Патент на изобретение №2281977

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЯ ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к рафинированию металлов. Способ обработки алюминия или его сплавов включает продувку газовзвесью через погруженную в расплав фурму при одновременном введении в область подачи газовзвеси высокоскоростной струи нейтрального газа непосредственно в расплаве металла. Введение высокоскоростного газа осуществляется автономно через фурму подачи газовзвеси. В качестве компонента газовзвеси может использоваться флюс или модифицирующие составы, находящиеся в порошковом состоянии. Давление газа при обработке поддерживают не менее 8 атм, а подачу осуществляют через одно или несколько сопел фурмы с отверстием диаметром не более 1,5 мм. Технический результат выражается в том, что повышается усвояемость в расплавленном алюминии вводимых флюсовых материалов, за счет чего в 1,6-1,7 раза снижается шлакообразование, в 1,2-2,5 раза уменьшается содержание оксида алюминия в шлаке. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и, в частности, может быть использовано для обработки алюминия или его сплавов при рафинировании и модифицировании.

Известен способ обработки расплава алюминия, включающий продувку флюсов с помощью газов через трубку в расплавленный алюминий (Экспресс-информация – ЦНИИЭИ ЦМ, М.: Выпуск 11, 1987)

Недостатком известного способа является то, что из-за малой энергии газовой струи обработка расплава ведется в ограниченном объеме, большая часть флюса выводится из расплава газовыми пузырьками за счет флотации, не прореагировав с расплавом, что ведет к увеличению расхода флюса.

Известен способ рафинирования алюминиевых сплавов, заключающийся в прямом вдуве порошкообразного компонента в расплав в смеси с инертным газом посредством газораспределительного устройства («Литейное производство», 2004, №3, с.23).

Недостатком известного способа является также то, что из-за малой энергии струи газа-носителя значительная часть вводимых компонентов всплывает, не успев прореагировать с расплавом металла.

Наиболее близким по существенным признакам является способ обработки расплава алюминия, включающий введение в расплав, содержащий легирующие металлы, материала в газообразной форме посредством транспортирующего или рафинирующего газа, подаваемого автономно (патент США №6217632, С 22 С 1/02, 2001 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что для достижения достаточного взаимодействия вводимых компонентов с расплавом используется дополнительное механическое перемешивание. Кроме того, так как способ предлагается использовать на этапе разливки, существует возможность загрязнения сливаемого металла за счет увлечения всплывающего шлака в сливное отверстие промежуточной емкости.

Известно, что эффективность обработки расплава порошковым флюсом, взвешенным и транспортирующимся в струе газа, зависит от нескольких параметров: скорости струи газопорошковой смеси, размера зерна частиц, скорости транспортирующего газа, длины зоны диспергирования, промешивания расплава, длительности обработки. Скорость струи выходящего из фурмы транспортирующего газа и длина зоны диспергирования зависит от давления газа в фурме. Количество и размер диспергированных пузырьков – от диаметра сопла. В свою очередь, скорость струи дополнительного газа влияет на промешивание массы расплавленного металла. При рафинировании больших масс расплава необходимо подобрать такие параметры подаваемой газовзвеси и транспортирующего газа, чтобы достичь наиболее полного промешивания ванны металла и, следовательно, увеличить эффективность обработки. В известных способах при увеличении давления транспортирующего газа возрастает агрессивность газовзвеси в продувочном устройстве, что приводит к быстрому износу оборудования подачи газофлюсовой смеси. Это, в свою очередь, ведет к удорожанию процесса обработки.

Задача состоит в устранении вышеуказанных недостатков и обеспечивается за счет автономной подачи струи высокоскоростного нейтрального газа и газовзвеси и образования непосредственно в расплаве металла высокоскоростного потока газопорошковой смеси. Это даст возможность повысить давление нейтрального газа в фурме, не увеличивая давления газовзвеси.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа обработки по изобретению:

– повышение эффективности процесса рафинирования больших масс расплава металла от водорода, натрия и неметаллических включений и одновременного модифицирования расплава,

– снижение расхода флюсовых материалов и в целом себестоимости процесса.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе обработки алюминия или его сплавов, включающем продувку газовзвесью через погруженную в расплав алюминия или его сплавов фурму, особенность заключается в том, что продувку осуществляют при одновременном введении в область подачи газовзвеси высокоскоростной струи нейтрального газа непосредственно в расплаве алюминия или его сплавов. Причем введение газовзвеси и высокоскоростной струи газа осуществляют автономно через одну фурму с несколькими отверстиями. В качестве компонента газовзвеси может быть использован флюс для рафинирования расплава алюминия или его сплавов или модифицирующие составы, находящиеся в порошковом состоянии.

