RU2668640C1 - Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys - Google Patents
Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668640C1 RU2668640C1 RU2017138042A RU2017138042A RU2668640C1 RU 2668640 C1 RU2668640 C1 RU 2668640C1 RU 2017138042 A RU2017138042 A RU 2017138042A RU 2017138042 A RU2017138042 A RU 2017138042A RU 2668640 C1 RU2668640 C1 RU 2668640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- aluminum
- vacuum
- ladle
- alloys
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B21/00—Obtaining aluminium
- C22B21/06—Obtaining aluminium refining
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к производству алюминия и может быть использовано на алюминиевых заводах для рафинирования алюминия и алюминиевых сплавов от водорода и других неметаллических включений.The invention relates to the production of aluminum and can be used in aluminum plants for refining aluminum and aluminum alloys from hydrogen and other non-metallic inclusions.
Уровень техникиState of the art
Стратегия производства продукции с высокой добавленной стоимостью на алюминиевых заводах заключается в расширении номенклатуры и повышении качества выпускаемого металла. Одним из приоритетов в этом направлении является снижение содержания в алюминии и его сплавах неметаллических включений, в том числе газовых примесей. Водород является одной из наиболее значимых газовых примесей, оказывающей влияние на технологические свойства продукции из алюминия и его сплавов. Необходимость снижения содержания водорода в алюминии и его сплавах продиктована всевозрастающими требованиями к качеству товарной продукции.The strategy for the production of high value-added products at aluminum smelters is to expand the range and improve the quality of the metal produced. One of the priorities in this direction is to reduce the content of non-metallic inclusions in aluminum and its alloys, including gas impurities. Hydrogen is one of the most significant gas impurities that affects the technological properties of products from aluminum and its alloys. The need to reduce the hydrogen content in aluminum and its alloys is dictated by ever-increasing requirements for the quality of marketable products.
Аппаратурно-технологическая схема транспортировки, подготовки и разливки металла в товарную продукцию на алюминиевых заводах включает следующие основные операции:The hardware-technological scheme of transportation, preparation and casting of metal into commercial products at aluminum smelters includes the following main operations:
1. Выливка алюминия-сырца из электролизеров вакуум-транспортными ковшами со съемной крышкой емкостью 4÷5 т по алюминию.1. Casting raw aluminum from electrolyzers by vacuum transport ladles with a removable lid with a capacity of 4 ÷ 5 tons for aluminum.
2. Транспортировка металла в вакуум-транспортных ковшах из корпусов электролиза в литейный цех или литейное отделение.2. Transportation of metal in vacuum transport ladles from electrolysis housings to a foundry or foundry.
3. Охлаждение металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер.3. Metal cooling in vacuum transport ladles before pouring into the mixer.
4. Заливка металла из вакуум-транспортных ковшей в миксер до его заполнения. Введение легирующих добавок, обработка металла в миксере рафинирующими и покровными флюсами, удаление шлака с поверхности готового сплава.4. Pouring metal from vacuum transport ladles into the mixer until it is full. The introduction of alloying additives, the processing of metal in the mixer by refining and coating fluxes, the removal of slag from the surface of the finished alloy.
5. Разливка расплава из миксера в крупногабаритные слитки или мелкую чушку, совмещенная с дегазацией и фильтрацией жидкого металла.5. The casting of the melt from the mixer into large ingots or small ingots, combined with degassing and filtration of liquid metal.
Заявляемое техническое решение распространяется на операцию охлаждения металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер, во время которой предусматривается рафинирование жидкого металла преимущественно от водорода с использованием вакуума.The claimed technical solution extends to the operation of cooling the metal in vacuum transport ladles before pouring into the mixer, during which the refining of liquid metal is predominantly from hydrogen using vacuum.
Известен способ рафинирования расплава алюминия в тигле (А.с. СССР №1792920, С22В 9/04, С22В 21/06, опубл. 1993 г.), при котором расплав нагревают до 700÷750°С и выдерживают в вакууме при этой температуре в течение 3÷4 часов, при этом тигель вращают со скоростью 20÷30 об/мин. В результате такой обработки в алюминии снижается концентрация нежелательных металлических примесей и водорода.A known method of refining aluminum melt in a crucible (AS USSR No. 1792920, C22B 9/04, C22B 21/06, publ. 1993), in which the melt is heated to 700 ÷ 750 ° C and kept in vacuum at this temperature within 3 ÷ 4 hours, while the crucible is rotated at a speed of 20 ÷ 30 rpm As a result of this treatment, the concentration of undesirable metallic impurities and hydrogen is reduced in aluminum.
