SU1682409A1 - Устройство дл рафинировани и модифицировани алюминиевых расплавов системы системы алюминий - кремний - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к литейному производству , в частности к устройствам дл  удалени  неметаллических включений и газов из расплавов, преимущественно системы алюминий-кремний, примен емых дл  изготовлени  фасонных отливок. Целью изобретени   вл етс  повышение степени рафинировани  и модифицировани  алюминиевых сплавов. Расплав обрабатывают с помощью устройства, состо щего из вертикального вала, ротора в виде диска, предварительно пропитанного универсальным флюсом, с восемью вертикальными пазами на периферической поверхности, расположенными под углом 45°. Над диском размещены восемь радиальных трубок, жестко соединенных с вертикальным валом и снабженных отверсти ми на их верхней поверхности , причем концы трубок загнуты, размещены в вертикальных пазах до половины высоты диска и также снабжены отверсти ми дл  выхода газа. 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, в частности к конструкции устройства дл  удалени  неметаллических включений и газов из расплавов, преимущественно на основе системы алюминий- кремний, а также модифицировани  их в раздаточных печах или ковшах.

Целью изобретени   вл етс  повышение степени рафинировани  расплава и модифицировани .

Согласно изобретению в устройстве, включающем вал, помещенный вертикально в ванну с расплавом, с вертикальным каналом дл  прохода газа, ротор с вертикальными каналами на периферической поверхности , прикрепленный к нижнему концу вала, представл ет собой диск, выполненный из асботермосиликата, предварительно пропитанного универсальным флюсом с восемью вертикальными пазами

на периферической поверхности, расположенными под углом 45°С и прикрепленный к хвостовику вертикального вала, а на верхней плоскости диска размещены восемь радиальных трубок, жесткосоединенных с вертикальным валом и снабженных отверсти ми диаметром 1-2 мм нг верхней поверхности , причем концы трубок загнуты, размещены в вертикальных пазах до половины высоты диска и также снабжены отверсти ми диаметром 1-2 мм дл  выхода газа.

Диаметр отверстий соответствует оптимальному диаметру пузырька продуваемого газа.

Наличие ротора, выполненного в виде диска из асботермосиликата, предварительно пропитанного универсальным флюсом, обеспечивает очистку расплава от неметаллических и газовых включений, а также моР°

I

О

дифицирование расплава. Снабжение устройства радиальными трубками, жестко соединенными с вертикальным валом и имеющими отверсти  диаметром 1-2 мм на их верхней поверхности, размещенными над диском, обеспечивает проработку продуваемым газом одновременно всего объема металла. Наличие загнутых концов трубок, размещенных в вертика-ль- ных пазах до половины диска и снабженных отверсти ми 1-2 мм, способствует дроблению пузырьков продуваемого газа. Это обеспечивает более глубокую очистку металла от газов, вследствие того , что мелкие пузырьки всплывают медленно и веро тность проникновени  в них растворенного в металле газа путем диффузии возрастает.

Размещение загнутых концов трубок в вертикальных пазах до половины высоты диска, через отверсти  которых проходит продуваемый газ, не преп тствует доставке неметаллических включений на нижнюю поверхность ротора, активированную флюсом .

Процесс дополнительной очистки расплава от инородных включений с помощью предлагаемого устройства происходит в процессе вращени  ротора.

Известно, что при вращении диска, погруженного в жидкость, последн   движетс  в тангенциальном направлении за счет трени  жидкости о диск и одновременно существует ее посто нный вертикальный (осевой)поток и как следствие этого насосный эффект, по направлению из бесконечности к диску Вращательное движение жидкости и турбулизации потока усиливаетс  вертикальными пазами на диске ротора, а также радиальными трубками

Наличие вертикального (осевого) потока способствует доставке частиц на межфазную границу металл-рафинирующа  фаза. Эта доставка в большинстве случаев  вл етс  лимитирующим звеном процесса очистки металла.

Выход включений из несущего потока металла на межфазную границу металл- флюс становитс  наиболее веро тным при турбулентном механизме доставки инородных (растворенных газов и взвешенных оксидных ) частиц на эту границу

Скорость вертикального (осевого) потока Vz(oo) на ротор при перемешивании алюминиевых расплавов можно оценить по

соотношению

Vz(oo) -0,866 JVM ,

где v- кинематическа  в зкость жидкости (алюминиевого расплава), м /с,

О) - углова  скорость вращающегос  диска, .

