Спосіб рафінування алюмінію і його сплавів

Использование при электромагнитной обработке жидкого металла для улучшения служебных характеристик отливок. Сущность создают вращение расплава в нижней части с угловой скоростью 35-40 рад/с \ в верхней 4-5,5 рад/с 1 и продувают расплав высокоэнтальпийным ионизированным газом в направлении, противоположном направлению вращения 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл. меси, увеличивая степень его рафинирования. Однако этот способ длителен и малопроизводителен. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ рафинирования алюминия, включающий вращение расплава по которому продувку жидкого металла инертнум газом осуществляют в направлении, противоположном направлению вращения расплава. Недостатками известного способа являются потеря температуры расплава в про цессе обработки холодным газом и низкая эффективность рафинирования металла изза того, что в зоне истечения сі руи температура расплава всегда меньше по сравнению с его среднемассовой В результате этого водород вследствие большей его растворимости при повышенной емперэтуре сплава стремится перейти в периферийные более нагретые слои расплава в которых пузырей инертного газа значительно меньше, чем в реакционной зоне струи Кроме того, с по 1752800 •4 металлом и времени их контакта. Рафиниротемпературу "з границе раэделэ вание металла от неметаллических включефаз существенно уменьшаются коэффициний происходит за счет их коагуляции и енты массопереноса и диффузии водорода последующей флотации на поверхность в газовый пузырь, от которых во многом 5 расплава, зависит дегазация металла. При вращении расплава в нижней части Независимо от глубины истечения хос угловой скоростью менее 35 рад/с не лодной и высокотемпературной аргоновых достигается максимальная интенсификаструй максимальное перемешивание и стеция массообменных процессов в магалле пень турбулизации расплава, определяющихся интенсивность массообмена, 10 и снижается эффективность рафинирования сплавов. Вращение расплава в нижней достигаются в поверхностных слоях ванчасти со скоростью более 40 рад/с пракны, которые затем распространяются на тически не оказывает влияния на стевесь объем. Поэтому массоперенос водопень рафинирования сплавов, только рода в нижних слоях алюминиевого расплава значительно меньше, чем верхних. 15 при этом усложняется конструкция оборудования. В результате этого не обеспечивается высокая степень рафинирования всего обьеИзменение направления вращения ме ма расплава. талла в верхней части ванны позволг.еі узе Целью изобретения является интенсиличить траектории движения пузырьков фикация процесса массопереноса водоро- 20 инертного газа в расплаве, предотвращает да, поддержание температуры металла при слияние пузырьков в большие пузыри, как обработке и повышение степени рафинироэто происходит при вращении расплава в вания сплавов. одном направлении. Благодаря небольшой (4-5,5 рад/с) скорости вращения металла в Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рафинирования алюми- 25 верхней части ванны зеркало расплава не окисляется. В результате этого достигается ния и его сплавов, включающему создание высокая степень рафинирования алюминивращения расплава и продувку металла евых сплавов. инертным газом в направлении, противоположном направлению вращения расплава, При вращении расплава в верхней части металл вращают в двух противоположных 30 со скоростью менее 4 рад/с уменьшается направлениях, причем в верхней его части время контакта газовых пузырей с расплас угловой скоростью 4-5,5 рад/с, а в нижвом, происходит слияние их в более крупней ~ 35-40 рад/с. В верхней части расплав ные пузыри В результате этого степень вращают с помощью неоднородного электудаления водорода из расплава уменьшаетромагнитного поля, а в нижней - с помощью 35 ся. Вращение со скоростью более 5,5 рад/с вращающегося магнитного поля. В нижней приводит к нарушению жидкой пленки на части расплав продувают высокоэнтальпийзеркале ванны и замешиванию оксидов в ным газом. металл. Это приводит к ухудшению качества металла. В результате наложения на нижнюю часть жидкого металла вращающегося маг- 40 На чертеже показана схема реализации нитного поля расплав приводят в движение способа. со скоростью, величина которой больше, Устройство включает индуктор 1, шичем в верхней его части, где вращательное нопроводы 2, с помощью которых осущестдвижение металла осуществляют с повляется кондукционный подвод тока в мощью воздействия на расплав неоднород- 45 расплав, рафинировочной емкости 3, станого магнитного поля. Так как азимутальное тора асинхронного двигателя 4 и плазмотдвижение расплава осуществляют навстрерона 5 чу струе высокоэнтальпийного ионизироПри включении индуктора установки в сеть промышленной частоты электрический ванного газа, то происходит интенсивное дробление струи на мелкие пузырьки, кото- 50 ток, подходящий по стенкам емкости, нагревает ее. После заливки в емкость расплаврые замешиваются в металл. Вращение ленного металла вводят плазмотрон, где газ нижней части расплава с большей угловой ионизируется с образованием высокотемскоростью (35-40 рад/с) и наличие высокопературного плазменного факела Вследсттемпературной зоны взаимодействия ме55 вие несимметричного расположения талла с плазменной струей в нижней части рафинировочной емкости относительно инванны способствуют интенсификации масдуктора, а также в результате взаимодейстсопереноса водорода в эту зону и через вия тока, протекающего через расплав с межфазную границу в пузыри газа Кроме собственным магнитным полем и неоднотого, такая обработка способствует увеличе родным электромагнитным полем индуктонию межфазной поверхности пузырьков с 1752800 части рафинировочной