WO2021071381A1 - Способ очистки алюминия и его сплавов - Google Patents
Способ очистки алюминия и его сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021071381A1 WO2021071381A1 PCT/RU2020/000041 RU2020000041W WO2021071381A1 WO 2021071381 A1 WO2021071381 A1 WO 2021071381A1 RU 2020000041 W RU2020000041 W RU 2020000041W WO 2021071381 A1 WO2021071381 A1 WO 2021071381A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- mold
- melt
- temperature
- aluminum
- crystallizer
- 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
Definitions
- the invention relates to the field of metallurgy, and more precisely to the metallurgy of aluminum and its alloys, but can be used in other fields of metallurgy.
- Kg is the coefficient of gravity
- T is the crystallization temperature
- the process of displacement by the flat crystallization front (FC) of inclusions not required by the crystallization process itself into the central part of the crystallizer is a side, not optimized process.
- the proposed range of gravitational coefficients Kg is completely inappropriate for organizing the process of displacing PCs of non-metallic impurities, since the opposing force of separation diffusion with an increase in Kg becomes insurmountable.
- the present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the degree of purification of aluminum and its alloys by using the process of displacement by the crystallization front of intermetallic compounds and non-metallic inclusions.
- the specified technical result is achieved by the fact that the method for purifying aluminum and its alloys from intermetallic compounds and other non-metallic inclusions is characterized by the fact that the melt of aluminum or its alloy after melting is overheated to a temperature of 750-800C and is poured into the mold of the crystallizer, previously untwisted until reaching the outer
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the walls of the rotating mold of the mold, the value of the gravitational coefficient equal to 170-200, and when the mold of the mold rotates, heat is removed from the outer wall of the mold towards its axis of rotation with an average cooling rate of 0.02-0.1 gC / s for moving intermetallic compounds and other non-metallic inclusions by the pressure of the flat crystallization front in the direction to the axis of rotation of the mold of the crystallizer when the melt cools in the same direction, and when the casting temperature is below the solidus temperature, the casting is cooled and the size of the central part of the casting occupied by the displaced intermetallic compounds and nonmetallic inclusions is determined, and this central part of the casting is removed ...
- a new method of purification of aluminum and its alloys is proposed by using the process of displacement by the crystallization front of intermetallic compounds and nonmetallic inclusions, in which the size of the inclusions does not play a significant role.
- the proposed method is devoid of the mentioned disadvantages of the prototype and allows you to purify the aluminum melt already in the process of crystallization of this melt.
- a method for purifying aluminum and its alloys from intermetallic compounds and other non-metallic inclusions is based on the following sequence of interrelated actions:
- the melt of aluminum or its alloy is overheated to a temperature of 750-800 ° C and is poured into the mold of the mold, which was previously unrolled until the gravitational coefficient of 170-200 is reached at the outer wall of the rotating mold of the mold;
- the casting is cooled and the size of the central part of the casting occupied by the displaced intermetallic compounds and non-metallic inclusions is determined, and this central part of the casting is removed.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) purification is determined by the filter mesh size.
- Modern industrial filters usually retain inclusions with a dimension of 5 microns or more, that is, the larger the size of the undissolved inclusions, the easier it is to filter them. And the range of sizes of inclusions from 5 microns and less, including nano-sized particles and lumps of nanoparticles, is simply not available for modern industrial filters for cleaning. Partially the solution of the problem is approached by the method of purification by zone melting with all its mentioned disadvantages.
- this surface corresponds to the onset of crystallization, which ends at a certain distance from it, namely, on an isothermal surface corresponding to the temperature of a nonequilibrium solidus.
- the region enclosed between the boundaries of the beginning and the end of solidification consists of two phases, and the amount of the solid phase in it changes in accordance with the temperature distribution and the rate of crystallization.
