SU982546A3 - Способ рафинировани расплавленного алюмини и его сплавов - Google Patents

Description

Изобретен11е относитс  к металлургии цветных металлов и сплавов и нап равлено на совершенствование техноло гии рафинировани  алюмини  и его сплавов от растворенных в них газах и неметаллических включений. До разливки нерафинированный расплавленный алюминий содержит приме си, главными из которых  вл ютс  растворенный водород и взвешенные неметаллические включени  (окись магни , окись алюмини , частицы огнеупорных материалов и т.п.). Если эти примеси не удалить, снижаетс  качест во изделий, отлитых нз металла, увеличиваютс  потери металла при литье В частности, водород вызывает мелкую пористость в быстро застывающем метгшле. Твёрдые неметаллические при меси играют роль центров при образовании кислородных пузырьков во врем  затвердевани  металла и значитель но ухудшают свойства литого металла. Известно технологическое решение по снижению содержани  растворенных газов и неметаллических включений в расплавленных металлах обработкой их смесью ннвертного газа и хлора Газ перед подачей в расплав подогревают 1. Наиболее близким к изобретению по технич еской сущности и достигаемому результату  вл етс  способ рафинировани  расплавленного алюминий и его сплавов, предусматривающий подачу расплавленного металла в зону рафинировани , ввод предварительно подогретого рафинирукидего газа в форме дискретных пузырьков через погруженный в расплав вращающийс  газовый инжектор под-поверхность обрабатываемого расплава, перемешивание расплава и удаление его из зоны рафинировани  после удалени  растворенного в нем водорода и неметаллическизв примесей . Известный способ позвол ет осуществить одновременное рафинирование и обезгаживание обрабатываемого расплава , однако не достаточно зффективно , поскольку не отработан режим предварительного нагрева рафинирующего газа, режим ввода газа в расплав и режим работы газового инжектора. Цельизобретени  - повышение зффективности рафинировани . Цель Дбстигаетс  тем, что согласно спосову рафинировани  расплавленного алюмини  и его сплавов над поверхностью расплава поддерживают защитную йгмосферу при положительном давлении относительно давлени  окружающей среды, рафинирую1г(Ий газ до разделени  на пузырьки подогревают до температуры расплава и ввод т в расплав в направлении радиально нару жу с нижней составл ющей относительно точки ввода газа при скорости потока из расчета по формуле Y-W-C/N где N - скорость потока рафинируклцег газа через инжектор, V- NWC|N, г - скорость подачи металла в зо ну рафинировани , кг/мин; С - расходный коэффициент газа, равный 0,0003-0,0025 м/кг N - количество инжекторов в сиеПри этом инжектор дл  ввода газа привод т в действие со скоростью, определ емой по формуле 7..,1r сЗ где R - скорость вращени  инжектора, об/мин; V - скорость потока газа через инжектор, м /мин; Г - Отношение наименьшего размера в сечении зоны рафинировани  к диаметру инжектора (без размерности); 6 дисцлетр инжектора, м. Разработанное дл  осуществлени  предложенного способа устройство обеспечивает впрыскивание рафинирующего газа с высокой скоростью в расплавленный метёшл в виде дискретных газовых пузырьков/ чем достигает с  высока  степень рассеивани  их в расплавленном металле. Устройство обеспечивает образование потоков в металле в районе устройства таким образом, что образованные пузырьки перемещаютс  вдаль получающегос  в результате вектора потока., который направлен радиашьно в противоположную сторону с расположенными внизу компонентами относительно вертикальной оси устройства, что дает следующие преимущества: во-первых, по су ществу вертикальное перемещение обес печиваетс  дл  всей массы расплавлен ного металла, в которой направленные вниз вдоль устройства потоки в сочетанин с вращающимис  лопаст ми вызывают разделение газа на машенькие дискретные пузырьки; во-вторых, &лст рое распространение газовых пузырько в сторону