RU2415733C1 - Method of aluminium alloy cleaning - Google Patents
Method of aluminium alloy cleaning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415733C1 RU2415733C1 RU2009145814/02A RU2009145814A RU2415733C1 RU 2415733 C1 RU2415733 C1 RU 2415733C1 RU 2009145814/02 A RU2009145814/02 A RU 2009145814/02A RU 2009145814 A RU2009145814 A RU 2009145814A RU 2415733 C1 RU2415733 C1 RU 2415733C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- crystallization
- mold
- intermetallic compounds
- periphery
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургическому и литейному производству. Сегодня вторичный алюминий превратился в один из важнейших ресурсов металла. По данным Ассоциации алюминиевых комбинатов и аффинажных предприятий Европы наблюдается устойчивый рост экспорта алюминиевого лома странами ЕС с 147 тыс. тон в 2004 году до 375 тыс. т в 2005 году. При этом тенденция роста накопления и экспорта алюминиевого лома сохраняется по настоящее время. Этот рост определяется, в частности, ростом доли алюминия, используемого в транспортных средствах и других образцах сложной техники, однако такой алюминий все в большей степени используется «не в чистой форме», а в виде комбинированных материалов, которые не могут быть, например, переплавлены в новые чистые деформируемые сплавы. В традиционной практике соответствие техническим требованиям к сплавам, в которых используется вторсырье, обычно обеспечивается путем разбавления утилизированного металлолома первичным металлом, что снижает экономический эффект от применения более дешевого вторсырья. Задача состоит в уменьшении доли первичного алюминия вплоть до полного отказа и создании технологий, позволяющих создавать деформируемые сплавы с использованием 100% вторсырья.The invention relates to metallurgy and foundry. Today, recycled aluminum has become one of the most important metal resources. According to the Association of Aluminum Smelters and Refineries in Europe, there has been a steady increase in the export of aluminum scrap by EU countries from 147 thousand tons in 2004 to 375 thousand tons in 2005. At the same time, the trend of growth in the accumulation and export of aluminum scrap remains to the present. This growth is determined, in particular, by the increase in the share of aluminum used in vehicles and other samples of complex equipment, however, such aluminum is increasingly used “not in pure form”, but in the form of combined materials that cannot be remelted, for example into new clean deformable alloys. In traditional practice, compliance with the technical requirements for alloys that use recyclables is usually achieved by diluting scrap metal with primary metal, which reduces the economic effect of using cheaper recyclables. The challenge is to reduce the proportion of primary aluminum to the point of complete failure and to create technologies to create wrought alloys using 100% recyclable materials.
Известны способы формирования в массе расплавленного металла интерметаллических композитов, например, путем добавления определенных элементов, которые способны связывать примеси с образованием интерметаллических композитов, содержащих примеси металлов, с последующим удалением этих частиц, в результате чего остается чистый алюминий. Теоретически эти способы способны обеспечить высокую чистоту металла. Однако на практике отделение интерметаллидов оказывается гораздо более сложным, в чем, собственно, и заключается основная проблема. Частицы интерметаллидов существенно отличаются от обычных включений, присутствующих в алюминиевых сплавах, как с точки зрения физических характеристик, так и с точки зрения объемного содержания. Так, плотность большинства интерметаллидов гораздо больше, чем у алюминия. С точки зрения объемного содержания присутствие типичных интерметаллических образований, таких как Аl6М3, образованного из 0,5% (по весу) присутствующего в алюминии марганца, или Al3Fe4, образованного из 0,5% (по весу) присутствующего в алюминии железа, в алюминиевых сплавах будет в 10000 раз больше, чем включений, и это очевидным образом влияет на эффективность процесса разделения.Known methods for forming intermetallic composites in a mass of molten metal, for example, by adding certain elements that are able to bind impurities to form intermetallic composites containing metal impurities, followed by removal of these particles, resulting in pure aluminum. Theoretically, these methods are able to provide high purity of the metal. However, in practice, the separation of intermetallic compounds is much more complicated, which, in fact, is the main problem. Particles of intermetallic compounds significantly differ from ordinary inclusions present in aluminum alloys, both in terms of physical characteristics and in terms of volumetric content. So, the density of most intermetallic compounds is much higher than that of aluminum. In terms of volumetric content, the presence of typical intermetallic formations such as Al 6 M 3 formed from 0.5% (by weight) of manganese present in aluminum, or Al 3 Fe 4 formed from 0.5% (by weight) present in aluminum iron, in aluminum alloys there will be 10,000 times more than inclusions, and this obviously affects the efficiency of the separation process.