Недостатки известного способа связаны с большой длительностью рафинирования (3÷4 часа), а также с необходимостью вращать тигель с определенной скоростью в течение заявленного времени. На алюминиевых заводах этот способ не приемлем в силу большого объема алюминия, поступающего в литейный цех или отделение на переработку в единицу времени. В связи с этим на алюминиевых заводах нет возможности вакуумной обработки жидкого металла в ковшах в течение 3÷4 часов при одновременном вращении ковшей. Кроме того, при заявленной длительной обработке расплава необходимо обеспечить дополнительный обогрев металла в ковшах.The disadvantages of this method are associated with a long refining time (3 ÷ 4 hours), as well as with the need to rotate the crucible at a certain speed for the stated time. In aluminum smelters, this method is not acceptable due to the large volume of aluminum entering the foundry or processing unit per unit time. In this regard, in aluminum plants there is no possibility of vacuum processing of liquid metal in ladles for 3 ÷ 4 hours with simultaneous rotation of ladles. In addition, with the claimed long-term processing of the melt, it is necessary to provide additional heating of the metal in the ladles.
Известно устройство вакуумной обработки алюминия или алюминиевых сплавов и способ его использования (заявка на изобретение RU №2012151557, С22В 9/00, опубл. 2014 г.). Устройство для рафинирования содержит корпус, выполненный в виде лотка, стенки которого расположены под углом 90° друг к другу и соединены с полюсами источника электрического тока, причем в нижней части лотка стенки зафиксированы в пазах балки, выполненной из материала с демпфирующими и диэлектрическими свойствами. При этом на внешних сторонах стенок закреплены источники импульсных колебаний, после которых в верхней части поперек продольной оси лотка, установлен шибер, выполненный с возможностью частичного погружения в обрабатываемый металл, а часть лотка перед шибером изолирована от атмосферы при помощи герметичного колпака соединенного с вакуум-насосом. Способ рафинирования алюминия или его сплавов при помощи заявленного устройства включает обработку металла при одновременном воздействии постоянного тока и низкочастотных несимметричных вибраций, причем обработку осуществляют в условиях герметичной вакуумированной емкости.A known device for the vacuum processing of aluminum or aluminum alloys and the method of its use (patent application RU No. 2012151557, C22B 9/00, publ. 2014). The device for refining contains a housing made in the form of a tray, the walls of which are located at an angle of 90 ° to each other and connected to the poles of the electric current source, and in the lower part of the tray the walls are fixed in the grooves of the beam made of material with damping and dielectric properties. At the same time, sources of pulsed vibrations are fixed on the outer sides of the walls, after which a slide is installed in the upper part across the longitudinal axis of the tray, which is partially immersed in the metal being processed, and the part of the tray in front of the gate is isolated from the atmosphere using a sealed cap connected to a vacuum pump . The method of refining aluminum or its alloys using the claimed device includes the processing of metal with simultaneous exposure to direct current and low-frequency asymmetric vibrations, and the processing is carried out in a sealed evacuated container.
Известное устройство и способ сложны для практической реализации на алюминиевом заводе в силу использования, наряду с вакуумированием, специфических устройств: электродов для пропускания постоянного электрического тока через толщу металла, мембран для импульсного возбуждения кавитации в толще металла, электромагнитных насосов, генераторов импульсных колебаний.The known device and method are difficult for practical implementation at the aluminum smelter due to the use, along with evacuation, of specific devices: electrodes for transmitting direct electric current through the thickness of the metal, membranes for pulsed excitation of cavitation in the thickness of the metal, electromagnetic pumps, pulsed oscillation generators.
Известен способ внепечной вакуумной обработки алюминиевых сплавов (А.с. СССР №1096295, С22В 9/00, С22В 21/06, опубл. 1984 г.), включающий вакуумирование и барботаж сплава инертным газом в ковше, с целью повышения эффективности очистки сплава от цинка, сплав перед вакуумированием подогревают до 850÷900°С, вакуумирование и барботаж инертным газом проводят так, чтобы остаточное давление в ковше в процессе обработки было равным 30÷80% от равновесного парциального давления пара цинка над сплавом, а зону барботажа непрерывно или периодически перемещают в объеме сплаваThere is a method of out-of-furnace vacuum treatment of aluminum alloys (A.S. USSR No. 1096295, C22B 9/00, C22B 21/06, publ. 1984), which includes evacuating and sparging the alloy with an inert gas in the bucket, in order to increase the efficiency of cleaning the alloy from zinc, the alloy is heated to 850 ÷ 900 ° C before evacuation, evacuation and sparging with an inert gas is carried out so that the residual pressure in the ladle during processing is equal to 30 ÷ 80% of the equilibrium partial pressure of zinc vapor over the alloy, and the bubble zone is continuously or periodically move in volume alloy
Недостатком данного способа является необходимость нагрева расплава до 850-900°С, что усложняет способ и приводит к его удорожанию.The disadvantage of this method is the need to heat the melt to 850-900 ° C, which complicates the method and leads to its cost increase.
