Способ рафинирования алюминия и его сплавов

(71) Институт проблем ли(54) СПОСОБ РАФИНИРНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ тья АН УССРивский, 1977. ИЯ АЛЮМИителен и малоеееед ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам очисткиалюминиевых расплавоа от растворенныхпримесей.Известен способ рафинирования металла продувкой газом через вращающееся врасплаве сопло, который позволяет увеличить выход качественного металла,Недостатком способа является невысокая степень очиСтки алюминиевых сплавовот твердых неметаллических включений.Это объясняется тем, что в результате интенсивного движения расплава происходитокисление его поверхности и образующиесяпри этом оксиды поступают в глубь расплава. Кроме того, инертный газ, проходя черезслой металла, теряет высокую степень егодиспергирования за счет слияния мелких пузырьков в более крупные.Известен способ рафинирования металлов продувкой инертными и активными газами расплава в герметичном объеме,содержащем кювету - гетер с щелочно-земельными металлами. Металлы поглощаютвыделяющиеся из расплава вредные при-,д(57) Использование: при электромагнитнойобработке жидкого металла для улучшенияслужебных характеристик отливок. Сущность: создают вращение расплава в нижней .части с угловой скоростью 35 - 40 рад/с, в-1высокоэнтальпийным ионизированным газом в направлении, противоположном направлению вращения. 2 з,п. ф-лы, 1 ил.,2 табл,меси, увеличивая степень его рафинирования,Однако этот способ длпроизводителен.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способрафинирования, алюминия, включающийвращение расплава, по которому продувку жидкого металла инертным газом осущест 1 вляют в направлении, противойолбжнОм на-правлению вращения расплава.. (лНедостаткамй известного способа явля- ) 1ются потеря температуры расплава в про- Ср цессе обработки холодным газом и низкая эффективность рафинирования металла из- за того, что в зоне истечения струи температура расплава всегда меньше по сравнению с его среднемассовой. В результате этого водород вследствие большей его раствори- а мости при повышенной;емпературе сплава . стремится перейти в периферийные болеенагретые слои расплава,в которых пузыреи инертного газа значительно меньше, чем вреакционной зоне струи, Кроме того, с по1752800 3нижением температуры на границе разделафаз существенно уменьшаются коэффициенты массопереноса и диффузии водородаа газовый пузырь, от которых во многомзависит дегазация металла,Независимо от глубины истечения холодной и высокотемпературной аргоновыхструй максимальное перемешивание и степень турбулизации расплава, определяющихся интенсивность массообмена,достигаются в поверхностных слоях ван ны, которые затем распространяются.навесь объем, Поэтому массоперенос водорода в нижних слоях алюминиевого расплава значительно меньше, чем.верхних,В результате этого не обеспечивается высокая степень рафинирования всего обьема расплава;Целью изобретения является интенсификация процесса массопереноса водорода, поддержание температурыметалла приобработке и повышейие степени рафинирования сплавов,Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу рафинирования алюминия и его сплавов, включающему созданиевращения расплава и продувку металлаинертным газом в направленйи, противоположном направлению вращения расплава,металл вращают в двух. и ротивоположн ыхнаправлениях, причем в верхней его частис угловой скоростью 4 - 5,5 рад/с, а а нижней - 35-40 рад/с. В верхней части расплаввращают с помощью неоднородного электромагнитного поля, а в нижней - с помощьювращающегося магнитного поля. В нижнейчасти расплав продувают высокоэнтальпийным газом,В результате наложения на нижнюючасть жидкого металла вращающегося магнитного поля расплав приводят в движениесо скоростью, величина которой больше,чем в верхней его части, где вращательноедвижение металла осуществляют с помощью воздействия на расплав неоднород ного магнитного поля. Так как азимутальноедвижение расплава осуществляют навстречу струе высокознтальпийного ионизированного газа, то .происходит интенсивноедробление струи на мелкие пузырьки, которые замешиваются в металл; Вращениенйжней части расйлава с большей угловойскоростью (35-40 рад/с) и наличие высоко температурной зоны взаимодействия металла с плазменной струей в нижней частиванны способствуют интенсификации массопереноса водорода в зту зону и черезмежфазную границу в пузыри газа, Кроме.того, такая обработка способствует увеличению межфазной поверхности пузырьков с металлом и времени их контакта. Рафинирование металла от неметаллических включений происходит за счет их коагуляции ипоследующей флотации на поверхность5 расплава.При вращении расплава в нижней частис угловой скоростью менее 35 рад/с недостигается. максимальная интенсификация .массообмейных. процессов в металле10 и снижается эффективность рафинирования сплавоа. Вращение расплава в нижнейчасти со скоростью более 40 рад/с практически не оказывает влияния на степень рафинирования сплавов, только15 при этом усложняется конструкция оборудованияИзменение направления вращения металла в верхней части ванны позволяет увеличить траектории движения пузырьков20 инертного газа в расплаве, предотвращаетслияние пузырьков в большие пузыри, как. это происходит при вращении расплава водном направлении, Благодаря небольшой. (4 - 5,5 рад/с) скорости вращения металла в25 верхней части ванны зеркало расплава неокисляется. В результате этого достигаетсявысокая стейень рафинирования алюминиевых сплавов,При враЩении расплава в верхней части30 со скоростью менее 4 рад/с уменьшаетсявремя контакта газовых пузырей с расплавом, происходит слияние их в более крупные пузыри, В результате этого степеньудаления водорода из расплава уменьшает 35 ся, Вращение со скоростью более 5,5 рад/сприводит к нарушению. жидкой пленки назеркале ванны и замешиванию оксидов вметалл, Это приводит к ухудшению качестваметалла,40 На чертеже показана схема реализацииспособа.