Устройство для рафинирования и модифицирования алюминиевых расплавов системы системы алюминий кремний

(5 ЕЛЬСТВУ ий инсти ев, А.Л,Савиов 7/10, 1983.НИРОВАНИЛЮМИНИЕЛЮМИНИЙ итейному протвам для удаений и газов ннд системы тся к литеиному к конструкции уснеметаллических лавов, преимущетемы алюминий - ицирования их в вшах,является повышеия расплава и моию в устройстве, ен н ы й верт икал ь, с вертикальным за, ротор с вертиериферической по- нный к нижнему т собой диск, высиликата, предвао универсальнымкальными пазами Наличие ротор диска из асботермо но пропитанного у обеспечивает очист лических и газовых ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АВЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ АКРЕМНИЙ(57) Изобретение относится к лизводству, в частности к устройсления неметаллических включиз расплавов, преимуществе Изобретение относи производству, в частности тройства для удаления включений и газов из расп ственно на основе сис кремний, а также модиф раздаточных печах или коЦелью изобретения ние степени рафинирован дифицирования.Согласно изобретен включающем вал, помещ но в ванну с расплавом каналом для прохода га кальными каналами на п верхности, прикрепле концу вала, представляе полненный из асботермо рительно пропитанног флюсом с восемью верти алюминий - кремний, применяемых для изготовления фасонных отливок, Целью изобретения является повышение степени рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов, Расплав обрабатывают с помощью устройства, состоящего 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 отверстиями на их верхней поверхности, причем концы трубок загнугы, размещены в вертикальных пазах до половиныы высоты диска и также снабжены отвер-стиями для выхода газа. 3 ил 1 табл. на периферической поверхности, распол женными под углом 45 С и прикрепленныи к хвостовику вертикального вала, а на верхней плоскости диска размещены восемь радиальных трубок, жесткосоединенных с вертикальным валом и снабженных отверстиями диаметром 1 - 2 мм на верхней поверхности, причем концы трубок загнуты, размещены в вертикальных пазах до половины высоты диска и также снабжены отверстиями диаметром 1 - 2 мм для выхода газа,Диаметр отверстий соответствует оптимальному диаметру пузырька продуваемого а, выполненного в виде силиката, предварительниверсальным флюсом, ку расплава от неметалвключений, а также мо 1682409дифицирование расплава, Снабжение устройства радиальными трубками, жестко соединенными с вертикальным валом иимеющими отверстия диаметром 1-2 ммна их верхней поверхности, размещенными над диском, обеспечивает проработкупродуваемым газом одновременно всегообъема металла. Наличие загнутых концов трубок, размещенных в вертикальных пазах до поповины диска иснабженных отверстиями 1 - 2 мм, способствует дроблению пузырьков продуваемого газа. Это обеспечивает более глубокуюочистку металла от газов, вследствие того, что мелкие пузырьки всплывают медленно и вероятность проникновения в нихрастворенного в металле газа путем диффузии возрастает.Размещение загнутых концов трубок ввертикальных пазах до половины высотыдиска, через отверстия которых проходитпродуваемый газ, не препятствует доставкенеметаллических включений на нижнюю поверхность ротора, активированную флюсом,Процесс дополнительной очистки расплава от инородных включений с помощьюпредлагаемого устройства происходит впроцессе вращения ротора,Известно, что при вращении диска, погруженного в жидкость, последняя движется в тангенцМальном направлении за счеттрения жидкости о диск и одновременносуществует ее постоянный вертикальный(осевой)поток и как сгедствие этого насосный эффект, по направлению из бесконечности к диску. Вращательное движениежидкости и турбулиэации потока усиливается вертикальными пазами на диске ротора,а также радиальными трубками,Наличие вертикагьного (осевого) потока способствует доставке частиц на межфазную границу металл -рафинирующаяфаза. Эта доставка в большинстве случаевявляется лимитирующим звеном процессаочистки металла,Выход включений из несущего потокаметалла на межфазную границу металл -флюс становится наиболее вероятным притурбулентном механизме доставки инородных (растворенных газов и взвешенных оксидных) частиц на эту границу.