- the width of the two-phase zone is equal to the quotient of dividing the value of the temperature range of crystallization of the alloy by the average value of the temperature gradient in this zone. In turn, the temperature gradient is steeper, the higher the cooling intensity, the smaller the thickness of the solidified layer of the ingot, and the lower the thermal conductivity of the alloy.
- the proposed method for purifying aluminum and its alloys from intermetallic compounds and other non-metallic inclusions is based on the process of displacing non-metallic inclusions, including intermetallites, by a flat front of the FC moving to the central part of the mold rotating at a given speed in a gradient field of centrifugal forces F from the outer wall of the mold to center in the channel determined by the vector of thermodynamic preference of the mold.
- the thermodynamic vector is set by the design of the mold (Fig. 2). In this case, the pressure of the crystallization front is counteracted by the centrifugal force F, which acts on the mass w of the displaced particle. As a result of the imposition of two opposing forces on the particle, restrictions on the mass of the displaced inclusions arise.
- a feature of the claimed method is that the gravity coefficient Kg is the same at any points of the melt, equidistant from the axis of rotation of the mold of the crystallizer, which ensures that absolutely flat FCs are obtained.
- the effect of increased gravity leads to a sharp decrease in the two-phase zone, which provides a much more efficient purification (refining) of the melt.
- the crystallization front (or growth front) is the isothermal surface, which is the boundary of the melt-crystal phase transition and moves along the alloy in the casting mold as it crystallizes.
- the impurities move by this front, and if the crystallization front is curved, then a spiral distribution of impurities should also be revealed in the cross section of the ingot.
- the number of turns of this spiral depends on the curvature of the crystallization front.
- the effect of the movement of impurities by the motion of the PC in the presence of overheating of the melt is indicated in the dissertation of Cand.
- the molten aluminum or its alloy (s) after melting is overheated to a temperature of 750-800 ° C and poured into the prepared mold of the crystallizer (Fig. 3).
- the preparation of the mold of the crystallizer consists in the fact that before pouring the superheated melt, the rotor 1 of the mold together with the lined mold is spun until the gravity coefficient of 170-200 is reached at the outer wall of the rotating mold.
- the unrolling of the mold of the crystallizer to the value of the gravitational coefficient equal to 170-200 makes it possible to significantly narrow the width of the two-phase layer, at which the effect of the impurity on the solidification process (the appearance of grain) does not affect the change in the temperature of the phase transition (liquidus) of the mixture.
- the liquidus temperature is a function of the impurity concentration, and the crystallization process is accompanied by the directional solidification of the melt by the diffusion of impurities (at present, the diffusion of impurities in the solid phase is traditionally neglected).
- a decrease in the thickness of the two-phase layer leads to inhibition of the process of diffusion of impurities and the simultaneous movement of these impurities in front of the PC in the direction of directed cooling of the melt.
- a feature of the execution of the lined mold of the crystallizer is that it has, in one way or another organized, thermodynamic preference for cooling the melt from the outer wall 2 to the inner central part of the mold (to its axis of rotation 3) (Fig. 3).
- the mold is equipped with a shaped thermodynamic insert 4, which affects the degree of cooling of the mold sections. This shaped insert regulates the heat transfer from the melt and its crystallized part through the side walls.
- FIG. 3 shows a mold of a crystallizer, which is a disk-shaped (rotary type) bowl on the axis of rotation, inside which there is an annular hollow insert made of graphite (collapsible graphite insert) with inclined walls, the thickness of which increases in the direction from the axis of rotation to the outer (outer wall).
- a crystallizer which is a disk-shaped (rotary type) bowl on the axis of rotation, inside which there is an annular hollow insert made of graphite (collapsible graphite insert) with inclined walls, the thickness of which increases in the direction from the axis of rotation to the outer (outer wall).
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) thermodynamic characteristics of the mold, allowing the formation of preferential heat extraction from the outer wall of the mold towards the center with an average cooling rate of 0.02-0.1 ° C / s.
