достигается тем, что вращения расплава и продувку металла инертным газом в направлении, противоположном направлению вращения расплава, металл вращают в двух . и ротивоположн ых направлениях, причем в верхней его части с угловой скоростью 4 — 5,5 рад/с, а в нижней — 35-40 рад/с. В верхней части расплав вращают с помощью неоднородного электромагнитного поля, а в нижней — с помощью вращающегося магнитного поля. В нижней части расплав продувают высокоэнтальпийным газом.

В результате наложения нэ нижнюю часть жидкого металла вращающегося магнитного поля расплав приводят в движение со скоростью, величина которой больше, чем в верхней его части, где вращательное ного магнитного поля. Так как эзимутальное движение расплава осуществляют навстречу струе высокознтальпийного ионизирорые замешиваются в металл. Вращение нйжней части расйлава с большей угловой скоростью (35-40 рад/с) и наличие высокотемпературной зоны взаимодействия металла с плазменной струей в нижней части ванны способствуют интенсификации массопереноса водорода в эту зону и через межфазную границу в пузыри газа, Кроме, того, такая обработка способствует увеличению межфазной поверхности пузырьков с металлом и времени их контакта. Рафинирование металла от неметэллических включений происходит за счет их коагуляции и последующей флотации на поверхность расплава.

При вращении расплава в нижней части с угловой скоростью менее 35 рад/с не достигается. максимальная интенсификация массообмейных. процессов в металле и снижается эффективность рафинирования сплавов. Вращение расплава в нижней части со скоростью более 40 рад/с практически не оказывает влияния на степень рафинирования сплавов, только при этом усложняется конструкция оборудования, Изменение направления вращения металла в верхней части ванны позволяет увеличить траектории движения пузырьков инертного газа в расплаве, предотвращает слияние пузырьков в большие пузыри, как . это происходит при вращении расплава в одном направлении, Благодаря небольшой . (4 — 5,5 рад/с) скорости вращения металла в верхней части ванны зеркало расплава не окисляется. В результате этого достигается высокая стеПень рафинирования алюминиевых сплавов, При враЩении расплава в верхней части со скоростью менее 4 рад/с уменьшается время контакта газовых пузырей с расплавом, происходит слияние их в более крупные пузыри, В результате этого степень удаления водорода из расплава уменьшается. Вращение со скоростью более 5.5 рад/с приводит к нарушению .жидкой пленки на зеркале ванны и замешиванию оксидов в металл, Это приводит к ухудшению качества металла.

0 На чертеже показана схема реализации способа.

Устройство включает индуктор 1, шинопроводы 2, с помощью, которых осуществляется кондукционный подвод тока в расплав, рафинировочной емкости 3, статора асинхронного двигателя 4 и плазмотрона 5.

При включении индукторэ установки в сеть промышленной частоты электрический ток, подходящий по стенкам емкости, нагре. вает ее. После заливки в емкость расплавленного металла вводят плазмотрон, где газ ионизируется с образованием высокотемпературного плазменного факела, Вследствие несимметричного расположения рафинировочной емкости относительно индуктора, а также в результате взаимодействия тока, протекающего через расплав с собственным магнитным полем и неоднородным электромагнитным полем индукто1752800

6 ра, возникает вращательное движение ме- части рафинировочной емкости, и движение талла. Затем включают в сеть статор асинх- происходит навстречу, то твердые неметалронногодвигателя, охватывающий нижнюю лические включения сталкиваются в процесчасть рафинировочнойемкости, и приводят се вращательного движения расплава и расплав в азимутальное движение со скоро- 5 коагулируют в шаровидные конгломераты, стью, большей и направленной навстречу плотность которых меньше плотности расдвижения металла в верхней части рафини- плава, ровочной емкости, После окончания процесса рафинироПосле окончания процесса рафиниро- вания .отключают статор асинхронного вания прекращают подачу нейтрального га- 10 двигателя от сети, отключают и извлекают за; отключаютотсетистаторасинхронного из емкости плазмотрон, после выстаивадвигателяивыстаиваютрасплав.Затемуда- ния в течение 5 мин расплава снимают ляют с поверхности расплавленного метал- шлак и проводят слив очищенного металла шлаковые образования и производят ла, 15 Аналогичным образом осуществляют

fl р и м е р. Испытания предлагаемого рафинирование алюминиевого сплава способа производят при рафинировании АК5М2 в течение 10, 20, 30 минут. Содержалитейного сплава АК5М2, Расплавлен- ние водорода в расплаве определяли по ный алюминиевый сплав в количестве 8 ГОСТ21132.1-81. Содержание оксида алюкг заливают в емкость электромагнитной 20 миния определяли на пробах, отлитых в установки. Пропускают через расплав, на- металлический кокильдои после.рафинироходящийся в емкости, переменный ток вели- вания. Условия и результаты рафинировачиной 9,5 кА. Включают плазмотрон и ния алюминиевого сплава АК5М2 плазменную горелку погружают в расплав предлагаемым способом и в сравнении с на 2/3 его высоты, Продувку металла осуще- 25 известными приведены в табл.2, ствляют аргоном при расходе 15 л/мин, тем- Применение предлагаемого способа рапературе расплава 1023 — 1073 К в течение финирования позволяет получить степень

5 мин. Одновременно включают в сеть ста- дегазации расплава в диапазоне 65 — 77/, тор трехфазного асинхронного двигателя а в известных способах она составляет сои приводят нижнюю часть расплава в ин- 30 ответственно 35 и 25 . По сравнению с тенсивное вращательное движение втече- применяемыми в промышленности предние 5 мин. При этом угловая скорость лагаемый, способ позволяет в 1,2-3 раза движения металла 34 — 42 рад/с, В то же . снизитьсодержаниеврасплавеоксидаалювремя верхнюю часть расплава в рафи- миния, нировочной емкости вращают с угловой 35 Таким образом, предлагаемый способ скоростью3,5-6рад/свпротивоположном рафинирования алюминия и его сплавов направлении. позволяет повысить эффективность очистДанные по степени рафинирования ки металла за счет интенсивного удаления сплавов представлены в табл,1. газов и оксидов из расплава в 2-4 раз по

Следует отметить, что струю высоко- 40 ..сравнению с прототипом. Кроме того; энтальпийного ионизированного газа, предлагаемый способ позволяет уменьпоступающего из плазменной фурмы, на- шить расход газа на обработку в 1,2-2 раправляют навстречу потоку вращающегося за, повысить качество литых изделий, металла и благодаря этому она разбивается существенно улучшить экологическую об. на мелкие пузырьки, которые равномерно 45 . становку в цехе, распределяются по всему объему металла.

Пузырьки нейтрального газа, проходя че- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я рез объем расплавленного металла, адсорбируются на твердых неметаллических 1. Способ рафинирования алюминия и включениях и выносятся на поверхность 50 его сплавов, включающий создание вращерасплава. Кроме того, в пузырьки имер- ния расплава и продувку металла инертным тного газа дифундирует растворенный . газомвнаправлении,противоположномнав расплаве водород, который с помощью правлению вращения расплава, отл ич а юинертного газа выводят из расплавленно- шийся тем, что, с целью повышения

55 производительности процесса путем инТак как в верхней части емкости рас- тенсификации массопереноса водорода и плав вращается за счет взаимодействия поддержания температуры металла приобполя рассеяния индуктора с током, протека- работке и повышения степени рафинироющим через расплав, а скорость движения вания сплавов, металл вращают в двух металла значительно меньше, чем в нижней . противоположных направлениях, причем

1752800

Таблица 1

Табл ица 2 в верхней его части с угловой скоростью

4-5,5 рад/с ", а в нижней — 35-40 рад/с

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что в верхней части расплав вращают с помощью неоднородного электромагнитноro поля, а в нижней — с помощью вращающегося магнитного поля.

3. Способпоп1,отличающийся там, что в нижней части расплав продувают

5 высокоэнтальпийным иониэированным газом.

1752800

Составитель Н. Кучаев ..

Техред М,Моргентал

Корректор Л, Лукач

Редактор Н. Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент"; r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2735 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5