Из уровня техники известны различные способы отделения интерметаллидов.Various methods for separating intermetallic compounds are known in the art.
Например, известен метод частичного затвердевания расплава с последующим «вымыванием» интерметаллидов под давлением более 1000 бар в магнитном поле с напряжением более 300 Т с добавлением активных элементов для получения модифицированных интерметаллических композитов. Этот способ сегодня признается наиболее эффективным для получения крупных частиц интерметаллидов при переработке измельченных отходов утилизированных автомобилей.For example, the method of partial solidification of the melt with the subsequent “washing out” of intermetallic compounds under a pressure of more than 1000 bar in a magnetic field with a voltage of more than 300 T with the addition of active elements to produce modified intermetallic composites is known. This method is today recognized as the most effective for producing large particles of intermetallic compounds in the processing of crushed waste from utilized vehicles.
Метод химического воздействия строится на возможности применения поверхностных фильтров, которые химически взаимодействуют с отдельными типами интерметаллидов. Метод селективного осаждения заключается в введении реактивного твердого «холодного кулака» в расплав, что позволяет избирательно удалять из него отдельные типы интерметаллидов.The method of chemical exposure is based on the possibility of using surface filters that chemically interact with certain types of intermetallic compounds. The method of selective deposition consists in introducing a reactive solid “cold fist” into the melt, which allows one to selectively remove certain types of intermetallic compounds from it.
Метод центробежной сепарации для задач алюминиевой отрасли имеет ограниченное применение. В принципе этот способ мог бы оказаться целесообразным для отделения крупных интерметаллических частиц, но для отделения частиц малого размера он не подходит.The centrifugal separation method for the tasks of the aluminum industry has limited application. In principle, this method might be appropriate for separating large intermetallic particles, but it is not suitable for separating small particles.
Метод осаждения основан на принципе гравитационного разделения за счет различной плотности двух фаз. Скорость осаждения может быть рассчитана по формуле, если взять значение плотности, вязкости и эквивалентные диаметры частиц. Но этот способ разделения эффективен лишь для некоторой части интерметаллидов.The deposition method is based on the principle of gravitational separation due to the different densities of the two phases. The deposition rate can be calculated by the formula, if we take the value of density, viscosity and equivalent particle diameters. But this separation method is effective only for some part of the intermetallic compounds.
Фильтрация. Существуют различные ее варианты. Фильтрация в глубоком слое оказалась слишком дорогой, однако применение фильтров из керамической пены может быть приемлемой, однако из-за большого количества интерметаллических частиц фильтры быстро засоряются.Filtration. There are various options for it. Filtering in the deep layer was too expensive, however, the use of ceramic foam filters may be acceptable, however, due to the large number of intermetallic particles, the filters become clogged quickly.
Флотация. Этот способ заключается в создании огромного количества мелких пузырьков (диаметром 5-20 мм) с использованием аргона, азота или хлора, которые принудительно пропускают сквозь расплав и уносят с собой включения. Эффективность этого способа в значительной степени зависит от размера частиц.Flotation. This method consists in creating a huge number of small bubbles (with a diameter of 5-20 mm) using argon, nitrogen or chlorine, which are forced to pass through the melt and carry inclusions with them. The effectiveness of this method is largely dependent on particle size.
В основе метода зонного переплава очистки лежит физическое явление оттеснения примесей в расплав растущим кристаллом, то есть фронтом кристаллизации при поли- или монокристаллическом строении твердого тела. Известны различные варианты (очистки) зонного рафинирования расплавов (Pfann W.G. «Zone Melting», Wiiey, N. Y., 1958; Chalmers В. «Principles of Solidifioation» 1968, p.144), основанные на многократном повторении цикла локальной плавки, причем эта локальная зона перемещается в пространстве, организуя синхронное передвижение фронта кристаллизации. Фронт кристаллизации при этом в поперечном сечении слитка носит явно параболическую форму.The method of zone remelting of purification is based on the physical phenomenon of the displacement of impurities into the melt by a growing crystal, that is, the crystallization front during the poly- or single-crystal structure of a solid. There are various options (purification) of zone refining of melts (Pfann WG "Zone Melting", Wiiey, NY, 1958; Chalmers B. "Principles of Solidifioation" 1968, p. 144), based on the repeated repetition of the local melting cycle, and this local zone moves in space, organizing the synchronous movement of the crystallization front. The crystallization front in this case in the cross section of the ingot is clearly parabolic.