Разделение подачи нейтрального газа и газовзвеси позволяет повысить давление газа в фурме за счет уменьшения диаметра сопел подачи газа и получить на выходе из сопла высокоскоростные газовые струи. Давление газовзвеси находится на уровне, достаточном для поддержания потока частиц в псевдоожиженном состоянии.

Введение нейтрального газа в струю газовзвеси непосредственно в расплаве металла обеспечивает: 1) образование высокоскоростного потока частиц за счет увлечения газовзвеси высокоскоростной струей нейтрального газа; 2) дополнительное распыление газопорошковой смеси на мельчайшие частицы, в результате чего происходит их активное взаимодействие с компонентами сплава, что способствует повышению эффективности обработки алюминия или его сплавов; 3) за счет высокоскоростной продувки происходит интенсивное перемешивание больших масс расплава металла.

При обработке расплава алюминия или его сплавов флюсами за счет высокой энергии струи газа происходит активное взаимодействие рафинирующих компонентов с компонентами сплава, что ведет к увеличению усвояемости флюсов и уменьшению образования шлака. Причем в шлаке наблюдается снижение содержания оксида алюминия и повышение содержания чистого алюминия.

Сравнение изобретения показывает, что заявляемый способ обработки алюминия или его сплавов отличается от прототипа тем, что продувку расплава газовзвесью осуществляют при одновременном введении в область подачи газовзвеси высокоскоростной струи нейтрального газа непосредственно в расплаве алюминия или его сплавов. Причем введение высокоскоростного газа в расплав осуществляется автономно через фурму подачи газовзвеси, в качестве компонента которой может быть использован флюс для рафинирования расплава алюминия или его сплавов или модифицирующие составы, находящиеся в порошковом состоянии.

Способ обработки алюминия или его сплавов осуществляют следующим образом.

Перед процессом обработки в фурму подают газозвесь, содержащую флюс, и погружают фурму в расплав. Затем в фурму подают инертный газ при начальном давлении. После начала продувки расплава газовзвесью давление инертного газа в фурме повышают до величины, достаточной для получения на выходе из сопла высокоскоростного потока, при этом газовзвесь увлекается в расплав с высокой скоростью. Образующаяся высокоскоростная смесь флюса и газов диспергируется на мельчайшие частички и пузырьки, которые способствуют активному перемешиванию больших масс расплава, рафинированию металла от водорода, натрия и неметаллических включений и одновременному модифицированию за счет активного взаимодействия частиц флюса с компонентами сплава. Время обработки устанавливается опытным путем в зависимости от масс расплава, предъявляемых требований к сплаву.

Пример

Рафинирование проводили на сплавах АД33 (6061) и ВД1 по известному способу и заявляемому способу. В качестве газа применяли аргон. Давление инертного газа в фурме устанавливали 1050 кПа. Результаты опытных проверок по рафинированию сведены в таблицу 1. Опытные проверки показали, что при использовании известного способа содержание оксида алюминия в шлаке остается на уровне 27-34%, а содержание чистого алюминия в шлаке находится на уровне 40-60%, тогда как при использовании заявляемого способа содержание оксида алюминия в шлаке снижается до уровня 11-29%, а содержание чистого алюминия повышается до 50-70%.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить эффективность обработки расплава алюминия или его сплавов порошковыми флюсами по сравнению с традиционными способами, снизить расход флюсовых материалов. Кроме того, использование предлагаемого способа приводит к повышению стойкости футеровки за счет практически полного отсутствия взаимодействия с ней флюсовых материалов (т.к. флюс распыляется в расплаве на мельчайшие частицы, которые мгновенно взаимодействуют с составляющими металла и газами), повышению металлургического выхода годного при плавке ломов и отходов за счет снижения шлакообразования, снижению затрат для обеспечения надежности и безопасности процессов обработки расплавленного алюминия.

Формула изобретения

1. Способ обработки алюминия или его сплавов, включающий продувку газовзвесью через погруженную в расплав алюминия или его сплавов фурму, отличающийся тем, что продувку осуществляют при одновременном введении в область подачи газовзвеси высокоскоростной струи газа непосредственно в расплаве алюминия или его сплавов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение высокоскоростной струи газа осуществляют автономно через фурму подачи газовзвеси.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента газовзвеси используют флюс.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента газовзвеси используют модифицирующие вещества.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокоскоростного газа используют нейтральный газ.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение газа осуществляют при давлении не менее 8 атм через одно или несколько сопел фурмы с отверстием диаметром не более 1,5 мм.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение газа в область подачи газовзвеси осуществляют при сверхзвуковых скоростях.