Наиболее полно техника и технологии вакуумной обработки алюминия и алюминиевых сплавов описана в монографии Напалкова В.И., Махова С.В., Бобрышева Б.Л., Моисеева B.C. Физико-химические процессы рафинирования алюминия и его сплавов. М. Теплотехник, 2011. С. 381-388. В частности, в монографии описаны способы:The most complete technique and technology of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys is described in the monograph Napalkova V.I., Makhova S.V., Bobrysheva B.L., Moiseeva B.C. Physico-chemical processes of refining aluminum and its alloys. M. Heat engineer, 2011.S. 381-388. In particular, the monograph describes methods:
- вакуумной обработки металла в миксерах и ковшах;- vacuum processing of metal in mixers and ladles;
- статической вакуумной обработки расплава с перемешиванием и без перемешивания металла, причем перемешивание может быть реализовано продувкой инертным газом, вращающимися устройствами, электромагнитным полем;- static vacuum treatment of the melt with stirring and without stirring the metal, and the stirring can be implemented by purging with an inert gas, rotating devices, an electromagnetic field;
- динамической обработки алюминия и его сплавов в потоке металла;- dynamic processing of aluminum and its alloys in a metal stream;
- нанесения флюса на поверхность металла при вакуумировании для снижения поверхностного натяжения расплава.- applying flux to the metal surface during evacuation to reduce the surface tension of the melt.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов (патент РФ №2361938, С22В 21/06, С22В 9/04, опубл. 2009 г.), выбранный в качестве ближайшего аналога. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов включает заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С при остаточном давлении 1,33×102÷18,62×102 Па. Техническим результатом является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в полуфабрикатах.The closest in technical essence to the claimed is a method of vacuum processing of aluminum alloys (RF patent No. 2361938, C22B 21/06, C22B 9/04, publ. 2009), selected as the closest analogue. The method of vacuum processing of aluminum alloys involves pouring the heated melt into the furnace, creating a vacuum in the furnace, holding the melt in vacuum for 45 ÷ 90 minutes in the temperature range above the liquidus point by 15 ÷ 30 ° C at a residual pressure of 1.33 × 10 2 ÷ 18 , 62 × 10 2 Pa. The technical result is to reduce the length of time the molten metal is in the transfer furnace, maintain the effect of modifying additives, obtain a uniform fine-grained structure and reduce the hydrogen content in the cast ingots, as well as reduce the number of defects in the semi-finished products.
Среди перечисленных отличительных признаков известного способа неприемлемым для алюминиевых заводов является создание вакуума в миксерах, где производится подготовка металла к разливке. Емкость миксеров на алюминиевых заводах составляет от 15 до 80 т по жидкому алюминию. Миксеры оборудованы открытыми заливочными карманами и форкамерами для обработки металла, что не позволяет герметизировать миксеры для создания в них достаточного разрежения. Если рассматривать использование признаков ближайшего аналога применительно к вакуумной обработке металла в ковшах на алюминиевом заводе, то в этом случае неприемлемым является большая длительность вакуумирования алюминия в ковшах (45÷90 мин.) и низкая температура расплава (выше точки ликвидуса всего на 15÷30°С), что потребует увеличения энергозатрат на подготовку металла в миксере.Among the listed distinctive features of the known method, unacceptable for aluminum plants is the creation of vacuum in mixers, where metal is prepared for casting. The capacity of mixers in aluminum smelters is from 15 to 80 tons in liquid aluminum. The mixers are equipped with open pouring pockets and pre-chambers for metal processing, which does not allow the mixers to be sealed to create sufficient vacuum in them. If we consider the use of the features of the closest analogue as applied to vacuum processing of metal in ladles at an aluminum plant, then in this case the long duration of aluminum vacuuming in ladles (45 ÷ 90 min.) And low melt temperature (only 15 ÷ 30 ° above the liquidus point are unacceptable) C), which will require an increase in energy consumption for the preparation of metal in the mixer.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей изобретения является снижение содержания водорода в алюминии и алюминиевых сплавах за счет вакуумной обработки металла в условиях действующего алюминиевого производства.The objective of the invention is to reduce the hydrogen content in aluminum and aluminum alloys due to vacuum processing of metal in the conditions of existing aluminum production.
Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:
- снижение концентрации водорода в алюминии и алюминиевых сплавах во время технологической выдержки и остывания металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер;- decrease in the concentration of hydrogen in aluminum and aluminum alloys during technological exposure and cooling of the metal in vacuum transport ladles before pouring into the mixer;
- сокращение расхода флюса на рафинирование металла в миксере и уменьшение времени приготовления сплава.- reducing the consumption of flux for the refining of metal in the mixer and reducing the time of preparation of the alloy.
Технический результат достигается тем, что в способе вакуумной обработки алюминия и алюминиевых сплавов, включающем выдержку жидкого металла в вакууме при контролируемой температуре, новым является то, что обработку алюминия и его сплавов проводят в вакуум-транспортном ковше с крышкой во время охлаждения металла перед заливкой в миксер, при этом отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10, а вакуумную обработку проводят до тех пор, пока температура металла в ковше не снизится до 750-790°С.Дополнительно перед вакуумной обработкой расплава в ковше на поверхности металла возможно наведение слоя расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм.The technical result is achieved by the fact that in the method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys, including the exposure of liquid metal in vacuum at a controlled temperature, it is new that the processing of aluminum and its alloys is carried out in a vacuum transport ladle with a lid during cooling of the metal before pouring into a mixer, while the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is maintained at least 1.10, and the vacuum treatment is carried out until the temperature of the metal in the ladle decreases about 750-790 ° S.Dopolnitelno melt before vacuum treatment in the ladle on the metal surface layer possibly prompting the halide molten flux thickness 0.5 ÷ 2.5 mm.