Кроме этого на микроуровне фронт кристаллизации (ФК) не плоский за счет альтернативного фронта дендритов, что резко ухудшает «очистительные» функции ФК. Дендритный или, как самый лучший случай, ячеистый ФК частично задерживает примеси, адсорбенты, локализуя их порой в периодически распределенные в пространстве структуры. В таких случаях требуется совершить 5-7 циклов переплава для устранения, например, примесей порядка 9-10%.In addition, at the micro level, the crystallization front (FC) is not flat due to the alternative dendrite front, which sharply worsens the “cleaning” functions of the FC. Dendritic or, as the best case, cellular FA partially retains impurities and adsorbents, sometimes localizing them in structures periodically distributed in space. In such cases, 5-7 remelting cycles are required to eliminate, for example, impurities of the order of 9-10%.
Известны способы получения моноструктур, которые все без исключения основаны на создании в расплаве переохлаждений, соответствующих (ориентировочно) максимуму линейной скорости роста кристаллов (Csochralski J.Z., Physik. Chem. 1917, Bd 92, S.219.; Chalmers B. Principles of Soli-dification, 1968, p.280).Known methods for producing monostructures, which are without exception based on the creation of supercooling in the melt corresponding to (approximately) the maximum linear crystal growth rate (Csochralski JZ, Physik. Chem. 1917, Bd 92, S.219 .; Chalmers B. Principles of Soli- dification, 1968, p. 280).
Известный способ принят в качестве прототипа для заявленного решения.The known method is adopted as a prototype for the claimed solution.
При этом для получения требуемой кристаллографической ориентации необходимо применение соответствующим образом установленных затравок.In this case, to obtain the desired crystallographic orientation, it is necessary to use appropriately established seeds.
Недостаток такого способа заключается в физической невозможности совмещения в одном технологическом процессе очистки и выращивания моноструктур. Кроме того, физически невозможно существенно увеличить производительность зонной очистки и скорость выращивания моноструктур.The disadvantage of this method is the physical impossibility of combining in one technological process of cleaning and growing monostructures. In addition, it is physically impossible to significantly increase the efficiency of zone cleaning and the growth rate of monostructures.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа производства особо чистых металлов и монокристаллов из них с использованием исключительно алюминиевого лома, который позволяет совместить процесс эффективной очистки расплавов с выращиванием моно- или квазимонокристаллических структур, что позволяет получить из алюминиевого лома рафинированного алюминий с выводом интерметаллидов в локальную зону, удаляемую механически.The basis of the present invention is the creation of a method for the production of highly pure metals and single crystals from them using exclusively aluminum scrap, which allows you to combine the process of effective cleaning of melts with the cultivation of mono- or quasimonocrystalline structures, which allows to obtain refined aluminum from aluminum scrap with the conclusion of intermetallic compounds in the local area removed mechanically.
Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки алюминиевых сплавов заключается в том, что в расплав, подготавливаемый в печи, вводят элементы, адекватные данному химическому составу расплавленного алюминиевого лома для связывания примесей в интерметаллических композитах, затем расплав с введенными в него элементами перегревают на величину, достаточную для завершения процесса кристаллизации плоским фронтом кристаллизации от периферии к центру до достижения остывающим расплавом температуры ликвидус, и перегретый расплав заливают во вращающуюся для обеспечения гравитационного коэффициента центробежных сил в диапазоне от 20 до 500 изложницу ротора центрифуги, термодинамические характеристики футеровки изложницы которой анизотропны в радиальном направлении для обеспечения преимущественного теплостока в периферийной части отливки, после заливки расплава в изложницу ротора центрифуги обороты ротора сохраняют постоянными или увеличивают синхронно скорости перемещения фронта кристаллизации от периферии к центру при сохранении в области, примыкающей к фронту кристаллизации, заданное значение гравитационного коэффициента от 20 до 500 до достижения в процессе остывания температуры солидус для блокирования процессов, идущих в обычных условиях в металлах в диапазоне температур ликвидус - солидус, а после остывания отливку подвергают механической обработке для удаления центральной части, насыщенной включениями и интерметаллидами, вытесненными в нее плоским фронтом кристаллизации.The specified technical result is achieved by the fact that the method for cleaning aluminum alloys consists in introducing elements into the melt prepared in the furnace that are adequate to the chemical composition of molten aluminum scrap to bind impurities in intermetallic composites, then the melt with the elements introduced into it is overheated by sufficient to complete the crystallization process with a flat crystallization front from the periphery to the center until the liquidus reaches a cooling melt, and are superheated the melt is poured into a centrifugal rotor mold rotating in order to provide a gravitational coefficient of centrifugal forces in the range from 20 to 500, the thermodynamic characteristics of the liner of the mold are anisotropic in the radial direction to provide preferential heat in the peripheral part of the casting, after the melt is poured into the centrifuge rotor mold, the rotor speed is kept constant or synchronously increase the speed of movement of the crystallization front from the periphery to the center while maintaining in the region adjacent leading to the crystallization front, the set value of the gravitational coefficient is from 20 to 500 until the solidus temperature is reached in the cooling process to block the processes that occur under normal conditions in metals in the liquidus - solidus temperature range, and after cooling, the casting is machined to remove the central part saturated inclusions and intermetallic compounds displaced into it by a flat crystallization front.