Устройство включает индуктор 1, шинопроводы 2, с помощью, которых осуществляется кондукционный подвод тока в45 расплав, рафинировочной емкости 3, статора асинхронного двигателя 4 и плазмотрона 5.При включении индуктораустановки всеть промышленной частоты электрический50 ток, подходящий по стенкамемкости, нагревает ее. После заливки в емкость расплавленного металла вводят плазмотрон, где газионизируется с образованием высокотемпературного плазменного факела, Вследст 55 вие несимметричного расположениярафинировочной емкости относительно индуктора, а также в результате взаимодействия тока, протекающего через расплав ссобственным магнитным полем и неоднородным электромагнитным полем индукто1752800 6ра, возникает вращательное движение ме-части рафинировочной емкости, и движениеталла, Затем включают в сеть статор асинх- происходит навстречу, то твердые неметалронногодвигателя, охватывающий нижнюю лические включения сталкиваются в процесчастьрафинировочнойемкости,иприводят се вращательного движения расплава ирасплав в азимутальное движение со скоро коагулируют в шаровидные конгломераты,стью, большей инаправленной навстречу плотность которых меньше плотности расдвижения металла в верхней части рафини- плава,ровочной емкости, После окончания процесса рафинироПосле окончания процесса рафиниро- вания отключают статор асинхронногования прекращают подачу нейтрального га двигателя от сети, отключают и извлекаютза; отключаютотсетистаторасинхронного из емкости плазмотрон, пбсле выстаивадвигателяивыстаиваютрасплав, Затемуда- ния в течение 5 мин расплава снимаютляют с поверхности расплавленного метал- шлак и проводят слив очищенного металла шлаковые образования и производят ла,15 Аналогичным образом осуществляютП р и м е р. Испытания предлагаемого рафинирование алюминиевого сплаваспособа производят при рафинированииАК 5 М 2 в течение 10, 20, 30 минут. Содержалитейного сплава АК 5 М 2, Расплавлен- ние водорода в расплаве определяли поный алюминиевый сплав в количестве 8 ГОСТ 21132.1-81. Содержание оксида алюкг заливают в емкость электромагнитной 20 миния определяли на пробах, отлитых вустановки. Пропускают через расплав, на- металлический кокильдо и после.рафинироходящийся в емкости, переменный ток вели- вания. Условия и результаты рафинировачиной 9,6 кА. Включают плазмотрон иния алюминиевого сплава АК 5 М 2плазменную горелку погружают в расплав предлагаемым способом и в сравнении сна 2/3 его высоты, Продувку металла осуще известными приведены в табл.2,ствляют аргоном при расходе 15 л/мин, тем- Применение предлагаемого способа рапературе расплава 1023 - 1073 К в течение финирования позволяет получить степень5 мин. Одновременно включают в сеть ста- дегазации расплава в диапазоне 65 - 77,тор трехфазного асинхронного двигателя а в известных способах она составляет сои приводят нижнюю часть расплава в ин ответственно 35 и 25 . По сравнению стенсивное вращательное движение втече- применяемыми в промышленности предние 5 мин. При этом угловая скорость лагаемый, способ позволяет в 1,2-3 разадвижения металла 34 - 42 рад/с, В то же . снизить содержание в расплавеоксида алювремя верхнюю часть расплава в рафи- миния,нировочной емкости вращают с угловой 35 Таким образом, предлагаемый способскоростью 3,5-6 рад/свпротивоположном рафинирования алюминия и его сплавовнаправлении. позволяет повысить эффективность очистДанные по степени рафинирования ки металла за счет интенсивного удалениясплавов представлены в табл,1. газов и оксидов из расплава в 2-4 раз поСледует отметить, что струю высоко сравнению с прототипом. Кроме того;энтальпийного ионизированного газа, предлагаемый способ позволяет уменьпоступающего из плазменной фурмы, на- шить 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 об. на мелкие пузырьки, которые равномерно 45 становку в цехе,распределяются по всему объему металла.Пузырьки нейтрального газа, проходя че- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и ярез объем расплавленного металла, адсорбируются на твердых неметаллических 1. Способ рафинирования алюминия ивключениях и выносятся на поверхность 50 его сплавов, включающий создание вращерасплава. Кроме того, в пузырьки имер- ния расплава и продувку металла инертнымтного газа дифундирует растворенный газом в направлении, противоположномнав расплаве водород, который с помощью правлению вращения расплава, отл ич а юинертного газа выводят из расплавленно- щ и й с я тем, что, с целью повышения55 производительности процесса путем инТак как в верхней части емкости рас- тенсификации массопереноса водорода иплав вращается за счет взаимодействия поддержания температуры металла приобполя рассеяния индуктора с током, протека- работке и повышения степени рафинироющим через расплав, а скорость движения вания сплавов, металл вращают в двухметалла значительно меньше, чем в нижней . противоположных направлениях, причем1752800 Таблица 1 Табл И в верхней его части с угловой скоростью 4 - 5,5 рад/с , а в нижней - 35-40 рад/с2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в верхней части расплав вращают с помощью неоднородного электромагнитного поля, а в нижней - с помощью вращающегося магнитного поля,3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятам, что в нижней части расплав продувают 5 высокоэнтальпийным ионизированным газом.1752800 Составитель Н. Кучаев .Техред М,Моргентал . Корр Редактор Н. ор Л, Лукач к Заказ 2735 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5