- the casting temperature is less than the solidus temperature
- the casting is cooled and, by taking samples, the size of the central part of the casting, occupied by the displaced non-metallic inclusions, is determined. Then the contaminated part of the casting is removed in one way or another. As a result, a ring-shaped casting with a refined metal or alloy is obtained.
- a mold equal to 300 mm and the possibility of adjusting the speed of the centrifuge rotor in the range of 1200-2500 rpm.
- a collapsible graphite insert was made to create the technologically necessary preferred direction for cooling the melt in the mold.
- the insert was sub-caliber inserted into the rotor mold of a laboratory centrifuge.
- A99 grade aluminum was chosen.
- the melt was obtained in a graphite ladle of a laboratory resistance furnace.
- the resulting casting was removed and cut into templates.
- the obtained laboratory results showed a very high efficiency of the process.
- the minimum efficiency of aluminum purification was observed when using raw materials with a purity of 99.99%, the output was aluminum with a purity of 99.9992%.
- the maximum efficiency was observed when obtaining aluminum with a purity of 99.99992% from 99.997% raw materials in one refining cycle.
- the present invention is expediently applied for efficient refining of any metals and their melts.
- the present invention is industrially applicable, since, based on the known thermodynamic and metallurgical processes, it allows the use of the flat FC displacement process as a cleaning process from intermetallic compounds and other non-metallic inclusions of aluminum or its alloy.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии. Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений характеризуется тем, что расплав алюминия или его сплава после расплавления перегревают до температуры 750-800°С и заливают в изложницу кристаллизатора, предварительно раскрученную до достижения у внешней стенки вращающейся изложницы кристаллизатора значения гравитационного коэффициента равного 170-200. При вращении изложницы кристаллизатора обеспечивают отбор тепла от внешней стенки изложницы по направлению к ее оси вращения со средней скоростью охлаждения 0,02-0,1 грС/с для перемещения интерметаллидов и иных неметаллических включений давлением плоского фронта кристаллизации в направлении к оси вращения изложницы кристаллизатора при остывании расплава в этом же направлении. А при достижении температуры отливки меньше температуры солидус отливку охлаждают и определяют размер центральной части отливки, занятой вытесненными интерметаллидами и неметаллическими включениями, и эту центральную часть отливки удаляют.
Description
СПОСОБ ОЧИСТКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Изобретение относится области металлургии, а точнее к металлургии алюминия и его сплавов, но может найти применение и в других областях металлургии.
Очистка алюминия и алюминиевых материалов от различных неметаллических примесей является актуальной задачей современной металлургии. Потребность в чистых и особо чистых алюминиевых материалах непрерывно растет. Существующие технологические подходы к проблеме не позволяют в полной мере получать желаемые результаты. Кратко, они сводятся к разного рода лифтингам связанных включений на поверхность расплава с последующим их сбором. Сюда же относятся и процессы барботажа различными газами расплавов алюминиевых материалов, позволяющие связать не желательные металлические примеси, превращая их в интерметаллиды. Таким образом, конечной задачей получения алюминиевых материалов заданной чистоты является удаление интерметаллидов.
В последнее время металлургическая наука отметила недооцененную ранее роль модулятора основных служебных свойств металлических материалов, в частности алюминиевых, которым являются малые (сотые доли масс. %) примеси наноразмерных частиц или комков интерметаллидов различной природы. Именно этим объясняется разброс показателей свойств отливок полученных, казалось бы, при одних и тех же условиях их получения. Особенно заметна негативная роль интерметаллидных включений в процессах рециклинга алюминия, где именно проблема удаления интерметаллидов и других не металлических включений является главным препятствием получения вторичного алюминия заданного качества.
Существующие способы очистки расплавов керамическими фильтрами, химической обработкой, с последующей очисткой зеркала расплава от всплывших связанных включений не достаточно эффективны. Способ очистки зонной плавки достаточно эффективен в конечном результате, но не приемлем по длительности процесса (до нескольких десятков часов), сложности аппаратного обеспечения и дороговизне технологического процесса, что делает его применение целесообразным при получении чистого и особо чистого алюминия в сравнительно небольших объемах.