Тогда дл  алюминиевых расплавов скорость Vz(), равную 0,005 м/с, можно обеспечить при угловой скорости ш 66,7 1/с, котора  соответствует примерно числу оборотов вала ротора п 600 об/мин,

Рассчитанные значени  шип реализуют гидродинамическую обстановку вблизи

0 торцевой поверхности ротора, при которой у этой поверхности сформируетс  турбулентный пограничный слой, а включени  будут доставлены на межфазную поверхность, активированную слоем флюса. При этом число

5 Рейнольдса Re 1,3х106.

Покрытие диска универсальным (например , стронцийсодержащим) флюсом и его вращение способствуют переходу стронци  в металл и его модифицированию, а также

0 дополнительной дегазации расплава за счет интенсификации массопередачи и развити  соответствующих диффузионных потоков растворенного водорода из объема расплава и поглощени  его рафинирую5 щей фазой.

При этом следует отметить, что при рассчитанном выше числе оборотов устройства (700 об/мин) толщина диффузионного пограничного сло , оказывающего основное

0 сопротивление транспорту растворенного газа и взвешенных частиц, заметно снижаетс .

Движение металла в емкости обусловлено вли нием зоны пониженного давле5 ни , котора  формируетс  при развитой турбулентности под вращающимс  ротором . Поэтому весь объем расплава, перемеща сь по направлению к активированной поверхности ротора и вход  с ней в молеку0 л рный контакт, оказываетс  очищенный от взвешенных включений оксидов на основе алюмини .

На фиг. 1 представлено устройство дл  рафинировани  и модифицировани  алю5 миниевых сплавов, разрез; на фиг. 2 и 3 - верхн   и нижн   части ротора соответственно .

Устройство содержит вал 1, помещенный в ванну с расплавом 10, снабженный

0 каналом 2 дл  прохода газа и оканчивающийс  хвостовиком 7, ротор в виде диска 5, предварительно пропитанный универсальным флюсом, вертикальные пазы 6, радиальные трубки 3 с отверсти ми 4, загнутые

5 концы трубок 8 с отверсти ми 9, емкость (тигель) 11 и покровный флюс 12.

Предварительно ротор в виде диска 5 пропитывают флюсом (например, следующего состава, % мае : NaCI 34, KCI 56,

SrF2 10), охлаждают и креп т на хвостовик 7 вала 1, Затем собранное устройство устанавливают в ковш или раздаточную печь.

Устройство работает следующим образом .

После установки устройства в ковше раздаточной печи включают подачу газа, который по каналу 2 поступает в радиальные трубки 3, загнутые трубки 9 и отверсти  4 и 9. Одновременно с подачей газа производ т заливку металла 10 в ковш или раздаточную печь.

Давление газа в трубопроводе в зависи- N ости от уровн  металла в ковше или печи, рассчитываетс  по формуле

Р- 1.2Ну+ Ро,

где Н - высота металла в ковше или печи, м; у - удельный вес расплавленного металла , кг/м ;

РО давление над ковшом или печью, Па.

Подача газа под давлением в трубопровод 1 до начала заливки металла в ковш исключает попадание капель расплава че- ез отверсти  4 и 8 внутрь трубок 3. После заполнени  емкости металлом на поверхность последнего нанос т слой покровного порошкообразного флюса 12, который предохран ет поверхность расплава от окислени .

Затем включают механизм вращени  устройства (не показан), который передает крут щий момент на вал 1 и обеспечивает вращение его со скоростью до 700 об/мин. Обработка расплава с помощью устройства продолжаетс  8-10 мин. Затем механизм вращени  отключаетс , устройство извлекаетс  из расплава, а давление продуваемого газа постепенно в процессе подъема устройства понижают до нул . Затем цикл ра- боты устройства повтор етс .

Проверку эффективности работы устройства провод т методом лить  в кокиль. Жидкий металл готов т в тигельной печи сопротивлени , затем его переливают в раздаточный ковш диаметром 600 мм, в котором предварительно устанавливают предлагаемое устройство, содержащее диск, проваренный во флюсе состава, мас.%: NaCI 34; KCI 56; SrF2 10. В качестве газа дл  продувки используют аргон. Температура обработки расплава 750±20°С.

В качестве покровного флюса используют фторидно-хлоридную систему состава, мас.%: NaCI 34, КС 56, NaaAIFe 10.

Параллельно дл  сравнени  в аналогичных услови х обрабатывают жидкий расплав АЛ9 с помощью известного роторного устройства.

