Устройство для рафинирования и модифицирования алюминиевых расплавов системы системы алюминий - кремний

 

Изобретение относится к литейному производству , в частности к устройствам для удаления неметаллических включений и газов из расплавов, преимущественно системы 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 загнуты, размещены в вертикальных пазах до половины высоты диска и также снабжены отверстиями для выхода газа. 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s С 22 В 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4399771/02 (22) 29.03.88 (46) 07.10.91. Бюл. ¹ 37 (71) Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) А.С,Кауфман, Ж,В.Токарев, А.Л.Савичев, В,И.Шелестун и В.В.Хлынов (53) 669.714,72.11(088.8) (56) Заявка Японии

¹ 58 — 14935, кл, В 01 F 3/04, 7/10, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ

И МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ—

КРЕМНИЙ (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к устройствам для удаления неметаллических включений и газов из расплавов, преимущественнд системы

Изобретение относится к литейному производству, в частности к конструкции устройства для удаления неметэллических включений и газов из расплэвов, преимущественно нэ основе системы алюминий— кремний, а также модифицирования их в раздаточных печах или ковшах, Целью изобретения является повышение степени рафинирования расплэва и модифицирован ия.

Согласно изобретению в устройстве, включающем вал, помещенный вертикально в ванну с рэсплавом, с вертикальным каналом для прохода газа, ротор с вертикальными каналами нэ периферической поверхности, прикрепленный к нижнему концу вала, представляет собой диск, выполненный из асботермосиликэта, предварительно пропитанного универсальным флюсом с восемью вертикальными пазами

„„5U„„1682409 А1 алюминий — кремний, применяемых для изготовления фасонных отливок, Целью изобретения является повышение степени рафинирования и модифицирования элюминиевых сплавов. Расплав обрабатывают с помощью устройства, состоящего из вертикального вала, ротора в виде диска, предвэрительно пропитанного универсальным флюсом, с восемью вертикальными пазами нэ периферической поверхности, расположенными под углом 45 . Нэд диском рэзмещены восемь радиальных трубок, жестко соединенных с вертикальным валом и снабженных отверстиями на их верхней поверхности, причем концы трубок эагнугы, размещены s вертикальных пазах до половиныы высоты диска и также снабжены отверстиями для выхода газа. 3 ил., 1 табл. на периферической поверхности, расположенными под углом 45 С и прикрепленный к хвостовику вертикального вала, э на верхней плоскости диска размещены восемь радиальных трубок, жесткосоединенных с вертикальным валом и снабженных отверстиями диаметром 1 — 2 мм нэ 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 газа.

Наличие ротора, выполненного в виде диска из эсботермосиликэтэ, предварительно пропитанного универсальным флюсом, обеспечивает очистку расплава от неметэллических и газовых включений, э также мо1682409 дифицирование расплава, Снабжение устройства радиальными трубками, жестко соединенными с вертикальным валом и имеющими отверстия диаметром 1-2 мм на их верхней поверхности, размещенными над диском, обеспечивает проработку продуваемым газом одновременно всего объема металла. Наличие загнутых концов трубок, размещенных в вертикальных пазах до поповины диска и снабженных отверстиями 1 — 2 мм, способствует дроблению пузырьков продуваемого газа. Это обеспечивает более глубокую очистку металла от газов, вследствие того, что мелкие пузырьки всплывают медленно и вероятность проникновения в них растворенного в металле газа путем диффузии возрастает.

Размещение загнутых концов трубок в вертикальных пазах до половины высоты диска, через отверстия которых проходит продуваемый газ, не препятствует доставке неметаллических включений на нижнюю поверхность ротора, активированную флюсом, Процесс дополнительной очистки расплава от инородных включений с помощью предлагаемого устройства происходит в процессе вращения ротора.

Известно, что при вращении диска, погруженного в жидкость, последняя движется в тангенцМальном направлении за счет трения жидкости о диск и одновременно существует ее постоянный вертикальный (осевой)поток и KBK следствие этого насосный эффект, по направлению из бесконечности к диску. Вращательное движение жидкости и турбулиэации потока усиливается вертикальными пазами на диске ротора, а также радиальными трубками.