от точки впрыскивани  в ме талл предотвращает коалесценцию пузы ка в зоне, где концентраци  пузырьков сама  высока ; в-третьих, врем  пребывани  хорошо рассе нных газовых пузырьков в расплавленном металле увеличиваетс  из-за того, что сразу после образовани  пузырьки не поднимаютс  на поверхность под действием силы т жести.. Другой фактор, который содействует максимальному разделению газа на маленькие пузырьки и, следовательнот ведущий к увеличению площади соприкосновени  пузырьков и металла,  вл етс , предварительный нагрев газа до впрыски вани . Такое предваритель- ное нагревание обеспечиваетс  в изобретении пропусканием газа через канал, идущий вдоль длины отверсти , которое погружено в расплавленнь й металл. Таким образом, холодный газ предварительно нагреваетс  до температуры расплава, вступа  в теплообмен с теплопроводными стенкг1ми канала, где |газ расшир етс  перед разделением на газовые пузырьки. Следовательно, количество пузырьков, выработанных из данного объема газа, значительно увеличиваетс  и термический рост маленьких пузырьков в расплавленном металле и сущности предотвращаетс . При использовании впрыскивани  в расплавленный алюминий устройство дает непредвиденные улучшени  эффективности процессов рафинировани . Способность при высокой скорости дегазировать металл, интенсивное смешивание, создаваемое устройством в сочетании с увеличившимс  контактом поверхностей газа и металла, благодар  хорошо рассе нным пузырькам газа, обеспечивают эффективное удаление твердых примесей в металле, чего главным образом недостает в известных технических решени х по рафинированию легких металлов инертными газами. В результате-, предлагаемым способом можно рафинировать алюминий с эффективностью, которую обеспечивает хлор, в то же врем  устран ютс  проблемы, св занные с офлюсованием хлором. Способ согласно изобретению может проводитьс  периодически или непре .рывно. Эффективным и удобным способом подачи флюсующего агента непосредственно в ванну  вл етс  добавление незначительных количеств хлора к инертному газу. При подаче хлора в расплавленный алюминиевый сплав, содержащий магний, часть хлора реагирует с магнием, образу  хлорид магни , который  вл етс  эффективным флюсующим агентом, оставша с  часть реагирует с аллюминием, образу  газ .хлорида магни . Установлено, что в присутствии больших излишков инертного газа преимущественно образуетс  хлорид магни  по сравнению с хлоридом алюмини , причем в таком количестве , что весь хлор, подавае еай с инертным газом, реагирует с магнием . Поэтому можно сразу подавать эфф тивный флюсующий агент в алюминиевы сплав, содержащий магний, путем вве дени  в.расплавленный металл неболь шого количества хлора, растворенного в инертном газе, ереэ впрыскива щее устройство. Непосредственное смешивание впрыскиваемого газа и расплавленного металла ускор ет образование хлорида магни . Это предотвращает эмиссию непрореагировавшего хлора и хлорида г171юмини  из систе1«л. Концентраци  хлора в инертном га зе обычно регулируетс  в пределах 0-5 об%, в зависимости от содержани магни  в сплаве Ни в коем случае не допускаетс  превышение количества хлора, которо вызывает эмиссию вредных побочных продуктов из системы. Преимуществом предложенного способа  вл етс  то, что может быть легко срегулирована подача рафини- рукнцего газа в любые сорта сплавов и при любой скорости лить . Особые требовани  к рафинирующему газу, выраженные обычно в виде объема газа при нормальной температуре и давлении на единицу веса обрабатываемого металла, завис т от состава сплава и требуемого уровн  чистоты готового продукта. Скорость потока металла через рафинирующую систему определ етс  скоростью лите ных работ, натфимер типом примен емой литейной маишны и количества за готовок, изготовл емых одновременно из рафинированного метгшла. Следующие примеры показывают удобный способ регулировани  рабочих условий в системе в зависимости от определенного