Техническая сущность заявляемого решения заключается в следующем. Металл из алюминиевых электролизеров выливают вакуум-транспортным ковшом в корпусах электролиза. Температура только что набранного в ковш металла составляет 910÷935°С. Вылитый металл в вакуум-транспортном ковше доставляют автотранспортом в литейный цех или литейное отделение и размещают на остывочной площадке. Затем ковш закрывают герметичной крышкой и над поверхностью металла создают остаточное давление от нескольких сотен до нескольких тысяч паскалей. При этом контролируют температуру расплава в ковше погружной термопарой. Благодаря охлаждению жидкого алюминия от стенок и днища ковша, а также постоянному удалению воздуха из пространства между крышкой ковша и поверхностью металла, в ковше происходит медленная циркуляция расплава. Холодные слои металла опускаются вниз, более горячие - поднимаются вверх. При этом постоянно происходит выделение водорода из расплава и удаление его в вакуум линию. С пузырьками газа на поверхность металла всплывают шлаковые включения. Время выдержки алюминия в ковше ограничивают временем, по истечении которого температура металла в ковше достигает 750-790°С.На практике это время составляет от 20 мин. до 50 мин., в зависимости от времени года и продолжительности транспортировки ковша из корпуса в литейный цех (отделение). По достижении заявленной температуры металла, ковш отключают от вакуум линии, а затем переливают расплав из ковша в миксер. Ограничения по температуре металла, заливаемого в миксер обусловлены следующим: при температуре алюминия выше 790°С уменьшается время вакуумной обработки расплава, что снижает эффективность очистки металла от водорода. При температуре заливаемого в миксер алюминия ниже 750°С возникает необходимость дополнительного нагрева металла для компенсации теплопотерь, связанных с растворением легирующих и модифицирующих присадок (кремния, магния, титана), переплавкой бракованной продукции и отходов. В результате увеличиваются расход электроэнергии, а также время подготовки сплава в миксере, включающее введение легирующих и модифицирующих присадок, перемешивание металла, обработку флюсами, удаление шлака. Предпочтительным интервалом является 780±10°С. Отклонения температуры±10°С - это доверительный интервал, обусловленный производственными обстоятельствами, при которых невозможно с точностью до нескольких градусов контролировать температуру алюминия одновременно в нескольких ковшах и отключать их от источника разрежения при достижении заданной температуры.The technical essence of the proposed solution is as follows. Metal from aluminum electrolyzers is poured with a vacuum transport ladle in electrolysis cases. The temperature of the metal just collected in the bucket is 910 ÷ 935 ° C. Poured metal in a vacuum transport ladle is transported by road to a foundry or a foundry and transported to a cooling pad. Then the bucket is closed with a sealed lid and a residual pressure of several hundred to several thousand pascals is created above the metal surface. In this case, the temperature of the melt in the ladle is controlled by an immersion thermocouple. Due to the cooling of liquid aluminum from the walls and the bottom of the bucket, as well as the constant removal of air from the space between the bucket lid and the metal surface, the melt is slowly circulating in the bucket. Cold layers of metal fall down, hotter ones rise up. In this case, hydrogen is constantly released from the melt and removed to a vacuum line. With gas bubbles, slag inclusions float to the metal surface. The aluminum holding time in the ladle is limited by the time after which the metal temperature in the ladle reaches 750-790 ° C. In practice, this time is from 20 minutes. up to 50 min., depending on the time of year and the duration of the transportation of the bucket from the body to the foundry (department). Upon reaching the declared metal temperature, the ladle is disconnected from the vacuum line, and then the melt is poured from the ladle into the mixer. Limitations on the temperature of the metal poured into the mixer are due to the following: at aluminum temperatures above 790 ° C, the time for vacuum processing of the melt decreases, which reduces the efficiency of metal purification from hydrogen. At a temperature of aluminum poured into the mixer below 750 ° C, there is a need for additional heating of the metal to compensate for heat losses associated with the dissolution of alloying and modifying additives (silicon, magnesium, titanium), remelting of defective products and waste. As a result, the energy consumption increases, as well as the preparation time of the alloy in the mixer, including the introduction of alloying and modifying additives, metal mixing, fluxing, and slag removal. The preferred range is 780 ± 10 ° C. Temperature deviations of ± 10 ° C is a confidence interval due to production circumstances in which it is impossible to control the temperature of aluminum simultaneously in several ladles with an accuracy of several degrees and disconnect them from the vacuum source when the set temperature is reached.