Наличие вертикагьного (осевого) потока способствует доставке частиц на межфазную границу металл--pagvHvpyIou. фаза. Эта доставка в большинстве случаев является лимитирующим звеном процесса очистки металла.

Выход включений из несущего потока металла на межфазную границу металл-флюс становится наиболее вероятным при турбулентном механизме доставки инородных (растворенных газов и взвешенных оксидных) частиц на эту границу.

Скорость вертикал ьного (осевого) потока Vz() на ротор при перемешивании алюминиевых расплавов можно оценить по соотношению

V<() =- -0,866 ч 1 ю, где 7 — кинематическая вчзкос1ь жидкости ч (алюминиевого расплава), м /с;

0) — угловая скорость вращающегося диска, с, Тогда для алюминиевых расплавов скорость Ч (сх), равную 0,005 м/с, можно обес5 печить при угловой скорости и = 66,7 1/с, которая соответствует примерно числу оборотов вала ротора n = 600 об/мин, Рассчитанные значения в и и реализуют гидродинамическую обстановку вблизи

10 торцевой поверхности ротора, при которой у этой поверхности сформируется турбулентный пограничный слой, а включения будут доставлены на межфазную поверхность, активированную слоем флюса, При этом число

15 Рейнольдса Re = 1,3х10 .

Покрытие диска универсальным (например, стронцийсодержащим) флюсом и его вращение способствуют переходу стронция в металл и его модифицированию, а также

20 дополнительной дегазации расплава за счет интенсификации массопередачи и развития соответствующих диффузионных потоков растворенного водорода из объема расплава и поглощения его рафинирую25 щей фазой.

При этом следует отметить, что при рассчитанном выше числе оборотов устройства (700 об/мин) толщина диффузионного Iloграничного слоя, оказывающего основное

30 сопротивление транспорту растворенного газа и взвешенных частиц, заметно снижается.

Движение металла в емкости обусловлено влиянием зоны пониженного давле35 ния, которая формируется при развитой турбулентности под вращающимся ротором. Поэтому весь обьем расплава, перемещаясь по направлению к активированной поверхности ротора и входя с ней в молеку40 лярный контакт, оказывается очищенный от взвешенных включений оксидов на основе алюминия.

На фиг. 1 представлено устройство для рафинирования и модифицирования алю45 миниевых сплавов, разрез; на фиг. 2 и 3— верхняя и нижняя части ротора соответственноо.

Устройство содержит вал 1, помещенный в ванну с расплавом 10, снабженный

50 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, загнутые

55 концы трубок 8 с отверстиями 9, емкость (тигель) 11 и покровный флюс 12.

Предварительно ротор в виде диска 5 пропитывают флюсом (например, следующего состава,,ь мас.: NaCI 34, KCI 56, 1682409

SãF2 10), охлаждают и крепят на хвостовик Технологический процесс обработки

7 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, включение

5 подачи аргона при давлении 0,3 ати при

После 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 гокровного флюса, трубки3, загнутыетрубки 9 и отверстия4и 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 оборотов

700 об/мин, остановку вращения, дополниДавление газа в трубопроводе в зависи- тельную продувку аргоном в течение 5 мин, >сти от уровня металла в ковше или печи, снятие шлака с поверхности металла в рассчитывается по формуле 15 ковше, извлечение устройства из ковша с одновременныл прекращением подачи

P == 1,2Н ) + Pî,,, газа. где Н -- вы;-.ота металла в ковше или печи, м; Технологический процесс обработки

y -- уоельный вес расплавленного ме- расплава известным устройством проводят талла, кгlм; 20 по приведенной схеме за исключением осP o — давлениенадковшомили печью, Па. тановки вращения и дополнительной проПодача газа под давлением в трубопро- дувки аргоном в течение 5 мин, которые не вод 1 до начала заливки металла в ковш выполняют. исключает попадание капель расплава че- Как показали испытания, дополнитель ез отверстия 4 и 8 внутрь трубок 3. После 25 ная продувка расплава аргоном в предлазаполнения емкости металлом на поверх- гаемом устройстве в течение 5 мин