На чертеже - схема структуры расплава алюминиевого лома с интерметаллидами при вращении на центрифугальной установке.In the drawing - a diagram of the structure of the molten aluminum scrap with intermetallic compounds during rotation on a centrifugal installation.
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению технического алюминия заданной чистоты из недоочищенного алюминиевого лома. Предлагаемый способ очистки алюминия состоит из печного процесса подготовки и обработки расплава, кристаллизации его кольцевым фронтом кристаллизации после перелива расплава во вращающийся ротор-кристаллизатор центрифугальной машины и последующей механической обработки полученной отливки с удалением центральной части с высокой концентрацией вытесненных кольцевым фронтом кристаллизации примесей.The invention relates to metallurgy, in particular to the production of technical aluminum of a given purity from under-purified aluminum scrap. The proposed method for purification of aluminum consists of a furnace process for preparing and processing the melt, crystallizing it with an annular crystallization front after overflowing the melt into a rotating rotor-crystallizer of a centrifugal machine, and subsequent machining of the obtained casting with the removal of the central part with a high concentration of impurities displaced by the annular crystallization front.
Для формирования частиц интерметаллических композитов, содержащих примеси металлов в расплаве, на этапе печной подготовки расплава в него добавляют и гомогенно распределяют известные элементы, которые способны связывать подлежащие удалению металлические компоненты расплава недоочищенного алюминиевого лома. Перед заливкой в кристаллизатор 1 центрифуги расплав подвергают технологическому перегреву над температурой ликвидус расплава лома. Условия для направленной кристаллизации обеспечиваются путем создания в расплаве силового поля центробежных сил, при этом в нем формируется неравномерно распределенное давление P(ti). В зонах с более высоким давлением при равномерном охлаждении расплава создаются приоритетные условия для начала кристаллизации.To form particles of intermetallic composites containing metal impurities in the melt, at the stage of the furnace preparation of the melt, known elements are added to it and homogeneously distributed, which are able to bind the metal components of the melt of the unrefined aluminum scrap to be removed. Before pouring the centrifuge into the
Для синхронизации термодинамических характеристик кристаллизатора с температурой расплава изложницу кристаллизатора центрифугальной машины футеруют (подогревают).To synchronize the thermodynamic characteristics of the mold with the melt temperature, the mold of the mold of the centrifugal machine is lined (heated).
Для осуществления способа скорость вращения кристаллизатора доводят до получения в периферийной зоне расплава давления, необходимого для увеличения температуры его кристаллизации на величину, равную интервалу метастабильности расплава. При этом в силу абсолютной идентичности процессов кристаллизации во вращающейся изложнице при каждой величине радиуса r образуется кольцевой фронт кристаллизации 2, движущийся (стрелка 3) от периферийной части к центру, перемещая все невостребованные процессом кристаллизации неметаллы и интерметаллиды в центральную зону 4. В дальнейшем центральная часть отливки с концентрированными примесями неметаллов, лжеметаллов и металлидов механически удаляется.To implement the method, the mold rotation speed is adjusted to obtain in the peripheral zone of the melt the pressure necessary to increase its crystallization temperature by an amount equal to the melt metastability interval. Moreover, due to the absolute identity of the crystallization processes in the rotating mold, an
На чертеже изображена схема вращения вокруг оси А-А расплава 5 алюминиевого лома с большим содержанием интерметаллидов и других примесей, подлежащий очистке (рафинированию). Теплоотвод 6 осуществляется с периферийной зоны. Расплав в футерованной изложнице кристаллизатора центрифугальной машины в каждом сечении радиуса изложницы находится под воздействием центрифугального ускорения ω2R.The drawing shows a rotation diagram around the axis AA of the
Воздействуя на объем расплава V с плотностью γ, это ускорение формирует центробежную силу Fc:Acting on the volume of melt V with density γ, this acceleration forms a centrifugal force F c :
где g - среднее значение ускорения свободного падения на уровне Земли.where g is the average value of the acceleration of gravity at Earth level.