Для более полного удаления водорода из алюминия отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10. Соблюдение этого условия позволяет максимально эффективно провести обработку металла вакуумом и удалить из расплава значительную часть водорода, в том числе и из средних и нижних слоев металла в ковше. Следует отметить, что вакуум-транспортные ковши на алюминиевых заводах имеют преимущественно форму усеченного конуса, нижнее основание которого меньше верхнего. При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше менее 1,10, за время вакуумной обработки, при которой температура расплава снижается до 750-790°С, не обеспечивается эффективное удаление водорода, особенно из нижних слоев металла в ковше.For a more complete removal of hydrogen from aluminum, the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is maintained at least 1.10. Observance of this condition allows for the most efficient metal processing by vacuum and removal of a significant part of hydrogen from the melt, including from the middle and lower layers of the metal in the ladle. It should be noted that vacuum transport buckets in aluminum smelters are mainly in the form of a truncated cone, the lower base of which is smaller than the upper. When the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is less than 1.10, during the vacuum treatment at which the melt temperature drops to 750-790 ° C, efficient removal of hydrogen is not ensured, especially from the lower layers of the metal in the ladle.
Для облегчения выхода пузырьков водорода при вакуумной обработке расплава в ковше, на поверхности металла наводят слой расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм. Флюс снижает поверхностное натяжение на границе металл - воздух, благодаря чему облегчает выход пузырьков водорода с поверхности расплава.To facilitate the escape of hydrogen bubbles during vacuum processing of the melt in the ladle, a layer of molten halide-containing flux 0.5–2.5 mm thick is induced on the metal surface. The flux reduces the surface tension at the metal-air interface, which makes it easier for hydrogen bubbles to escape from the surface of the melt.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:Comparison of the proposed solution with the closest analogue shows the following. The proposed solution and the closest analogue are characterized by similar features:
- оба решения направлены на рафинирование алюминия и алюминиевых сплавов посредством вакуумной обработки;- both solutions are aimed at refining aluminum and aluminum alloys through vacuum processing;
- выдержку жидкого металла в вакууме проводят при контролируемой температуре расплава;- exposure of liquid metal in vacuum is carried out at a controlled temperature of the melt;
- остаточное давление при вакуумной обработке металла поддерживают от нескольких сотен до нескольких тысяч паскалей.- the residual pressure during vacuum processing of metal is supported from several hundred to several thousand pascals.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:The proposed solution differs from the closest analogue in the following features:
- обработку алюминия и его сплавов вакуумом проводят не в печи, а в вакуум-транспортном ковше с крышкой во время охлаждения металла перед заливкой в миксер;- the processing of aluminum and its alloys by vacuum is carried out not in a furnace, but in a vacuum transport ladle with a lid during cooling of the metal before pouring into the mixer;
- отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10;- the ratio of the surface area of the molten metal in the bucket to the volume of metal in the bucket is maintained at least 1.10;
- вакуумную обработку металла в ковше проводят до тех пор, пока температура металла в ковше не снизится до 750-790°С;- vacuum processing of metal in the bucket is carried out until the temperature of the metal in the bucket drops to 750-790 ° C;
- перед вакуумной обработкой расплава в ковше, на поверхности металла наводят слой расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм.- before vacuum processing of the melt in the ladle, a layer of molten halogen-containing flux with a thickness of 0.5 ÷ 2.5 mm is induced on the metal surface.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The proposed technical solution is characterized by features that are similar to those of the closest analogue, and distinctive features, which allows us to conclude that it meets the patentability condition of "novelty."
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».A comparative analysis of the proposed technical solution with known solutions in this technical field, carried out according to the search results in the patent and scientific and technical literature, showed that at the time of filing the application for the invention, no technical solutions were found that are characterized by a combination of known and unknown features similar to the proposed solution, which indicates the conformity of the proposed technical solution to the condition of patentability of the invention "inventive step".
Ни в одном из известных технических решений не найдена количественная зависимость эффективности вакуумной обработки алюминия и его сплавов от соотношения площади поверхности и объема рафинируемого металла (не менее 1,10) с ограничением температуры (750-790°С), при которой вакуумная обработка заканчивается.None of the known technical solutions found a quantitative dependence of the efficiency of vacuum processing of aluminum and its alloys on the ratio of surface area and volume of refined metal (at least 1.10) with a temperature limit (750-790 ° C) at which the vacuum treatment ends.
Соответствие заявляемого решения условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний.The compliance of the proposed solution to the condition of patentability "industrial applicability" is proved by experimental data obtained during industrial tests.
Примеры осуществления способаExamples of the method
Пример 1. Испытания проводились в литейном цехе алюминиевого завода. Из корпуса электролиза алюминия алюминий-сырец доставляют в литейный цех в вакуум-транспортном ковше. Размеры чистого ковша: диаметр на уровне зеркала металла при максимальном заполнении D=l,506 м, на уровне днища ковша D2=l,310 м; высота металла в ковше при максимальном заполнении Н=1,265 м.Example 1. Tests were conducted in a foundry of an aluminum smelter. From the aluminum electrolysis casing, raw aluminum is delivered to the foundry in a vacuum transport ladle. Dimensions of a clean bucket: diameter at the level of the metal mirror with a maximum filling of D = l, 506 m, at the level of the bottom of the bucket D 2 = l, 310 m; the height of the metal in the bucket with a maximum filling of H = 1.265 m.