Ф ность последнего наносят слой покровного способствует более глубокой дегазации порошкообразного флюса 12, который пре- металла потому, что изменяется механизм дохраняет поверхность расплава от окисле- перемещения пузырьков газа, которым обния. 30 рабатывается расплава, При развитом турЗатем включают механизм вращения булентном потоке пузырьки всплывают с устройства {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, В

Обработка 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 скорости ется 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- 40 ния пузырька инертного(активного) газа суботы устройства повторяется, щественно увеличивается, При этом

Проверку эффективности работы уст- создаются условия для перемещения больройства проводят методом литья в кокиль, шего количества растворенного водорода

Жидкий металл готовят в тигельной печи внутрь пузырьков аргона, так как продолжисопротивления, затем его переливают в 45 тельность контакта последних с расплавом раздаточный ковш диаметром 600 мм, в существенно возрастает, котором предварительно устанавливают Общая продолжительность обработки, предлагаемое устройство, содержащее начиная от перелива и кончая извлечением диск, проваренный so флюсе состава, устройства, составляет для известного усMac. g,: NaCI 34; KCI 56; SrFz 10. В качестве 50 тройства 8 — 10 мин, для предлагаемого 12— газа для продувки используют аргон. Темпе- 15 мин. ратура обработки расплава 750 -20ОC. Газонасыщенность металла после его

В качестве покровного флюса использу- обработки предлагаемым и известным устют фторидно-хлоридную систему состава, ройствами оценивают с помощью метода мас, : NaCI 34, KCI 56, NazAIFg 10. 55 вакуум-нагрева образцов сплава. ЭффекПараллельнодлясравненияваналогич- тивность рафинирования (ЭР) оценивают ных условиях обрабатывают жидкий рас- по результатам металлографического иэуплав АЛ9 с помощью известного роторного чения шлифов опытных отливок с поустройства. мощью соотношения

1682409

0,26

0,1

2,б ооо

0,3

ЗР 100 ь где Ч1, Ч вЂ” сООтветс венно ОбьемнаЯ дОля. занятая вкл.:Очениями в поле зрения шлифов опытных отливок, полученных из нера- 5 финированных =плавсв и сплавов, обработанных предлагаемым елли известным устройством, Я,, Эффективность мОцифицирования Оце" нивают по результатам металлографическо- 10 го изучения шлифов опытных отливок и механических испытаний гагаринских образцов, вырезанных из осевой части ранее изготовленных отливок из сплава Ал 9 меТОДОМ ЛИТЬЯ B КОКИПЬ, 15

Результаты произвеценных ;: спьетаний при разных режимах Обработке распгава представлены в таблице.

Из анализа данных, представленных в таблице, следует, что:-Ipv идентичных у=ло- 20 виях испытаний предлагаемое устройсгво по сравнению с известным обес-. е ивает большую эффективность Очистки расплава от неметаллических и газовых включений, а также более высокие механические свойст- 25 ва сплава эа счет его модифицировани.-":.

При использовании предлагаемого устройства для рафинирования и модифицирования алесминиевых сплавов преимущественно в разливочных ковшах или 80 раздаточных печах по сравнению с известным обеспечивается повышение степени дегазации металла за счет изменения системы газораспределения, эффект IBHocòè Очистки его от неметалгических включений и 35 модифицирование, непосредственно в раздаточных KQBLUBx или печах. Ротор, выполненный в виде диска и предварительно пропитанный флЕОсом, может испольэовате>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, эа счет увеличения механических свойств литых заготовок, улучшения их обрабатываемости и надежности в эксплуатации, вследствие уменьшения загрязненности расплава и снижения брака отливок по неметаллическим и газовым включениям, Формула изобретения устроЙство рВА рафинирования vi 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-хлоридными флюсами, содержащими фторид стронция..

1682409

1682409

Составитель А. Арнольд

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М, Шароши

Редактор Н. Гунько

Заказ 3384 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101