Технологический процесс обработки расплава с помощью предлагаемого устройства включает установку устройства в подготовленный раздаточный ковш, включение подачи аргона при давлении 0,3 ати при расходе 30 л/мин с одновременным переливом расплава в ковш из тигл  печи сопротивлени , наведение покровного флюса, состав которого приведен выше, включение системы, обеспечивающей вращательное движение устройства с числом оборотов 700 об/мин, остановку вращени , дополнительную продувку аргоном в течение 5 мин. сн тие шлака с поверхности металла в ковше, извлечение устройства из ковша с одновременным прекращением подачи газа.

Технологический процесс обработки расплава известным устройством провод т по приведенной схеме за исключением остановки вращени  и дополнительной продувки аргоном в течение 5 мин, которые не выполн ют.

Как показали испытани , дополнительна  продувка расплава аргоном в предлагаемом устройстве в течение 5 мин способствует более глубокой дегазации металла потому, что измен етс  механизм перемещени  пузырьков газа, которым обрабатываетс  расплава, При развитом турбулентном потоке пузырьки всплывают с большой скоростью, что затрудн ет диффузионную доставку растворенного в металле водорода внутрь пузырька аргона. 3 относительно спокойном металле реализуетс  линейна  зависимость силы гидродинамического сопротивлени  от скорости потока и выполн етс  закон Стокса-Осеена, при котором продолжительность всплыва- ни  пузырька инертного (активного) газа существенно увеличиваетс . При этом создаютс  услови  дл  перемещени  большего количества растворенного водорода внутрь пузырьков аргона, так как продолжительность контакта последних с расплавом существенно возрастает,

Обща  продолжительность обработки, начина  от перелива и конча  извлечением устройства, составл ет дл  известного устройства 8-10 мин, дл  предлагаемого 12- 15 мин.

Газонасыщенность металла после его обработки предлагаемым и известным устройствами оценивают с помощью метода вакуум-нагрева образцов сплава. Эффективность рафинировани  (ЭР) оценивают по результатам металлографического изучени  шлифов опытных отливок с помощью соотношени 

ЭР 100%

где Vi, V - соответственно объемна  дол , зан та  включени ми в поле зрени  шлифов опытных отливок, полученных из нера- финированных сплавов и сплавов, обработанных предлагаемым или известным устройством, %.

Эффективность модифицировани  оценивают по результатам металлографического изучени  шлифов опытных отливок и механических испытаний гагаринских образцов , вырезанных из осевой части ранее изготовленных отливок из сплава АЛ 9 методом лить  в кокиль.

Результаты произведенных испытаний при разных режимах обработки расплава представлены в таблице.

Из анализа данных, представленных в таблице, следует, что при идентичных услови х испытаний предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает большую эффективность очистки расплава от неметаллических и газовых включений, а также более высокие механические свойства сплава за счет его модифицировани .

При использовании предлагаемого устройства дл  рафинировани  и модифицировани  алюминиевых сплавов преимущественно в разливочных ковшах или раздаточных печах по сравнению с известным обеспечиваетс  повышение степени дегазации металла за счет изменени  системы газораспределени , эффективности очи- стки его от неметаллических включений и модифицирование, непосредственно в раздаточных ковшах или печах. Ротор, выполненный в виде диска и предварительно пропитанный флюсом, может использовать0

5

с  многократно. Трубки дл  продуваемого газа, расположенные радиально по отношению к валу, способствуют созданию интенсивного осевого потока, в то же врем  у нижней плоскости диска давление понижено , что обеспечивает выход включений на межфазную границу металл-флюс,

Экономическа  эффективность предлагаемого устройства складываетс , в основном , за счет увеличени  механических свойств литых заготовок, улучшени  их обрабатываемости и надежности в эксплуатации , вследствие уменьшени  загр зненности расплава и снижени  брака отливок по неметаллическим и газовым включени м .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  рафинировани  и модифицировани  алюминиевых расплавов системы алюминий-кремний, содержащее вертикальный полый вал с приводом, диспергатор, закрепленный на конце вала , отличающеес  тем, что, с целью

   повышени  степени рафинировани  расплава и модифицировани , диспергатор выполнен в виде диска с вертикальными пазами на боковой поверхности и размещенными на верхней поверхности радиальными трубками, соединенными с полостью вала одним концом, причем противоположные концы трубок загнуты и заглублены в вертикальных пазах диска на 1/3-1/2 его высоты, верхн   поверхнрстьтрубок перфорирована , а диск выполнен из пористого композиционного материала на основе хро- момагнезиальной шпинели, пропитанного фторидно-хлоридными флюсами, содержащими фторид стронци .

   О)

   о зCN

   со

   СО

   К

   г/ 4 f W

   Фиг.З.