Ковш заполняют металлом на 80% высоты. Диаметр ковша на уровне зеркала металла при таком заполнении составляет D1=1,470 м. Высота металла в ковше при таком заполнении H1=1,012 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 842°С. С поверхности металла в ковше снимают шлак и отбирают 3 пробы с различной глубины (с поверхности металла, из средней зоны и у днища ковша) для анализа на содержание водорода. Затем ковш закрывают герметичной крышкой, соединенной с вакуум насосом. Крышка ковша снабжена герметичным чехлом для термопары погруженным в расплав, в котором установлена хромель-алюмелевая термопара. В ковше поддерживают остаточное давление воздуха 350÷400 Па, при этом контролируют снижение температуры алюминия. По достижению температуры металла в ковше 780°С отключают вакуум, с ковша снимают крышку и отбирают 3 пробы алюминия (с поверхности металла, из средней зоны и у днища ковша) для анализа на содержание водорода. Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 842°С до 780°С составило ~30 мин. Затем металл из ковша переливают в миксер через заливочное устройство с подачей алюминия под уровень расплава в миксере.The bucket is filled with metal at 80% height. The diameter of the bucket at the level of the metal mirror with this filling is D 1 = 1.470 m. The height of the metal in the bucket with this filling is H 1 = 1.012 m. The aluminum temperature at the time of delivery of the metal to the foundry was 842 ° C. Slag is removed from the metal surface in the bucket and 3 samples are taken from various depths (from the metal surface, from the middle zone and at the bottom of the bucket) for analysis of hydrogen content. Then the bucket is closed with a sealed lid connected to a vacuum pump. The bucket lid is equipped with a sealed thermocouple case immersed in the melt, in which a chromel-alumel thermocouple is installed. In the bucket, a residual air pressure of 350 ÷ 400 Pa is maintained, while lowering the temperature of aluminum is controlled. Upon reaching the metal temperature in the ladle 780 ° C, the vacuum is turned off, the lid is removed from the ladle and 3 aluminum samples are taken (from the metal surface, from the middle zone and at the bottom of the ladle) for analysis of hydrogen content. The total time of vacuum processing and cooling of aluminum from 842 ° C to 780 ° C was ~ 30 min. Then the metal from the ladle is poured into the mixer through the casting device with the supply of aluminum under the melt level in the mixer.
По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило: - до вакуумной обработки алюминия - 0,24 см3/100 г Аl;According to the analysis of the average hydrogen content of the aluminum was: - to vacuum aluminum processing - 0.24 cm 3 / 100g Al;
- после вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 842°С до 780°С -0,15 см3/100 г Аl.- after the vacuum treatment and cooling of the aluminum from 842 ° C to 780 ° C -0.15 cm 3/100 g Al.
При этом отношение площади поверхности расплава металла в ковше (S) к объему металла в ковше (V) составило ~1,10. Ниже приведен расчет этого отношения.The ratio of the surface area of the molten metal in the bucket (S) to the volume of metal in the bucket (V) was ~ 1.10. The following is a calculation of this relationship.
S=π×D1 2:4=3,14×1,472:4=1,696 м2 S = π × D 1 2 : 4 = 3.14 × 1.47 2 : 4 = 1.696 m 2
V=1/3×π×H1×[D1 2:4+(D1:2)×(D2:2)+D2 2:4]=1/3×3,14×1,012×[l,472:4+(1,47:2×1,310:2)+1,3102:4]=1,537 м3.V = 1/3 × π × H 1 × [D 1 2 : 4+ (D 1 : 2) × (D 2 : 2) + D 2 2 : 4] = 1/3 × 3.14 × 1 , 012 × [l, 47 2 : 4+ (1.47: 2 × 1.310: 2) +1.310 2 : 4] = 1.537 m 3 .
S:V=1,696 м2:1,537 м3=1,10.S: V = 1.696 m 2 : 1.537 m 3 = 1.10.
При заявленном отношении площади поверхности расплава металла в ковше (S) к объему металла в ковше (V), равным 1,10 и снижении температуры при вакуумной обработке алюминия до 780°С, достигнуто существенное снижение концентрация водорода в алюминии: с 0,24 до 0,15 см3/100 г Аl (на 37,5%).With the stated ratio of the surface area of the molten metal in the ladle (S) to the volume of metal in the ladle (V) equal to 1.10 and a decrease in temperature during vacuum processing of aluminum to 780 ° C, a significant decrease in the concentration of hydrogen in aluminum was achieved: from 0.24 to 0.15 cm 3/100 g Al (37.5%).
Пример 2. Методика проведения вакуумной обработки алюминия-сырца в вакуум-транспортных ковшах аналогична описанной в примере 1.Example 2. The methodology for vacuum processing of raw aluminum in vacuum transport ladles is similar to that described in example 1.
Первый вакуум-транспортный ковш заполняют металлом полностью на высоту 1,265 м. Диаметр зеркала металла при таком заполнении ковша составляет 1,506 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 858°С.The first vacuum transport ladle is completely filled with metal to a height of 1.265 m. The diameter of the metal mirror with such a bucket filling is 1.506 m. The aluminum temperature at the time of delivery of the metal to the foundry was 858 ° C.