емкости, и движение pa, возникает вращательное движение мепроисходит навстречу, то твердые неметалталла. Затем включают в сеть статор асинхлические включения сталкиваются в процесронного двигателя, охватывающий нижнюю се вращательного движения расплава и часть рафинировочной емкости, и приводят расплав в азимутальное движение со скоро- 5 коагулируют в шаровидные конгломераты, плотность которых меньше плотности рас( стью, большей и направленной навстречу плавэ. ; движения металла в верхней части рафинировочной емкости, После окончания процесса рафинирования отключают статор асинхронного После окончания процесса рафиниро! вания прекращают подачу нейтрального га- 10 двигателя от сети, отключают и извлекают из емкости плазмотрон, после выстаиваза, отключают от сети статор асинхронного ния в течение 5 мин расплава снимают двигателя и выстаивают расплав. Затем удашлак и проводят слив очищенного металляют с поверхности расплавленного металла. ла шлаковые образования и производят слив металла. 15 Аналогичным образом осуществляют рафинирование алюминиевого сплава П р и м е р . Испытания предлагаемого АК5М2 влечение 10, 20, 30 минут. Содержаспособа производят при рафинировании ние водорода в расплаве определяли по литейного сплава АК5М2. РасплавленГОСТ 21132.1-81. Содержание оксида алюный алюминиевый сплав в количестве 8 кг заливают в емкость электромагнитной 20 миния определяли на пробах, отлитых в установки. Пропускают через расплав, намет аллический кокиль до и после рафинироходящийся в емкости, переменный ток вечивания. Условия и результаты рафинировачиной 9,5 кА. Включают плазмотрон и ния алюминиевого сплава АК5М2 плазменную горелку погружают в расплав предлагаемым способом и в сравнении с на 2/3 его высоты. Продувку металла осуще- 25 известными приведены в табл.2. ствляют аргоном при расходе 15 л /мин, темПрименение предлагаемого способа рапературе расплава 1023-1073 К в течение финирования позволяет получить степень 5 мин, Одновременно включают в сеть стадегазации расплава в диапазоне 65-77%, тор трехфазного асинхронного двигателя а в изэестных способах она составляет сои приводят нижнюю часть расплава в ин- 30 ответственно 35 м 25%. По сравнению с тенсивное вращательное движение п течеприменяемыми в промышленности предние 5 мин. При этом угловая скорость лагаемый способ позволяет в 1,2-3 раза движения металла 34-42 рад/с. В то же снизить содержание в расплаве оксида злювремя верхнюю часть расплава в рафиминия. нировочной емкости вращают с угловой 35 Таким образом, предлагаемый способ скоростью 3,5-6 рад/с в противоположном рафинирования алюминия и его сплавов направлении, позволяет повысить эффективность очистки металла за счет интенсивного удаления Данные по степени рафинирования гэзоз и оксидоь из расплава в 2-4 раз по сплавов представлены в табл. 1. Следует отметить, что струю высоко- 40 сравнению с прототипом. Кроме того, энтальпийного ионизированного газа, предлагаемый способ позволяет уменьпоступающего из плазменной фурмы, нашить расход газа на обработку в 1,2-2 раправляют навстречу потоку вращающегося за, повысить качество литых изделий, металла и благодаря этому она разбивается существенно улучшить экологическую обна мелкие пузырьки, которые равномерно 45 становку в цехе. распределяются по всему объему металла. Пузырьки нейтрального газа, проходя чеФормула изобретения рез объем расплавленного металла, адсорбируются на твердых неметаллических 1, Способ рафинирования алюминия и включениях и выносятся на поверхность 50 его сплавов, включающий создание вращерасплава. Кроме того, в пузырьки инерния оасплава и продувку металла инертным тного газа дифундирует растворенный газом в направлении, противоположном нав расплаве водород, который с помощью правлению вращения расплава, о т л и ч а ю инертного газа выводят из расплавленнощ и й с я тем, что, с целью повышения го металла. 55 производительности процесса путем инТак как в верхней части емкости рас тенсификации массопереноса водорода и ппав вращается за счет взаимодействия поддержания температуры металла при об поля рассеяния индуктора с током, протекаработке и повышения степени рафинироющим через расплав, а скорость движения ваний сплавов, металл вращают в двух металла значительно меньше, чем в нижней противопопожных направлениях, причем 8 1752800 в верхней его части с угловой скоростью го поля, а в нижней - с помощью вращаю4-5,5 рад/'с 1 , а в н и ж н е й - 35-40 рад/с . щегося магнитного поля. 2. Способ по п 1, о т л и ч а ю щ и й с я 3. Способ по п 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в верхней части расплав вращают с тем, что в нижней части расплав продувают помощью неоднородного электромзгнитно- 5 высокоэнтальпииным ионизированным газом. Таблица 1 Скорость враще- Степень рафиниСкорость вращения нижней части ния верхней части рования сплава,% расплава, рад/с расплава, рад/с 5,0 56 34 35 5,0 63 37 5.0 65 40 5,0 66 41 5.0 65 42 5.0 66 39 3.5 54 39 4.0 65 39 5,0 68 39 5.5 66 39 5,6 62 39 5.8 60 Таблица 2 Способ рафинирования Продолжительность рафинирования, мин Расход инертного газа, % от массы расплава 5 5 1 1 0,025 0,029 0,02 0,019 0,43 0,43 0,32 0,19 5 10 20 0,6 0,6 0.6 0,025 0,033 0,023 0,025 0,011 0,009 0,007 0,004 0,43 0,43 0,41 041 0.15 0,13 0,10 0,08 Обработка инертным газом Известный Предлагаемый 1 2 3 4 L х 0,6 Содержание водорода, см 3 /100г металла до рафини- после рафи- до рафини- после рафирования нирования рования нирования Содержание, % 1752800 Редактор Н Гунько Составитель Н. Кунаев Техред М.Моргентзл Корректор Л Лукач Заказ 2735 Тираж Подписное ВНМИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушскья наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород ул Гагарина, 101