Известен патент RU 2312156, С22 В21/00, СЗОВ 13/00, С22 В9/02, опубл. 10.12.2007 (принятый за прототип), в котором описан способ производства особо чистых металлов и монокристаллов из них (в том числе, алюминия и алюминиевых сплавов), заключающийся в том, что для получения монокристаллической структуры и сопутствующего рафинирования кристаллизацию расплава проводят в силовом поле центрифуг с коэффициентом гравитации, обеспечивающим создание адекватного переохлаждения в расплаве и равного разнице между оптимальным значением величины переохлаждения, соответствующего максимуму линейной скорости роста кристалла, и интервалом метастабильности роста, при этом указанная разница определяется выражением:
1
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Q - поправка коэффициента гравитации;
A, В, L, M - коэффициенты, из которых числовое значение В определяется, исходя из термодинамических характеристик кристаллизатора, определяющих скорость протекания теплопроцессов, а числовые значения A, L, М определяются физико-химическими характеристиками металлов;
Kg - коэффициент гравитации;
Т - температура кристаллизации;
D То - переохлаждения расплава, полученные опытным путем. При этом при рафинировании расплава последний объемно охлаждают со скоростью 0,02-0,08°С/с.·
В этом способе процесс вытеснения плоским фронтом кристаллизации (ФК) включений не востребованный самим процессом кристаллизации в центральную часть кристаллизатора является побочным, не оптимизированным процессом. Предлагаемый диапазон гравитационных коэффициентов Kg совершенно не подходит для организации процесса вытеснения ФК не металлических примесей, так как противодействующая сила разделительной диффузии с ростом Kg становится непреодолимой. Более того, в нем игнорируются необходимые термодинамические условия направленной кристаллизации, а провозглашаемые условия проведения процедуры в условиях равномерного объемного охлаждения представляются недостижимыми в силу влияния скрытой теплоты на процесс. Так же не учтен необходимый перегрев расплава перед заливкой в кристаллизатор на величину, обеспечивающую нахождение расплава в жидкой фазе до полного заполнения изложницы кристаллизатора и создания в кристаллизаторе нужного Kg. Гравитационный коэффициент - это безразмерная величина, показывающая во сколько раз величина ускорения центробежных сил во вращающейся изложницы кристаллизатора больше ускорения гравитационных сил на поверхности земли: Kg=<x>2R/g.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении степени очистки алюминия и его сплавов за счет применения процесса вытеснения фронтом кристаллизации интерметаллидов и неметаллических включений.
Указанный технический результат достигается тем, что способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений характеризуется тем, что расплав алюминия или его сплава после расплавления перегревают до температуры 750-800С и заливают в изложницу кристаллизатора, предварительно раскрученную до достижения у внешней
2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
стенки вращающейся изложницы кристаллизатора значения гравитационного коэффициента равного 170-200, и при вращении изложницы кристаллизатора обеспечивают отбор тепла от внешней стенки изложницы по направлению к ее оси вращения со средней скоростью охлаждения 0,02-0,1 грС/с для перемещения интерметаллидов и иных неметаллических включений давлением плоского фронта кристаллизации в направлении к оси вращения изложницы кристаллизатора при остывания расплава в этом же направлении, а при достижении температуры отливки меньше температуры солидус отливку охлаждают и определяют размер центральной части отливки, занятой вытесненными интерметаллидами и неметаллическими включениями, и эту центральную часть отливки удаляют.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
Новый способ иллюстрируется поясняющим иллюстративным материалом, на котором: фиг. 1 - схема продвижения фронта кристаллизации своей двухфазной зоной; фиг. 2 - схема действия сил на зерно примеси; фиг. 3 - конструктивная схема изложницы кристаллизатора.
