Способ обработки алюминия или его сплавов

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%.

Таблица 1
Вариант обработки расплава флюсом	Марка сплава	Количество шлака от загруженной шихты, %	Состав шлака, %
Al	Al2О3
Известный	АД33 (6061)	2,1	60,19	27,7
ВД1	5,6	40,1	33,4
Опытный	АД33 (6061)	1,2	69,3	11,1
ВД1	3,5	51,4	28,8

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.

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.