Второй вакуум-транспортный ковш заполняют металлом на 75% высоты (0,949 м). Диаметр зеркала металла при таком заполнении составляет 1,460 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 831°С.The second vacuum transport bucket is filled with metal at 75% of the height (0.949 m). The diameter of the metal mirror with this filling is 1,460 m. The temperature of aluminum at the time of delivery of the metal to the foundry was 831 ° C.
Из обоих ковшей отбирают пробы на водород, закрывают герметичными крышками, подключают к вакуум линии и поддерживают остаточное давление воздуха в ковшах 350÷400 Па. Вакуумную обработку проводят пока температура металла в ковше не снизится до 780°С, после чего отбирают пробы металла для анализа на содержание водорода.Samples for hydrogen are taken from both buckets, closed with hermetic covers, connected to a vacuum line and the residual air pressure in the buckets is maintained at 350 ÷ 400 Pa. Vacuum treatment is carried out until the temperature of the metal in the ladle drops to 780 ° C, after which metal samples are taken for analysis of hydrogen content.
Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия до 780°С составило: для первого ковша ~39 мин., для второго ковша ~28 мин.The total time of vacuum processing and cooling of aluminum to 780 ° С was: for the first bucket ~ 39 min., For the second bucket ~ 28 min.
По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило:According to the results of the analysis, the average hydrogen content in aluminum was:
- в первом ковше: до вакуумной обработки алюминия 0,25 см3/100 г Аl; после вакуумной обработки и охлаждения алюминия 0,19 см3/100 г Аl, при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 0,90.- in the first ladle: vacuum treatment to aluminum 0.25 cm 3 / 100g Al; after vacuum treatment and cooling alumina 0.19 cm 3/100 g Al, with respect to the surface area of molten metal in the ladle to the metal in the ladle volume equal to 0.90.
- во втором ковше: до вакуумной обработки алюминия 0,23 см3 /100 г Аl; после вакуумной обработки и охлаждения алюминия 0,13 см3/100 г Аl, при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 1,17.- in a second ladle: to vacuum treatment alumina 0.23 cm 3 / 100g Al; after vacuum treatment and cooling alumina 0.13 cm 3/100 g Al, with respect to the surface area of molten metal in the ladle to the metal in the ladle volume equal to 1.17.
Из экспериментальных данных следует, что при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 0,90, в результате вакуумной обработки и охлаждения алюминия, эффективность рафинирования алюминия от водорода остается невысокой (на уровне 24%).From the experimental data it follows that when the surface area of the molten metal in the ladle is equal to the metal volume in the ladle equal to 0.90, as a result of vacuum processing and cooling of aluminum, the efficiency of aluminum refining from hydrogen remains low (at 24%).
При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 1,17, в результате вакуумной обработки и охлаждения алюминия, достигается высокая (на уровне 43%) эффективность очистки алюминия от водорода.When the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is 1.17, as a result of vacuum processing and cooling of aluminum, a high (at the level of 43%) efficiency of aluminum purification from hydrogen is achieved.
При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше менее 1,10 и регламентированном времени вакуумной обработки, в нижних слоях алюминия в ковше концентрация водорода снижается незначительно.When the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is less than 1.10 and the regulated vacuum treatment time, the hydrogen concentration in the lower layers of aluminum in the ladle is slightly reduced.
Пример 3. Исходные данные и методика проведения вакуумной обработки алюминия-сырца в вакуум-транспортном ковше аналогична описанной в примере 1, с той разницей, что на поверхности алюминия после снятия шлака и отбора проб на водород наводят слой покровного флюса на основе карналлита с добавкой хлорида натрия. Толщина жидкого флюса после его плавления 1,0÷1,5 мм. В данном примере отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше составляет ~1,10. Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 850°С до 780°С составило ~36 мин.Example 3. The initial data and the method of vacuum processing of raw aluminum in a vacuum transport ladle is similar to that described in example 1, with the difference that on the aluminum surface after removing slag and sampling, a layer of a coating flux based on carnallite with the addition of chloride is induced on hydrogen sodium. The thickness of the liquid flux after its melting is 1.0 ÷ 1.5 mm. In this example, the ratio of the surface area of the molten metal in the ladle to the volume of metal in the ladle is ~ 1.10. The total time of vacuum processing and cooling of aluminum from 850 ° C to 780 ° C was ~ 36 min.
По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило: - до вакуумной обработки алюминия - 0,23 см3 /100 г Аl;According to the analysis of the average hydrogen content of the aluminum was: - to vacuum aluminum processing - 0,23 cm 3/100 g Al;
- после вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 850°С до 780°С - 0,138 см3/100 г Аl.- after the vacuum treatment and cooling of the aluminum from 850 ° C to 780 ° C - 0.138 cm 3/100 g Al.