Скорость вертикал ьного (осевого) потока Ч(сО) на ротор при перемешивании алюминиевых расплавов можно оценить посоотношениюЧг(о) =-0,866 У 1 гл,где 7 - кинематическая вчэкос 1 ь жидкостич(алюминиевого расплава), м/с; и) - угловая скорость вращающегосядиска, с ,Тогда для алюминиевых расплавов скорость Ч(со), равную 0,005 м/с, можно обес 5 печить при угловой скорости со = 66,7 1/с,которая соответствует примерно числу оборотов вала ротора п = 600 об/мин,Рассчитанные значения гг) и п реализуют гидродинамическую обстановку вблизи10 торцевой поверхности ротора, при которойу этой поверхности сформируется турбулентный пограничный слой, а включения будутдоставлены на межфазную поверхность, активированную слоем флюса, При этом число15 Рейнольдса Яе = 1,3 х 10 .Покрытие диска универсальным (например, стронцийсодержащим) флюсом и еговращение способствуют переходу стронцияв металл и его модифицированию, а также20 дополнительной дегазации расплава засчет интенсификации массопередачи иразвития соответствующих диффузионныхпотоков растворенного водорода из обьема расплава и поглощения его рафинирую 25 щей фазой.При этом следует отметить, что при рассчитанном выше числе оборотов устройства(700 об/мин) толщина диффузионного пограничного слоя, оказывающего основное30 сопротивление транспорту растворенногогаза и взвешенных частиц, заметно снижается.Движение металла в емкости обусловлено влиянием зоны пониженного давле 35 ния, которая формируется при развитойтурбулентности под вращающимся ротором. Поэтому весь обьем расплава, перемещаясь по направлению к активированнойповерхности ротора и входя с ней в молеку 40 лярный контакт, оказывается очищенный отвзвешенных включений оксидов на основеалюминия,На фиг. 1 представлено устройство длярафинирования и модифицирования алю 45 миниевых сплавов, разрез; на фиг, 2 и 3 -верхняя и нижняя части ротора соответственно.Устройство содержит вал 1, помещенный в ванну с расплавом 10, снабженный50 каналом 2 для прохода газа и оканчивающийся хвостовиком 7, ротор в виде диска 5,предварительно пропитанный универсальным флюсом, вертикальные пазы 6, радиальные трубки 3 с отверстиями 4, загнутые55 концы трубок 8 с отверстиями 9, емкостьБгР 2 10), охлаждают и крепят на хвостовик Технологический процесс обработки7 вала 1, Затем собранное устройство уста- расплава с помощью предлагаемого устройнавливают в ковш или раздаточную печь. ства включает установку устройства в подУстройство работает следующим обра- готовленный раздаточный ковш, включение5 подачи аргона при давлении 0,3 ати приПосле установки устройства в ковше расходе 30 л/мин с одновременным перераздаточной печи включают подачу газа, ко- ливом расплава в ковш из тигля печи сопроторый по каналу 2 поступает в радиальные тивления, наведение покровного флюса,трубки 3, загнутыетрубки 9 и отверстия 4 и 9, состав которого приведен выше, включеОдновременно с подачей газа производят 10 ние системы, обеспечивающей вращательзаливку металла 10 в ковш или раздаточную ное движение устройства с числом оборотов700 об/мин, остановку вращения, дополниДавление газа в трубопроводе в зависи- тельную продувку аргоном в течение 5 мин,л ости от уровня металла в ковше или печи, снятие шлака с поверхности металла врассчитывается по формуле 15 ковше, извлечение устройства из ковша содновременныл прекращением подачиР =. 1,2 Н 1,+ Ро, газа.где Н - . высота металла в ковше или печи, м; Технологический процесс обработкиу - упельный вес расплавленного ме- расплава известным устройством проводятталла, кг/мз; 20 по приведенной схеме за исключением осР 0 - давлениенадковшомили печью, Па, тановки вращения и дополнительной проПодача газа под давлением в трубопро- дувки аргоном в течение 5 мин, которые невод 1 до начала заливки металла в ковш выполняют.исключает попадание капель расплава че- Как показали испытания, дополнительез отверстия 4 и 8 внутрь трубок 3. После 25 ная продувка расплава аргоном в предлазаполнения емкости металлом на поверх- гаемом устройстве в течение 5 минФность последнего наносят слой покровного способствует более глубокой дегазациипорошкообразного флюса 12, который пре- металла потому, что изменяется механизмдохраняет поверхность расплава от окисле- перемещения пузырьков газа, которым обния, 30 рабатывается расплава, При развитом турЗатем включают механизм вращения булентном потоке пузырьки всплывают сустройства (не показан). который передает большой скоростью, что затрудняет дифкрутящий момент на вал 1 и обеспечивает фузионную доставку растворенного в мевращение его со скоростью до 700 об/мин, талле водорода внутрь пузырька аргона, ВОбработка расплава с помощью устройства 35 относительно спокойном металле реализупродолжается 8 - 10 мин. Затем