рафинируемого сплава и необходимой скорости рафинировани  соглас но изобретению. Вначале скорость потока рафинирующего газа в газовом инжекторе ра считываетс  по формуле: NW-CjN- C-t) , где V - скорость прохождени  рафинирующего газа через устройство , - скорость потока металла или скорость рафинировани , кг/мин; С - особые требовани  к рафинирующему газу,. MVKr металла Ы - количество впрыскивающих устройств в системе. Особые требовани  к рафинирующему определ ютс  зксперимен- Тсшьным путем или при пуске системы по количеству хлора, используемого дл  офлюсовани  этого определенного сплава при чзбычном способе. Например , сплавы, относительно легко поддаюйщес  дегазации или непримен юциес  в критических услови х, могут быть рафинированы.с С - 0,0014 м /кг галла, в то врем  как высокопроч- . -ые структурные сплаву требуют С 0,011 м газа/кг металла дтт  получени  более чистого продукта. После определени  скорости прохождени  потока газа через впрыскивающее устройство скорость вращени  ротора регулируетс  в соответствии с формулой о- .r d где R - скорость вращени  ротора/ об/мин V - скорость прохождени  потока газа через устройство (рассчитываетс  по формуле 1) - отношение размера наименьшего поперечного сечени  рафинирующей зоны вокруг ротора к диаметру ротора (рассчитываетс  с помощью составл юойх единиц); а -диаметр ротора, м. Эта формула дает-приблизительное количество оборотов в минуту ротора, обеспечивгиощего удовлетворительное рассеивание рафинирующего газа и хорошее перемешивание металла при исключительных рабочих услови х. По формуле видно, что скорость ротора может быть увеличена с возрастанием скорости потока рафинирующего газа. Следует отметить, что. устройство можно примен ть при значительно более низких скорост х по сравнению с теми , которые дает формула. Оптимальна  скорость в основном диктуетс  необходимой степенью рафинировани . Пример. 744 кг сплава алюмини , имеющего следующий химический состав, вес. % Vkg 0,94 Си 0,14: Zn 0,06 Si 0,51 Mn 0,17 Ti 0,02 Fe 0,28 Cr 0,15 Al Остальное рафинируют в течение 12 мин с применением рафинирующего газа аргона в садочном процессе согласно описанному способу. Примен   формулу (1) V-W-C/N, где tf-62 кг/мин; ,000912 , Угб20,000912/1 0,0565. Примен   формулу (2) R (7,62 + 673У + 2,lr)d, где ,0565 MVbWH; гМ ; d 0,2032 м, об/мин.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   I. Способ рафинирования расплавленного алюминия и его сплавов, предусматривающий подачу расплавленного металла в зону рафинирования, ввод предварительно, подогретого рафинирующего газа в форме дискретных пузырьков через погруженный в расплав вращающийся газовый инжектор под поверхность обрабатываемого расплава, перемешивание расплава и удаление его из зоны рафинирования после удаления растворенного в нем водорода и неметаллических примесей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования, над поверхностью расплава поддерживает защитную атмосферу при, положительном давлении относительно давления окружающей среда, рафинирующий газ до разделения на пузырьки подогревают до температуры Ьасплава и вводят в расплав в направлении радиально наружу с нижней составляющей относительно точки ввода газа при скорости потока из расчета по форму( ле где V

   ВНИИПИ Заказ 9752/80

   V-’WC/N, — скорость потока ' щего газа через mVmhh;

   — скорость подачи : НУ рафинирования равный 0,0003-0,0025 м^д/кг;

   — количество инжекторов в системе .

   Способ по п.1, отлича юс я тем, что инжектор для газа приводят в действие со рафинируюинжектор, металла в эокг/мин;

   - расходный коэффициент газа, '
2. 2.

   и й ввода скоростью, определяемой по формуле
3. 7,62 + 673 7 + 2,4

   К —---------------’ d скорость вращения инжектора, об/мин;

   скорость потока газа через инжектор, м^/мин;

   — отношение наименьшего размера в сечении ’зоны рафинирования к диаметру инжектора(беэ размерности);

   — диаметр инжектора, м.