Предлагается новый способ очистки алюминия и его сплавов за счет применения процесса вытеснения фронтом кристаллизации интерметаллидов и неметаллических включений, при котором размер включений не играет существенной роли. Предлагаемый способ лишен названных недостатков прототипа и позволяет очистить расплав алюминия уже в процессе кристаллизации этого расплава.
Согласно настоящего изобретения способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений строится на следующей последовательности взаимосвязанных действий:
- расплав алюминия или его сплава после расплавления перегревается до температуры 750- 800°С заливают в изложницу кристаллизатора, которую предварительно раскрутили до достижения у внешней стенки вращающейся изложницы кристаллизатора значения гравитационного коэффициента равного 170-200;
- при вращении изложницы кристаллизатора обеспечивают отбор тепла от внешней стенки изложницы по направлению к ее оси вращения со средней скоростью охлаждения 0,02-0,1 грС/с;
- это делается для перемещения интерметаллидов и иных неметаллических включений давлением плоского фронта кристаллизации в направлении к оси вращения изложницы кристаллизатора при остывании расплава в этом же направлении;
- при достижении температуры отливки меньше температуры солидус отливку охлаждают и определяют размер центральной части отливки, занятой вытесненными интерметаллидами и неметаллическими включениями, и эту центральную часть отливки удаляют.
Существующая в современной металлургии практика очистки металлов и сплавов базируется на использовании фильтров, через которые проливается очищаемый расплав. Степень
3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
очищения определяется размером ячейки фильтра. Современные промышленные фильтры обычно задерживают включения размерностью 5 микрон и более, то есть, чем больше размер нерастворенных включений, тем легче их отфильтровать. А область размеров включений от 5 микрон и менее, включая нано размерные частицы и комки наночастиц, для современных промышленных фильтров для очистки просто не доступны. Частично к решению задачи приближается способ очистки зонной плавкой со всеми своими названными недостатками.
Предлагаемый способ решает эту задачу. Важным представляется, что именно малоразмерные включения "фильтруются" в первую очередь. Дело в том, что, чем меньше размер включения, тем легче плоскому фронту кристаллизации Front (ФК) продвигать его своей двухфазной зоной и тем меньше противодействие силы разделительной диффузии (фиг 1).
В сплавах, затвердевающих в интервале температур, эта поверхность соответствует началу кристаллизации, которая заканчивается на некотором расстоянии от нее, а именно на изотермической поверхности, соответствующей температуре неравновесного солидуса. Область, заключенная между границами начала и конца затвердевания, состоит из двух фаз, причем количество твердой фазы в ней изменяется в соответствии с распределением температуры и темпом кристаллизации. Ширина двухфазной зоны равна частному от деления величины температурного интервала кристаллизации сплава на среднюю величину температурного градиента в этой зоне. В свою очередь температурный градиент тем круче, чем выше интенсивность охлаждения, меньше толщина затвердевшего слоя слитка и ниже теплопроводность сплава.
Предлагаемый способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений основан на процессе вытеснения неметаллических включений, в том числе и интерметаллитов, плоским фронтом ФК, движущимся кцентральной части вращающейся с заданной скоростью со изложницы в градиентном поле центробежных сил F от внешней стенки изложницы к центру в русле, определенном вектором термодинамического предпочтения изложницы. Термодинамический вектор задается конструкцией изложницы (фиг. 2). При этом давлению фронта кристаллизации противодействует центробежная сила F, действующая на массу ш вытесняемой частицы. В результате наложения на частицу двух противодействующих сил возникают ограничения по массе вытесняемых включений.
Особенностью заявленного способа является то, что коэффициент гравитации Kg одинаков в любых точках расплава, равноудаленных от оси вращения изложницы кристаллизатора, что обеспечивает получение абсолютно плоских ФК. Воздействие повышенной гравитации приводит к резкому уменьшению двухфазной зоны, что обеспечивает гораздо более эффективную очистку (рафинирование) расплава. Перечисленные обстоятельства, аналитически рассчитанные и экспериментально подтвержденные, позволяют утверждать, что данный способ в отличие от любых существующих способов очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений эффективнее в разы.