механизм ется линейная зависимость силы гидродивращения отключается, устройство извлека- . намического сопротивления от скоростиется из расплава, а давление продуваемого потока и выполняется закон Стокса-Осеена,газа постепенно в процессе подьема уст- при котором продолжительность всплываройства понижают до нуля. Затем цикл ра ния пузырька инертногоактивного) газа суботы устройства повторяется, щественно увеличивается, При этомПроверку эффективности работы уст- создаются условия для перемещения больройства проводят методом литья в кокиль, щего количества растворенного водородаЖидкий металл готовят в тигельной печи внутрь пузырьков аргона, так как продолжисопротивления, затем его переливают в 45 тельность контакта последних с расплавомраздаточный ковш диаметром 600 мм, в существенно возрастает,котором предварительно устанавливают Общая продолжительность обработки,предлагаемое устройство, содержащее начиная от перелива и кончая извлечениемдиск, проваренный во флюсе состава, устройства, составляет для известного усмас. : йаС 34; КС 56; ЯгЕ 2 10. В качестве 50 тройства 8 - 10 мин, для предлагаемого 12 -газа для продувки используют аргон, Темпе мин.ратура обработки расплава 750-200 С, Газонасыщенность металла после егоВ качестве покровного флюса использу- обработки предлагаемым и известным устют фторидно-хлоридную систему состава, ройствами оценивают с помощью методамас,0 : йаС 34, КС 56, йазАРб 10. 55 вакуум-нагрева образцов сплава. ЭффекПараллельнодлясравненияваналогич- тивность оафинирования ЭР) оцениваютных условиях обрабатывают жидкий рас- по результатам металлографического иэуплав АЛ 9 с помощью известного роторногочения шлифов опытных отливок с поустройства, мощью соотношения1682409 0,3 О,О Э Р -- 100,1,где Ч 1, Ч - соответс а.нно абьемная доля,занятая включениями в поле зрения шлифов опытных отливок, полученных из нера. 5финированных сплавсв и сплавов,обработанных предлагаемым елли известным устройством, 7Эффективность модифицирования Оце"нивают по результатам металлографического изучения шлифов опытных отливок имеханических испытаний гагаринских образцов, вырезанных из осевой части ранееизготовленных отливок из сплава АЛ 9 методом литья в кокипь,Результаты произвеценных испытанийпри разных режимах Обработк распи вапредставлены в таблице,Из анализа данных, представленных втаблице, следует, что при идентичных у:ловиях испытаний предлагаемое устройствопо сравнению с известным обес-е иваетбольшую эффективность Очистки расплаваот неметаллических и газовых включений, атакже более высокие механические свойства сплава за счет его модифицирования,При использовании предлагаемогоустройства для рафинирования и модифицирования алесминиевых сплавов преимущественно в разливочных ковшах или ЗОраздаточных печах по сравнению с известным обеспечивается повышение степенидегазации металла за счет изменения системы газораспределения, эффективности очистки его от неметалгических включений и 35модифицирование, непосредственно в раздаточных ковшах или печах. Ротор, выполненный в виде диска и предварительнопропитанный флеосом, может использовать 40 ся многократно. Трубки для продуваемого газа, расположенные радиально по отношениео к валу, способствуют созданию интенсивного осевого потока, в то же время у нижней плоскости диска давление понижено, что обеспечивает выход включений на межфазную границу металл-флюс,Экономическая эффективность предлагаемого устройства складывается, в основном, за счет увеличения механических свойств литых заготовок, улучшения их обрабатываемости и надежности в зксплуатации, вследствие уменьшения загрязненности расплава и снижения брака отливок по неметаллическим и газовым включениям,Формула изобретения устройство для рафинирования и модифицирования алюминиевых расплавов системы алюминий - кремний, содержащее вертикальный полый вал с приводом, диспергатор, закрепленный на конце вала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения степени рафинирования расплава и модифицирования, 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, верхняя поверхность трубок перфорирована, а диск выполнен из пористого композиционного материала на основе хромомагнезиальной шпинели, пропитанного фторидно-хлориднь 1 ми фл)осами, содержащими фторид стронция.1682409 ктор Н. Гунько М, Корректор М, Шароши Заказ 3384 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5СССР роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Состав Техред ль А. АрнольдМоргентал