Данное безразмерное значение обозначено как гравитационный коэффициент Gk.This dimensionless value is indicated as the gravitational coefficient G k .
Тогда в каждом сечении расплава действует сила, пропорциональная массе расплава в сечении и гравитационному коэффициенту сечения. Эта сила формирует давление Р:Then, in each section of the melt, a force is acting proportional to the mass of the melt in the section and the gravitational coefficient of the section. This force forms pressure P:
где h - глубина погружения рассматриваемого объема расплава при вертикальной оси вращения кристаллизатора центрифуги. Последнее слагаемое учитывает гидростатическое давление.where h is the immersion depth of the considered melt volume with a vertical axis of rotation of the centrifuge mold. The last term takes into account hydrostatic pressure.
Формируя направленный теплоотвод и давление, описанное формулой (2), получают плоский фронт кристаллизации 2, устремленный в радиальном направлении к оси А-А. По мере продвижения к центру давление перед фронтом кристаллизации уменьшается по мере уменьшения радиуса, что приводит к изменению процессов кристаллизации. В этом случае, исходя из термодинамических характеристик изложницы ротора центрифуги задают требуемую величину температуры кристаллизации расплава Ткр, выше Тл - температуры ликвидус данного сплава. Это создает различие в исходных условиях, при котором даже при синхронном объемном охлаждении создается четкий приоритет по началу кристаллизации с его периферийной части, равноудаленной от оси вращения. Имея в виду, что получить нужное значение Tx кр (2-6°C выше Тл) возможно при повышении давления в расплаве, аппроксимируют зависимость Тx кр(Рх), например, линейным полиномомForming a directed heat sink and pressure described by formula (2), a
где α - угловой коэффициент зависимости Tх кр(Рх), и получаем требуемое давлениеwhere α is the angular coefficient of dependence T x cr (P x ), and we obtain the required pressure
По данным о конкретной интенсивности теплоотвода рассчитывают скорость перемещения фронта кристаллизации, что идентично заданию функции изменения во времени радиусовAccording to the data on the specific heat sink intensity, the speed of movement of the crystallization front is calculated, which is identical to defining the function of the radius change
Из формулы (2) определяется требуемая угловая скорость вращения формыFrom the formula (2) the required angular velocity of rotation of the form is determined
где Δ=r(t)-ro(t);where Δ = r (t) -r o (t);
Δ - требуемая толщина стабилизирующего слоя около фронта кристаллизации.Δ is the required thickness of the stabilizing layer near the crystallization front.
Формула (4) определяет в зависимости от текущей координаты фронта кристаллизации точное значение потребной угловой скорости сечения, то есть в ходе кристаллизации для поддержания идентичных по прикладываемому давлению на фронте кристаллизации условий необходимо непрерывно изменять в большую сторону скорость вращения кристаллизатора.Formula (4) determines, depending on the current coordinate of the crystallization front, the exact value of the required angular velocity of the cross section, i.e., during crystallization, in order to maintain the conditions identical to the applied pressure at the crystallization front, it is necessary to continuously change the speed of the mold rotation.
Анализ уравнения Клаузиса-Клайперона показывает, что повышение давления в расплаве приводит к адекватному повышению его температуры кристаллизации. Кроме повышения температуры фазового перехода в сложных системах происходит и качественное изменение диаграммы состояния, т.е. появление новых или изменение свойств уже известных фаз. Повышение температуры кристаллизации при наличии давления в общем случае нелинейно и адекватно появлению в расплаве переохлаждения адекватного величине давления. Судьба фазового перехода в твердое состояние решится в зависимости от соотношения значения величины переохлаждения ΔT и интервала метастабильности ΔТм. Данный способ создания переохлаждения ΔT, a следовательно кристаллизации, характерен тем, что сформировать отливку можно в общем случае без понижения температуры. После завершения процесса движения плоского фронта кристаллизации от периферии к центру завершается процесс кристаллизации и охлаждать отливку можно в любом темпе, что никак не скажется на ее структуре. Таким образом, достаточное градиентное поле давления, создающееся во вращающейся с заданной скоростью изложнице кристаллизатора центрифуги с расплавом, создает в расплаве аналогичным образом распределенное поле переохлаждения. Формируя направленный теплоотвод и давление, описанное формулой (2), получают плоский фронт кристаллизации, устремленный в радиальном направлении к оси А-А.Analysis of the Clausis-Klaiperon equation shows that an increase in pressure in the melt leads to an adequate increase in its crystallization temperature. In addition to increasing the phase transition temperature in complex systems, a qualitative change in the state diagram occurs, i.e. the appearance of new or change in the properties of already known phases. An increase in the crystallization temperature in the presence of pressure is generally nonlinear and adequate to the appearance of an adequate pressure in the melt of supercooling. The fate of the solid state phase transition will be decided depending on the ratio of the value of the subcooling ΔT and the metastability interval ΔTm. This method of creating subcooling ΔT, and therefore crystallization, is characteristic in that a casting can be formed in the general case without lowering the temperature. After completion of the process of movement of the planar crystallization front from the periphery to the center, the crystallization process is completed and the casting can be cooled at any rate, which will not affect its structure. Thus, a sufficient gradient pressure field created in a mold of a centrifuge with a melt rotating at a given speed creates a similarly distributed subcooling field in the melt. By forming a directed heat sink and pressure described by formula (2), a flat crystallization front is obtained, directed in the radial direction to the axis AA.
Исходя из конструктивных особенностей изложницы вращающегося кристаллизатора центрифуги, определяющей скорость протекания термодинамических процессов, задаем заданное значение технологического перегрева расплава над температурой ликвидус, обеспечивающий завершение процесса движения плоского фронта кристаллизации в поле искусственного переохлаждения до понижения температуры расплава ниже температуры ликвидус. Очевидный и технологически необходимый вывод из вышесказанного заключается в необходимости продолжать обработку затвердевшего в искусственном градиентном поле переохлаждения отливка до достижения им в процессе охлаждения температуры солидус, тем самым исключив процессы, происходящие в обычных условиях в интервале температур ликвидус и ниже солидус.Based on the design features of the mold of a rotating centrifuge mold, which determines the rate of thermodynamic processes, we set the set value of the technological overheating of the melt above the liquidus temperature, which ensures the completion of the process of movement of the flat crystallization front in the field of artificial supercooling until the melt temperature drops below the liquidus temperature. An obvious and technologically necessary conclusion from the foregoing is the need to continue processing the casting hardened in an artificial gradient field of supercooling until it reaches solidus temperature during cooling, thereby eliminating processes occurring under ordinary conditions in the liquidus temperature range and below solidus.
Эффективность предлагаемого изобретения многократно проверялась в ходе многочисленных опытных и полупромышленных плавок, проводимых компанией Advanced Alloys S.A в рамках всех работ, ведущихся компанией над технологией «Выше ликвидус», то есть обработка и кристаллизация металлов и сплавов в нестационарных силовых полях различной природы в поле температур выше температуры ликвидус, подкрепленных многими патентами. При проведении работ по этой технологии всегда как побочное явление наблюдается процесс рафинирования с концентрацией вытесненных плоским фронтом кристаллизации примесей в центральной области кольцевой отливки. Эффективность данного изобретения проверена на чистом алюминии А 99. Минимальная эффективность опытных плавок по очистке технически чистого алюминия наблюдалась при использовании исходного сырья чистотой 99,995%, на выходе получался алюминий чистотой 99,9991%. Максимальная эффективность наблюдалась при получении алюминия чистотой 99,99997% из сырья 99,995% за один цикл рафинирования.The effectiveness of the invention was repeatedly tested during numerous pilot and semi-industrial swimming trunks conducted by Advanced Alloys SA as part of all the work carried out by the company on the Higher Liquidus technology, that is, processing and crystallization of metals and alloys in non-stationary force fields of various nature in a temperature field above liquidus temperatures, backed by many patents. When carrying out work on this technology, a refining process with a concentration of impurities displaced by a flat crystallization front in the central region of the ring casting is always observed as a side effect. The effectiveness of this invention was tested on pure aluminum A 99. The minimum efficiency of the experimental swimming trunks for the purification of technically pure aluminum was observed when using raw materials with a purity of 99.995%, the output was aluminum with a purity of 99.9991%. Maximum efficiency was observed when producing aluminum with a purity of 99.99997% from 99.995% of raw materials in one refining cycle.
Опыты, проведенные по очистке промышленного лома, также показали высокую эффективность данного изобретения. При этом в лабораторной уровневой печи в ходе подготовки расплава в расплав вводили, помимо флюса, известные элементы, адекватные данному химическому составу расплавленного алюминиевого лома для связывания примесей в интерметаллических композитах. В дальнейшем отделяли осадок (болото) и снимали с поверхности расплава (зеркала) слой плевен и остатки флюса до образования чистого зеркала расплава. Одновременно, перед заливкой обработанный расплав перегревали до 920°С, что в данном кристаллизаторе достаточно для завершения процесса кристаллизации плоским фронтом кристаллизации от периферии к центру до достижения остывающим расплавом температуры ликвидус.The experiments conducted on the purification of industrial scrap, also showed the high efficiency of this invention. At the same time, in the laboratory level furnace, in addition to flux, known elements were introduced into the melt during the preparation of the melt that were adequate to the given chemical composition of molten aluminum scrap to bind impurities in intermetallic composites. Subsequently, a precipitate (swamp) was separated and a layer of hymen and flux residues were removed from the surface of the melt (mirror) to form a clean melt mirror. At the same time, before pouring, the treated melt was overheated to 920 ° С, which in this mold is sufficient to complete the crystallization process with a flat crystallization front from the periphery to the center until the liquidus reaches the cooling temperature of the melt.
Затем технологически достаточно перегретый расплав заливался во вращающийся с футерованной изложницей ротор центрифуги, футеровка 7 изложницы кристаллизатора обеспечивает скорость остывания расплава в изложнице при температуре перегретого расплава 920°С, достаточную для реализации процесса кристаллизации плоской волной до достижения результата. При этом термодинамические характеристики изложницы анизотропны в радиальном направлении для обеспечения преимущественного теплостока в периферийной части отливки (см. чертеж).Then, a technologically sufficiently superheated melt was poured into a centrifuge rotor rotating with a lined mold, the
Обороты ротора центрифуги, содержащего анизатропно футерованную кольцевую изложницу, устанавливали для обеспечения гравитационного коэффициента центробежных сил во внешней кольцевой границе отливки Gk=200.The rotor speed of the centrifuge containing the anisotropically lined annular mold was set to ensure the gravitational coefficient of centrifugal forces in the outer annular boundary of the casting G k = 200.
После заливки расплава в изложницу ротора центрифуги обороты ротора в одних случаях сохраняли постоянными, в других увеличивали с постоянным темпом (синхронно с движением фронта кристаллизации от периферии к центру), обеспечивающим в данном кристаллизаторе величину гравитационного коэффициента Gk=500 при достижении температуры в изложнице 660-680°С, сохраняя тем самым в области, примыкающей к фронту кристаллизации, заданное значение гравитационного коэффициента 200. Процесс обработки затвердевшего в нестационарном силовом поле центробежных сил отливка продолжали до достижения в процессе остывания температуры 400°С, для блокирования процессов, идущих в обычных условиях в металлах в диапазоне температур ликвидус - солидус. В дальнейшем вращение ротора прекращали и после остывания отливки до температуры ниже 50°С ее извлекали из кристаллизатора. После остывания отливку подвергали механической обработке для удаления центральной части, насыщенной различными включениями и интерметаллидами, вытесненными в нее плоским фронтом кристаллизации. Дальнейший сравнительный анализ химического состава исходного прессованного баночного алюминиевого лома и полученного переплава продемонстрировал возможность одним переплавом восстановить исходный материал при весовой потере от 5 до 15%.After pouring the melt into the mold of the centrifuge rotor, the rotor speed in some cases was kept constant, in others it was increased at a constant rate (synchronously with the movement of the crystallization front from the periphery to the center), providing in this mold the value of the gravitational coefficient G k = 500 when the temperature in the mold reaches 660 -680 ° С, thereby preserving in the region adjacent to the crystallization front, the set value of the gravitational coefficient 200. The process of processing centrifugal solidified in an unsteady force field The casting forces were continued until the temperature reached 400 ° С