4
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Фронтом кристаллизации (или фронтом роста) называют изотермическую поверхность, являющуюся границей фазового перехода расплав - кристалл и перемещающуюся по сплаву, находящемуся в литейной форме, по мере его кристаллизации. При этом при наличии плоского ФК происходит перемещение примесей этим фронтом, а если фронт кристаллизации искривлен, то и в поперечном сечении слитка должно выявляться спиральное распределение примесей. Число витков этой спирали зависит от кривизны фронта кристаллизации. Об эффекте перемещения примесей движением ФК при наличии перегрева расплава указано в диссертации канд. физ.- мат.наук Асеева Данила Леонидовича "Нелинейная динамика двухфазной зоны в процессах затвердевания расплавов", Екатеринбург, 2006, РГБ ОД, 61:07-1/285, 131 стр. Однако, данный процесс в нормальных условиях атмосферного давления имеет неустойчивый характер, приводящий при перемещении примесей к их одновременному распределению по длине отливки.
Для исключения "прорыва" примесей в прокристаллизовавшуюся зону в рамках реализации заявленного способа расплав алюминия или его сплава/вов после расплавления перегревают до температуры 750-800 °С и заливают в подготовленную изложницу кристаллизатора (фиг. 3). Подготовка изложницы кристаллизатора заключается тем, что перед заливкой перегретого расплава ротор 1 кристаллизатора вместе с футерованной изложницей раскручивается до достижения у внешней стенки вращающейся изложницы значения гравитационного коэффициента равного 170-200. Раскрутка изложницы кристаллизатора до значения гравитационного коэффициента равного 170-200 позволяет существенно сузить ширину двухфазного слоя, при которой влияние примеси на процесс затвердевания (появление зерна) не влияет на изменение температуры фазового перехода (ликвидуса) смеси. Для расплава, как это имеет место в современных процессах кристаллизации, температура ликвидуса является функцией концентрации примеси, а процесс кристаллизации сопровождается при направленном затвердевании расплава диффузией примесей (в настоящее время диффузией примеси в твердой фазе традиционно пренебрегают). Уменьшение толщины двухфазного слоя приводит к торможению процесса диффузии примесей и одновременному перемещению этих примесей перед ФК в сторону направленного охлаждения расплава.
Особенностью исполнения футерованной изложницы кристаллизатора является то, что она имеет, тем иди иным образом организованное, термодинамическое предпочтение к остыванию расплава от внешней стенки 2 к внутренней центральной части изложницы (к ее оси вращения 3) (фиг. 3). Для формирования заданного режима остывания в заданном направлении изложница оснащается фигурной термодинамической вставкой 4, оказывающей влияние на степень охлаждения участков изложницы. Эта фигурная вставка регулирует теплоотдачу от расплава и прокристаплизовавшейся его части через боковые стенки. На фиг. 3 показана изложница кристаллизатора, представляющая собой дискообразную (роторного типа) чашу на оси вращения, внутри которой расположена кольцеобразная полая вставка из графита (разборная графитная вставка) с наклонными стенками, толщина которых растет в направлении от оси вращения к наружной (внешней стенке). Такое исполнение изложницы позволяет получить
5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
термодинамические характеристики кристаллизатора, позволяющие сформировать преимущественный отбор тепла от внешней стенки изложницы по направлению к центру со средней скоростью охлаждения 0,02-0, 1°С/с.
После завершения процессов кристаллизации (температура отливки меньше температуры солидус) отливку охлаждают и, взятием проб, определяют размер центральной части отливки, занятой вытесненными неметаллическими включениями. Затем загрязненную часть отливки тем или иным способом удаляют. В итоге получают кольцеобразной формы отливку с очищенным металлом или сплавом.