Эффективность рафинирования алюминия от водорода составила ~40%, по сравнению с ~37,5% в примере 1, где вакуумную обработку проводили в тех же условиях, но без флюса на поверхности металла.The efficiency of aluminum refining from hydrogen was ~ 40%, compared with ~ 37.5% in example 1, where the vacuum treatment was carried out under the same conditions, but without flux on the metal surface.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность рафинирования алюминия и алюминиевых сплавов от водорода на стадии охлаждения металла перед заливкой в миксер. Заливка в миксер металла с более низкой концентрацией водорода сократит расход флюса на рафинирование расплава в миксере и уменьшит время приготовления сплава.Using the proposed technical solution can improve the efficiency of refining aluminum and aluminum alloys from hydrogen at the stage of metal cooling before pouring into the mixer. Pouring a metal with a lower concentration of hydrogen into the mixer will reduce the flux consumption for refining the melt in the mixer and reduce the time for preparing the alloy.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138042A RU2668640C1 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138042A RU2668640C1 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2668640C1 true RU2668640C1 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=63798243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138042A RU2668640C1 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2668640C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU532642A1 (en) * | 1975-04-07 | 1976-10-25 | Предприятие П/Я Р-6189 | Aluminum Alloy Refining |
| JPH06145831A (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Daido Steel Co Ltd | Treatment of molten aluminum or molten aluminum alloy |
| RU1582680C (en) * | 1988-08-11 | 1995-01-09 | СибНИКПИ алюминиевой и электронной промышленности | Method of aluminium refining |
| JPH09316558A (en) * | 1996-05-24 | 1997-12-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Method for vacuum degassing molten aluminum alloy and apparatus therefor |
| JP2009108346A (en) * | 2007-10-26 | 2009-05-21 | Asahi Seiren Co Ltd | Method and apparatus for refining aluminum scrap |
| RU2361938C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-07-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Method of vacuum treatment of aluminium alloys |
| CN105648237A (en) * | 2016-03-07 | 2016-06-08 | 新疆大学 | Electrolytic aluminum liquid impurity removing device and method |
| JP6145831B1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-06-14 | 医療法人社団まほし会 | Dialysis needle pullout prevention clothing |
-
2017
- 2017-10-31 RU RU2017138042A patent/RU2668640C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU532642A1 (en) * | 1975-04-07 | 1976-10-25 | Предприятие П/Я Р-6189 | Aluminum Alloy Refining |
| RU1582680C (en) * | 1988-08-11 | 1995-01-09 | СибНИКПИ алюминиевой и электронной промышленности | Method of aluminium refining |
| JPH06145831A (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-27 | Daido Steel Co Ltd | Treatment of molten aluminum or molten aluminum alloy |
| JPH09316558A (en) * | 1996-05-24 | 1997-12-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Method for vacuum degassing molten aluminum alloy and apparatus therefor |
| JP2009108346A (en) * | 2007-10-26 | 2009-05-21 | Asahi Seiren Co Ltd | Method and apparatus for refining aluminum scrap |
| RU2361938C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-07-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Method of vacuum treatment of aluminium alloys |
| CN105648237A (en) * | 2016-03-07 | 2016-06-08 | 新疆大学 | Electrolytic aluminum liquid impurity removing device and method |
| JP6145831B1 (en) * | 2016-03-23 | 2017-06-14 | 医療法人社団まほし会 | Dialysis needle pullout prevention clothing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2821472A (en) | Method for fluxing molten light metals prior to the continuous casting thereof | |
| NO326797B1 (en) | Process and apparatus for refining molten material | |
| JP4319387B2 (en) | Treatment method for molten aluminum | |
| NO344829B1 (en) | Process for electrolytic production and refining of silicon | |
| US8900341B2 (en) | Method and system for producing an aluminum—silicon alloy | |
| JP2009167525A (en) | Slag for use in electroslag-remelting copper alloy and method for manufacturing copper alloy material | |
| NO133148B (en) | ||
| CN109219669B (en) | Method and apparatus for refining substance, apparatus for holding molten metal by heating, and system for continuously refining high-purity substance | |
| US3771585A (en) | Device for melting sponge metal using inert gas plasmas | |
| RU2668640C1 (en) | Method of vacuum processing of aluminum and aluminum alloys | |
| RU2702522C2 (en) | Method of using tubular sonotrode | |
| RU2572117C1 (en) | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals | |
| JPH0754070A (en) | Refining method for aluminum scrap | |
| WO2009150961A2 (en) | Metal manufacturing method | |
| AU2006100894B4 (en) | Improved method for tapping metal from an electrolytic cell | |
| KR101663435B1 (en) | Method to purify aluminum and use of purified aluminum to purify silicon | |
| JP2004043972A (en) | Method for refining aluminum or aluminum alloy | |
| JPS6126490B2 (en) | ||
| RU2705845C1 (en) | Refining method of crude uranium | |
| RU2621207C1 (en) | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation | |
| CN112391545A (en) | Preparation method of high-purity aluminum rare earth intermediate alloy | |
| RU2398035C1 (en) | Procedure for extraction of magnesium out of wastes of foundry conveyor | |
| Cao et al. | A comparative study on inclusions in Mg-Nd-Zn-Zr melt employing flux and fluxless purification approach | |
| WO2023012580A1 (en) | A process for electric degassing of molten aluminum | |
| RU2219265C2 (en) | Method of refining lead to remove antimony, tin, and arsenic impurities |