during cooling to block processes occurring under normal conditions in metals in the liquidus – solidus temperature range. Subsequently, the rotation of the rotor was stopped, and after cooling of the casting to a temperature below 50 ° C, it was removed from the mold. After cooling, the casting was machined to remove the central part saturated with various inclusions and intermetallic compounds displaced into it by a flat crystallization front. A further comparative analysis of the chemical composition of the initial pressed aluminum can scrap and the obtained remelting demonstrated the possibility of one remelting to restore the starting material with a weight loss of 5 to 15%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009145814/02A RU2415733C1 (en) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Method of aluminium alloy cleaning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009145814/02A RU2415733C1 (en) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Method of aluminium alloy cleaning |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2415733C1 true RU2415733C1 (en) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009145814/02A RU2415733C1 (en) | 2009-12-11 | 2009-12-11 | Method of aluminium alloy cleaning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2415733C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2731948C1 (en) * | 2019-10-16 | 2020-09-09 | Юрий Иванович Осипов | Method of cleaning aluminum and its alloys from intermetallides and other non-metallic inclusions |
| RU2763366C1 (en) * | 2021-06-10 | 2021-12-28 | Соловьева Мария Петровна | Method for obtaining restructured zinc |
-
2009
- 2009-12-11 RU RU2009145814/02A patent/RU2415733C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021071381A1 (en) * | 2019-10-11 | 2021-04-15 | Юрий Иванович ОСИПОВ | Method for purifying aluminium and its alloys |
| RU2731948C1 (en) * | 2019-10-16 | 2020-09-09 | Юрий Иванович Осипов | Method of cleaning aluminum and its alloys from intermetallides and other non-metallic inclusions |
| RU2763366C1 (en) * | 2021-06-10 | 2021-12-28 | Соловьева Мария Петровна | Method for obtaining restructured zinc |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nafisi et al. | Semi-solid processing of aluminum alloys | |
| Mohammed et al. | Semisolid metal processing techniques for nondendritic feedstock production | |
| Ebhota et al. | Centrifugal casting technique baseline knowledge, applications, and processing parameters: overview | |
| CN110538977B (en) | Multidimensional shear flow casting device and method for weakening alloy segregation | |
| WO2007126114A1 (en) | Casting method and apparatus | |
| FR2902800A1 (en) | PROCESS FOR RECYCLING SCRAP OF ALUMINUM ALLOY FROM THE AERONAUTICAL INDUSTRY | |
| JP2014039958A (en) | Coagulation microstructure of molding mold molded by aggregate-using casting mold | |
| CA2766721A1 (en) | Method of removal of impurities from silicon | |
| JP3329013B2 (en) | Continuous refining method and apparatus for Al-Si aluminum scrap | |
| WO2019077892A1 (en) | Al ALLOY RECOVERY METHOD | |
| Jie et al. | Separation and purification of Si from solidification of hypereutectic Al–Si melt under rotating magnetic field | |
| US3374089A (en) | Centrifugal separation | |
| RU2415733C1 (en) | Method of aluminium alloy cleaning | |
| CN103736946A (en) | Method for manufacturing high-purity metal and alloy cast ingot with completely-equiaxed grain structure | |
| Ma et al. | Grain refinement effect of a pulsed magnetic field on as-cast superalloy K417 | |
| Sun et al. | Removal of Fe from molten Al by filtration in a centrifuge | |
| US3537695A (en) | Apparatus for centrifuging | |
| JP6800128B2 (en) | How to regenerate Al alloy | |
| Benjunior et al. | Direct thermal method pouring temperature and holding time effect on aluminium alloy 6061 microstructure | |
| JP2636162B2 (en) | Iron removal method of aluminum alloy material | |
| Raghunandan et al. | Processing of primary silicon and Mg2Si reinforced hybrid functionally graded aluminum composites by centrifugal casting | |
| Yang et al. | Macrosegregation behavior of solute Cu in the solidifying Al-Cu alloys in super-gravity field | |
| Sun et al. | A new process for efficient purification of 6061 aluminum alloy scrap under semi-solid and super-gravity conditions | |
| Peter et al. | Some considerations on the structure refinement in al-based alloys | |
| Tian et al. | Electro-pulse modification and reheating process for production of thixotropic microstructure in AlSi7Mg alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111212 |