Полученные значения гравитационных коэффициентов, температур перегрева и скорости охлаждения были теоретически рассчитаны и в дальнейшем скорректированы в режиме опытных плавок и представляют собой в большей степени эмпирически полученные значения, при которых возможно реализация заявленного способа и при которых возможно получить высокие степени очистки алюминия и его сплавов.
Для экспериментальной проверки работоспособности изобретенного способа очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений использовалась лабораторная металлургическая центрифуга с рабочим диаметром изложницы ротора
» кристаллизатора равном 300 мм и возможностями регулирования оборотов ротора центрифуги в диапазоне 1200-2500 об/мин. Для создания в изложнице технологически необходимого предпочтительного направления охлаждения расплава была изготовлена разборная графитовая вставка. Вставка подкалиберно вставлялась в изложницу ротора лабораторной центрифуги.
Для опытных плавок был выбран алюминий марки А99. Расплав получали в графитовом ковше лабораторной печи сопротивления. Центрифуга вместе с печкой сопротивления монтировалась в согабаритном металлическом ящике, внутренний объем которого наполнялся сверху подсушенным аргоном. После получения слабо перегретого расплава с температурой 750°С, он переливался специальным манипулятором ковша печи в предварительно прогретую до 200°С изложницу с термодинамической вставкой, предварительно раскрученной до оборотов 1800 об/мин. По завершении процесса, полученный отливок извлекался и разрезался на тамплеты. Полученные лабораторные результаты показали очень высокую эффективность процесса.
Минимальная эффективность очистки алюминия наблюдалась при использовании исходного сырья чистотой 99,99%, на выходе получался алюминий чистотой 99,9992%. Максимальная эффективность наблюдалась при получении алюминия чистотой 99,99992% из сырья 99,997% за один цикл рафинирования.
Настоящее изобретение кроме этого, целесообразно применять для эффективного рафинирования любых металлов и их расплавов.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как, основываясь на известных термодинамических и металлургических процессах, позволяет использовать процесс вытеснения плоским ФК в качестве процесса очистки от интерметаллидов и иных неметаллических включений алюминия или его сплава.
6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений, характеризующийся тем, что расплав алюминия или его сплава после расплавления перегревают до температуры 750-800°С и заливают в изложницу кристаллизатора, предварительно раскрученную до достижения у внешней стенки вращающейся изложницы кристаллизатора значения гравитационного коэффициента равного 170-200, и при вращении изложницы кристаллизатора обеспечивают отбор тепла от внешней стенки изложницы по направлению к ее оси вращения со средней скоростью охлаждения 0,02-0,1 грС/с для перемещения интерметаллидов и иных неметаллических включений давлением плоского фронта кристаллизации в направлении к оси вращения изложницы кристаллизатора при остывании расплава в этом же направлении, а при достижении температуры отливки меньше температуры солидус отливку охлаждают и определяют размер центральной части отливки, занятой вытесненными интерметаллидами и неметаллическими включениями, и эту центральную часть отливки удаляют.
