Способ рафинирования сплавов на основе алюминия

Способ рафинирования сплавов на основе алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛКМИНИЯ, включающий подачу расплава металла в емкость с расплавом флюса, перемешивание расплавов металла и флюса с одновременной продувкой инертным газом и отделение металла от флюса, отличающийся тем, что, с целью повышения степени рафинирования сплава от газовых и неметаллических примесей, расплав флюса перед подачей в него расплава металла продувают инертным газом. г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С ЧЛ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/Ц а, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3368523/22-02, (22) 23. 12. 81 (46) 15. 10.84. Бюл. У 38 (72) А.С, Кауфман, Ж.В.Токарев, Л.И.Жутаев, В.А.Гаврилов и А.П.Цисин (71) Уральский ордена Трудового Крас. ного Знамени политехнический институт им. С.М.Кирова и Уфимское моторостроительное производственное объединение (53) 669 .7.14.11(088.8) (56) 1. Постников Н.С., Черкасов В.В °

Прогрессивные методы плавки и литья алюминиевых сплавов. М,, "Металлургия", .1973, с. 78,79.

2. Там же, с . 80.

3. Пат ент США У 3 76 7382, кл. 75-68R, опублик, 19 73.

„„SU„„1118703 А 1д С 22 В 9/10; С 22 С 1/06 (54) (57) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ, включающий подачу расплава металла в емкость с расплавом флюса,. перемешивание расплавов металла и флюса с одновременной продувкой инертным газом и отделение металла от флюса, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения степени рафинирования сплава от газовых и неметаллических примесей, расплав флюса перед подачей в него расплава металла продувают инертным газом.

f 1118

Изобретение относится к металпургии цветных металлов, а именно к способам рафинирования и дегаэации сплавов, например, на основе алюминия °

В современных литейных цехах для удаления из алюминиевых сплавов неметаллических включений и газов широко используют различные флюсы, которыми обрабатывают жидкий металл, При этом флюс может быть жидким или ° порошкообразным, а также в виде отдельньм кусков и гранул . Для удаления газов, растворенных в расплаве, практикуется продувка металлической ванны активными (хлор), нейтральными (азот) или инертными (чаще аргон) газами.

Известен способ удаления неметаллических включений фильтрацией через кусковый активный фильтр, устанавливаемый на пути движения струи переливаемого металла (1).

Однако такие фильтры не обеспечивают глубокой очистки расплава от растворенных газов. Кроме того, степень рафинирования фильтрацией заметно падает при прохождении через адсорбент свьппе 75 кг рафинируемого металла, что объясняется постепенньп.

30 снижением влияния активной поверхности фильтра на эффективность очистки расплава.

Известен также метод, в котором осуществляется совмещение процесса фильтрации сплава через активный кусковый фильтр с продувкой жидкого металла инертным raэом (23. Этот способ позволяет осуществить эффективную очистку металла не только от включений, но и от растворенных в нем газов. Однако и он не свободен от недостатков, которые ограничивают область его применения. Известно, что эффективная очистка расплавов от 45 включений всех видов реализуется при скорости фильтрации, не превышающей 0,5 м/с. Но такую скорость невозможно выдержать особенно в тех случаях, когда из плавильного агрегата вы-50 пускают большие массы жидкого металла. В то же время, при увеличении скорости фильтрации в 1,8 раза против 0,5 м/с резко (в 50 раз) возрастает коэффициент гидравлического со- 55 противления, что приводит к существенному снижению эффективности очистки сплава от включений.

703 2

Кроме того, наряду с отмеченной ограниченной возможностью метода в ос уществле нии кач ест вен ног о рафинирования больших масс расплава при

i использовании фильтров отмечается также высокий расход тепловой энергии, связанный с необходимостью перегрева сплава и подогрева гранул адсорбента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обработки расплавленного алюминия, включающий подачу расплавленного металла в емкость с расплавом флюса, перемешивание расплавов металла и флюса с одновременной продувкой инертным газом и отеделение металла от флюса. В этом способе около 8 т алюминия в час пропускают:через устройство, состоящее из трех зон или камер, последовательно соединенных между собой. В первой зоне (перемешивания) жидкие фазы .металла и флюса вовлекаются в движение с помощью дискового импеллера мешалки и перемешиваются. B этой же зоне в целях дегазации рафинируемого металла через расплав пропускают неактивный газ. Во второй зоне (сепарации) происходит отделение флюса, содержащего окисные включения и часпично газы, от металла, подвергнутогр очистке в камере смешения. Третья камера устройства предназначена для раздачи очищенного металла (3 ).

Этому методу рафинирования также присущи недостатки, суть которьм состоит в следующем. Известно, что вероятность возникновения газового пузырька Л характеризуетея зависимостью

1ЬМ,„„1

h=kexP зкт р-р ) где 6 " поверхностное натяжение на границе жидкость-газ;

R - универсальная газовая постоянная;

k - коэффициент пропорциональности

Т вЂ” температура, (Р-Р1) — падение давления в системе.

Из приведенной зависимости (1) следует, что h тем выше, чем ниже поверхностное натяжение Й,„г и чем больше перепад давления .(Р-Р,) в системе. При интенсивном перемеши3 1118 вании одновременно большой массы металла флюса и газа в зоне смешения вероятность возникновения пузырьков. барботируемого газа и эффективность их воздействия на рафинируемый сплав при прочих равных условиях бу5 дут невелики, что следует связать с высоким поверхностным натяжением

C . „дисперсионной фазы (в основном жидкого алюминия) и ее турбулиэацией, 10 вызванной воздействием дискового импеллера мешалки. Качество рафинирования также во многом определяется количеством встреч рафинирующей фазы (флюса) с неметаллическими

15 частицами, взвешенными в обрабатываемом металле. В этом плане достижение капельного состояния флюса в среде металла (эмульгирование) спо1 собствует повышению глубины очистки

20 последнего. Однако метод подачи жидкого металла под слой флюса, принятый в прототипе, не способствует эмульгированию расплава соли в среде жидкого алюминия. Лишь применение мешалки в известной степени способствует увеличению поверхности контакта рафинирующей фазы и жидкого металла. Но при значительном количестве обрабатываемого металла трудно ждать его эффективной проработки даже в

30 том случае, если бы весь флюс замешивался импеллером в объем жидкого алюминия ° Из описания и схемы работы устройства-прототипа следует, что лишь ограниченное количество 35 флюса из его слоя может быть введено в глубину металла в камере смешения.

Агрегаты, подобные приведенному в прототипе, часто встраиваются между .миксером и кристаллизатором и обычно используются при непрерывном литье деформируемых металлов и сплавов. Применение таких устройств для обработки литейных сплавов затрудни- 45 тельно, так как даже при массовом производстве фасонных отливок процесс разливки металла по формам организует ся дискретно. В этом случае металл отдельными порциями поступает иэ печи;или миксера в разливочный ковш, масса жидкого алюминиевого сплава в котором редко превышает 1000 кг.

Цель изобретения — повышение степени рафинирования сплава от газо- 55 вых неметаллических примесей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рафинирования

ГОЗ 4 сплавов на основе алюминия, включающему подачу расплава металла в емкость с расплавом флюса, перемешивание расплавов металла и флюса с одновременной продувкой инертным газом и отделение металла от флюса, распЛав флюса перед подачей в него расплава металла продувают инертным газом.

Предварительная подготовка флюса заключается в его заливке на дно ковша и продувке флюсовой ванны инертным газом еще до начала заполнения емкости жидким металлом. Вероятность зарождения пузырей 21, согласно зависимости (1), в неперейешиваемом жидком флюсе выше, чем в том случае, когда металл, флюс и гаэ вовлекаются в интенсивное перемешивание, как это предусмотрено в прототипе, ибо в последнем случае дисперсионная фаза в основном состоит из жидкого алюминия, поверхностное натяжение которого на порядок величины выше поверхностного натяжения флюса .

Из этого вытекает возможность более полной проработки всей массы металла в ковше за счет дробления флюеовой ванны на отдельные капли и флюсогаэовые пузыри, всплывающие в жидком металле не только во время заполнения ковша, но и в процессе выстаивания, когда происходит разделение мЕтаЛла и флюса при всплывании капель последнего. Кроме того, высокая степень рафинирования металла согласно предлагаемому способу в отличие от прототипа объясняется еще и тем, что жидкий флюс в компактном фазовом слое испытывает двойное эмульгирующее воздействие, в результате соударения со струей металла и от продуваемого газа. Следовательно, капельное состояние рафинирующей фазы в жидком металле осуществляется за счет ее предвар гпельного диспергирования. С другой, 1 стороны, согласно прототипу диспергирование жидкого флюса осуществляется без соударения и не на предварительной стадии, а в процессе его перемешивания с большими массами металла, подаваемого в камеру смешения, когда каплеобразование рафинирующей фазы происходит при значительном гидродинамическом сопротивлении со стороны дисперсионной среды, вследствие которого затруднительно получение капель расплавленной соли достаточно малых размеров. В

5 11187 таких условиях, естественно снижают " и ся как поверхность взаимодействия, так и степень ассимиляции включений рафинирующей фазой.

Кроме того, продувка жидкого флюса газом, а следовательно, и замешивание солевого расплава в металл происходят как при заполнении ковша, так и нри отделении капель флюса от металла в результате выстаивания, 10 тогда как в прототипе эти операции осуществляются только при перемешивании. Известно также, что в интенсивно перемешиваемых расплавах всплывание пузырей продуваемого газа затруднено из-за осложняющего влия-, ния турбулентности, что снижает эффективность дегазации жидкого металла.

При продувке газа через. слой рас- 20 плавленного флюса, а затем и жидкого металла отмечается процесс дробления пузырьков продуваемого газа вследствие того, что они формируются в жидкости с меньшей плотностью 2э (флюс) и переходят в жидкость с большей плотностью (металл) .

Пример . Проводили рафинирование сплава АЛ32 (ГОСТ 2685-75) по предлагаемому способу. Жидкий сплав

АЛ32 приготовляли в газовой печи марки ПБ 2721. Во флюсоплавильной установке приготовили жидкий флюс, имениций состав, мас.%:

Хлористый натрий 42

Хлористый калий 50,6

Криолит 7,4

Жидкий флюс указанного состава заливали на дно разливочного ковша.

Расход флюса принимали ориентировоч- 40 но 1,5-2 мас.% от массы металла в ковше, составляющей около 400 кг. Затем во флюсовую ванну погружали улитку с отверстиями диаметром 4-5. мм

Ч»

ЭР м Ч э э (2) Плотность образ- Содержание цов., г/см включений, смэ

Ч, ЭР„

Исход- После ра Исход После ная финиро- ное рафини-! вания рования

Исход- После ное рафинирования

Прототип

0,15 2,33 2 61

О» 15 2, 21 2,61

0,15 2,12 2 61

12. 1

3 1

1 О

Способ рафи- Газосодержание. нирования сплава, см /100 г

03 d и подавали аргон. Расход аргона конт" ролировали расходомером, а его давление в трубопроводе — манометром.

Предварительно аргон очищали от кислорода и остаточной влаги. После проявления пузырей на поверхности ванны флюса начинали заполнение ков,ша жидким металлом. Температура рафинирования выдерживалась в э1ределах

680-720 С.

Результаты обработки сплава по предлагаемому способу сопоставляли с данными, приведенными в описании спо» соба-прототипа. Так, степень дегазации жидкого металла оценивали по

его газосодержанию до и после рафини-, рования, определяемому по методу

"первого пузырька". Дополнительно, отбирали пробы металла до и после рафинирования и определяли плотность металла в них методом гидростатического взвешивания. Загрязненность сплавов неметаллическими включениями оценивали по результатам осадки образцов, их надреза. и изучения изломов °, Кроме того, дополнительно изготов-, ляли металлографические шпифы из металла до и после рафинирования.

Просмотр шлифов проводили на .металлографическом микроскопе в 80 полях зрения. Эффективность рафинирования (ЭР„) оценивали по соотношению: где V средняя объемная доля, занятая включениями на шпифе, полученном из нерафинированного металла

V — то же, после рафинирования.

Результаты испытаний представлены в таблице .

1118703

Продолжение таблицы

I t

I.

Сй Ос об рафинирова ния осодержание Плотность образ- Содержание ава,смэ /100 г цов, г/см включений, смэ

V V ЭР ход- После ра Исход После я фи ниро- ное рафиниI вания рования ход- После е рафиниования

ПредлагаеNbIH

0,78

020 240 271

О, 12 2,20 2,65

О, 300 О, 015 20

0,75

8 1

0,79 0,10 2,15 2,65

9 О

О, 364 О, 013 25

20 также свидетельствуют о высокой эффективности рафинирования по предлагаемому методу.

Из анализа данных, представленных в таблице, также следует, что и газо " содержание металла, обработанного по1 предлагаемому методу, существенно ниже зафиксированного при рафинирова- нии по способу-прототипу. Это одно значно .подтверждается результатами измерения плотности образцов, а также непосредственным определением содержания газов в жидком металле, проведенным экспрессным методом первого пузырька".

Использование предлагаемого способа рафинирования по сравнению с базовым, в качестве которого принят прототип, обеспечивает воэможность более глубокой очистки сплавов от неметаллических включений н газов, повышение механических свойств металла за счет резкого снижения содержания в нем мелкодисперсных включений.

25

Составитель В.Бадовский

Редактор Т. Колб Техред .С. Мигунова Корректор О.Тигор

Заказ 7379/21 Тираж 602 Подпис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП"Патент", r. Ужгород, ул . ° Проектная, 4

По результатам изучения изломов трех партий 45 образцов (по 15 шт. в партии) только в двух образцах одной партии после рафинирования по предлагаемому способу обнаружены включения типа плен окислов. Однако их количество в переводе на 1 см площади .излома образца не превышало количества подобных дефектов, найденных в металле, обработанном по способу-прототипу. В остальных образЗО цах, полученных из металла, очищенного по предлагаемому методу, в отличие от прототипа -крупных включений не обнаружено.

Для более надежного суждения о степени очистки металла от включений в предлагаемом способе величину ЭР„ оценивали по результатам металлографического изучения шпифов, которое позволяет определить площадь не толь-4б ко крупных, но н мелкодисперсных включений, видимых в полях зрения микроскопа. Результаты этой .оценки

15 О О 225 О 009 25.