7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132710 | 2019-10-11 | ||
| RU2019132710A RU2731948C1 (ru) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021071381A1 true WO2021071381A1 (ru) | 2021-04-15 |
Family
ID=72421954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/000041 WO2021071381A1 (ru) | 2019-10-11 | 2020-01-29 | Способ очистки алюминия и его сплавов |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731948C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021071381A1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4273627A (en) * | 1978-12-26 | 1981-06-16 | Aluminum Company Of America | Production of extreme purity aluminum |
| EP0375308A1 (en) * | 1988-12-22 | 1990-06-27 | Alcan International Limited | Process and apparatus for producing high purity aluminum |
| RU2115752C1 (ru) * | 1997-09-30 | 1998-07-20 | Открытое акционерное общество "Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов" | Способ пирометаллургического рафинирования платиновых сплавов |
| RU2312156C2 (ru) * | 2005-08-04 | 2007-12-10 | Олег Владимирович Анисимов | Способ производства особо чистых металлов и монокристаллов из них |
| RU2376108C1 (ru) * | 2008-03-27 | 2009-12-20 | Олег Владимирович Анисимов | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
| RU2415733C1 (ru) * | 2009-12-11 | 2011-04-10 | Олег Владимирович Анисимов | Способ очистки алюминиевых сплавов |
| RU2693580C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-07-03 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана |
-
2019
- 2019-10-16 RU RU2019132710A patent/RU2731948C1/ru active
-
2020
- 2020-01-29 WO PCT/RU2020/000041 patent/WO2021071381A1/ru active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4273627A (en) * | 1978-12-26 | 1981-06-16 | Aluminum Company Of America | Production of extreme purity aluminum |
| EP0375308A1 (en) * | 1988-12-22 | 1990-06-27 | Alcan International Limited | Process and apparatus for producing high purity aluminum |
| RU2115752C1 (ru) * | 1997-09-30 | 1998-07-20 | Открытое акционерное общество "Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов" | Способ пирометаллургического рафинирования платиновых сплавов |
| RU2312156C2 (ru) * | 2005-08-04 | 2007-12-10 | Олег Владимирович Анисимов | Способ производства особо чистых металлов и монокристаллов из них |
| RU2376108C1 (ru) * | 2008-03-27 | 2009-12-20 | Олег Владимирович Анисимов | Способ изготовления отливок методом направленной кристаллизации из заданной точки расплава к периферии отливки |
| RU2415733C1 (ru) * | 2009-12-11 | 2011-04-10 | Олег Владимирович Анисимов | Способ очистки алюминиевых сплавов |
| RU2693580C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-07-03 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2731948C1 (ru) | 2020-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2198077B1 (en) | Method for processing silicon powder to obtain silicon crystals | |
| WO2007122736A1 (ja) | 鋳造方法及び装置 | |
| WO2019077892A1 (ja) | Ａｌ合金の再生方法 | |
| JP3329013B2 (ja) | Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウムスクラップの連続精製方法及び装置 | |
| RU2731948C1 (ru) | Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений | |
| JPS5845338A (ja) | 合金再融解方法 | |
| RU2727478C1 (ru) | Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений | |
| JP5134817B2 (ja) | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ | |
| JP3237330B2 (ja) | アルミニウム合金スクラップの精製方法 | |
| CN105819451B (zh) | 一种直流电场诱导合金定向凝固生长、强化合金精炼过程的工艺 | |
| JP2002534603A5 (ru) | ||
| JP6800128B2 (ja) | Ａｌ合金の再生方法 | |
| JP5634704B2 (ja) | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ | |
| JP5479729B2 (ja) | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ | |
| Ainabayev et al. | Out-of-furnace synthesis of high-temperature ceramic materials in the revolving reactor | |
| RU2415733C1 (ru) | Способ очистки алюминиевых сплавов | |
| Seo et al. | Recycling of Al–Si die casting scraps for solar Si feedstock | |
| WO2010008316A1 (ru) | Способ получения добавок и лигатур для производства сплавов | |
| JP7414592B2 (ja) | Ａｌ合金の再生方法 | |
| EP1900455A1 (en) | Semi-solid casting method and charge | |
| RU2400323C1 (ru) | Способ получения высококачественных отливок металлов и сплавов с ультрадисперсной структурой | |
| JP5415066B2 (ja) | 金属精製方法及び装置、精製金属、鋳造品、金属製品及び電解コンデンサ | |
| JP2019077895A (ja) | Ａｌ合金の再生方法 | |
| JP5594952B2 (ja) | 冷却体、金属精製装置及び方法 | |
| Löffler et al. | Eutectic isolation in Mg-Al-Cu-Li (-Y) alloys by centrifugal processing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20875203 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC , EPO FORM 1205A DATED 30.08.22. |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20875203 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |