Вакуумирование алюминия для чего



Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов

Владельцы патента RU 2361938:

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов, преимущественно высоколегированных. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов включает заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С при остаточном давлении 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па. Техническим результатом является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в изготовленных деформированных полуфабрикатах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для рафинирования расплавов из алюминиевых сплавов, преимущественно высоколегированных.

Водород и твердые неметаллические включения в алюминиевых сплавах существенно снижают качество материала слитков и изготовленных из них деформированных полуфабрикатов. Поэтому в процессах плавления значительное внимание уделяется разработке методов дегазации расплава. Одним из методов дегазации является вакуумная обработка — вакуумирование алюминиевых расплавов в раздаточных печах — миксерах.

Известен способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий последовательное охлаждение при вакуумировании расплава в направлении снизу вверх до температуры ниже точки ликвидуса (Тликв) на 0,01-0,3 интервала кристаллизации, подачу инертного газа, последовательное расплавление в направлении сверху вниз до температуры литья (а.с. №532642, 1975).

Недостатками известного способа являются большая продолжительность вакуумирования из-за широкого диапазона температур охлаждения и нагрева расплава в миксере, что существенно снижает экономическую эффективность процесса, кроме того, длительное нахождение расплава в раздаточной печи снижает влияние модифицирующих добавок и способствует получению неоднородной макроструктуры отливаемых слитков.

Известен способ вакуумной обработки при температуре расплава 680÷720°С, равной температуре его литья (Непрерывное литье алюминиевых сплавов: справочник / В.И.Напалков, Г.В.Черепок, С.В.Махов, Ю.М.Черновол. — М.: Интермет Инжиниринг, 2005, с.306, с.390) — прототип.

Недостатками известного способа являются недостаточная степень дегазации расплава, низкая эффективность очистки расплава от неметаллических включений.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности процесса вакуумной обработки за счет увеличения производительности раздаточной печи и улучшения качества отливаемого металла.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в изготовленных деформированных полуфабрикатах.

Указанный технический результат достигается тем, в способе вакуумной обработки алюминиевых сплавов, включающем заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме, вакуумную обработку расплава проводят в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С. Вакуумную обработку расплава проводят при остаточном давлении 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что после заливки расплавленного металла и создания вакуума в миксере расплав охлаждают до температуры выше точки ликвидуса сплава на 15÷30°С, проводят вакуумную обработку в течение 45÷90 минут при остаточном давлении 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па, затем в среде инертного газа расплав нагревают до заданной температуры литья.

При проведении вакуумной обработки при температуре, превышающей точку ликвидуса менее чем на 15°С, в расплаве образуются крупные частицы интерметаллидных фаз, не растворяющиеся при последующем нагреве расплава до температуры литья и впоследствии присутствующие в материале отливаемого слитка. Наличие крупных интерметаллидов способствует образованию внутренних дефектов, существенно снижает технологичность металла при деформации и уровень механических свойств изготовленных полуфабрикатов. При превышении температуры вакуумирования точки ликвидуса более чем на 30°С эффективность вакуумирования снижается в связи с резким увеличением растворимости водорода при повышении температуры расплава.

В процессе обработки остаточное давление в миксере необходимо поддерживать в диапазоне значений 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па, исходя из следующих условий: при остаточном давлении менее 1,33×10 2 Па возможны потери наиболее летучих компонентов сплавов, при величине остаточного давления более 18,62×10 2 Па степень дегазации расплава резко уменьшается, что приводит к получению повышенного газосодержания в сплаве.

Выдержка расплава под вакуумом менее 45 минут не обеспечивает достаточной степени очистки расплава от газовых примесей и неметаллических включений. Выдержка расплава под вакуумом свыше 90 минут не повышает степень дегазации расплава. Кроме того, передержка расплава свыше указанной величины значительно увеличивает длительность процесса вакуумирования, при этом возможно охлаждение расплава до температуры ниже необходимого диапазона вакуумирования, что требует дополнительных затрат на разогрев и поддержание температуры расплава в заданных пределах.

Промышленная применимость заявленного способа подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Предлагаемый способ вакуумирования опробован при отливке крупногабаритных слитков ⌀845 мм из сплава В95оч. Температура точки ликвидуса сплава В95оч — 640°С. Вакуумирование сплава проводили в вакуумном миксере емкостью 12 тонн при температурах 655°С-(Тликв+15°С); 663°С-(Тликв+23°С);

670°С-(Тликв+30°С); выдержке 90; 60; 45 минут и остаточном давлении 13,33×10 2 ; 17,69×10 2 ; 18,62×10 2 Па. Отлитые слитки были гомогенизированы и механически обработаны. Из обточенных слитков изготовлены крупногабаритные профили авиационного назначения. Технологические режимы осуществления способа и полученные результаты исследования слитков и профилей приведены в таблице. Предлагаемый способ — №1-3, известный №4 (см. табл.).

Пример 2. Предлагаемый способ вакуумирования опробован при отливке плоских слитков сечением 245×940 мм из сплава 1163. Температура точки ликвидуса сплава — 640°С. Вакуумирование сплава проводили в вакуумном миксере емкостью 12 тонн при температурах 655°С-(Тликв+15);

665°С-(Тликв+25); 670°С-(Тликв+30); выдержке 90; 60; 45 минут и остаточном давлении 1,33×10 2 ; 1,99×10 2 ; 2,66×10 2 Па. Отлитые слитки были отгомогенизированы и механически обработаны. Из слитков были изготовлены панели. Технологические режимы осуществления способа и полученные результаты исследования слитков и панелей приведены в таблице. Предлагаемый способ — №5-7, известный №8 (см. табл.).

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет ускорить процесс вакуумной обработки, улучшить качество металла за счет сокращения времени нахождения расплава в раздаточной печи, уменьшения газосодержания и количества неметаллических включений.

Способ рекомендуется применять для производства слитков деформируемых сплавов ответственного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по чистоте.

Таблица
№ п/п Сплав Температура
вакуумиро-
вания, °С
Остаточное давление в миксере, Па Время
выдерж-
ки, мин
Содержание водорода,
см 3 /100 г
Загрязнен-
ность,
мм 2 /см 2
Коэффиц. затухания, дБ/см Размер зерна слитка, мкм Количество дефектов УЗК в профилях (панелях), шт./погон.м
1 В95оч 655 (Тликв+15) 13,33×10 2 90 0,10 0,07 1,23 381
2 В95оч 663 (Тликв+23) 17,69×10 2 60 0,10 0,08 1,25 372
3 В95оч 670 (Тликв+30) 18,62×10 2 45 0,12 0,09 1,24 360 0,16
4 В95оч известный способ 0,14 0,12 1,33 417 1,3
5 1163 655 (Тликв+15) 1,33×10 2 90 0,08 0,008 1,30 378
6 1163 665 (Тликв+25) 1,99×10 2 60 0,09 0,012 1,38 376
7 1163 670 (Тликв+30) 2,66×10 2 45 0,11 0,025 1,35 365 0,11
8 1163 известный способ 0,14 0,10 1,50 405 1,1
Читайте также:  Молекула хлорида алюминия состоит

1. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов, включающий заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме, отличающийся тем, что выдержку нагретого расплава в вакууме проводят в течение 45÷90 мин в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку нагретого расплава в вакууме проводят при остаточном давлении 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па.

Источник

Вакуумирование алюминия для чего

Изобретение относится к производству алюминия и может быть использовано на алюминиевых заводах для рафинирования алюминия и алюминиевых сплавов от водорода и других неметаллических включений.

Стратегия производства продукции с высокой добавленной стоимостью на алюминиевых заводах заключается в расширении номенклатуры и повышении качества выпускаемого металла. Одним из приоритетов в этом направлении является снижение содержания в алюминии и его сплавах неметаллических включений, в том числе газовых примесей. Водород является одной из наиболее значимых газовых примесей, оказывающей влияние на технологические свойства продукции из алюминия и его сплавов. Необходимость снижения содержания водорода в алюминии и его сплавах продиктована всевозрастающими требованиями к качеству товарной продукции.

Аппаратурно-технологическая схема транспортировки, подготовки и разливки металла в товарную продукцию на алюминиевых заводах включает следующие основные операции:

1. Выливка алюминия-сырца из электролизеров вакуум-транспортными ковшами со съемной крышкой емкостью 4÷5 т по алюминию.

2. Транспортировка металла в вакуум-транспортных ковшах из корпусов электролиза в литейный цех или литейное отделение.

3. Охлаждение металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер.

4. Заливка металла из вакуум-транспортных ковшей в миксер до его заполнения. Введение легирующих добавок, обработка металла в миксере рафинирующими и покровными флюсами, удаление шлака с поверхности готового сплава.

5. Разливка расплава из миксера в крупногабаритные слитки или мелкую чушку, совмещенная с дегазацией и фильтрацией жидкого металла.

Заявляемое техническое решение распространяется на операцию охлаждения металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер, во время которой предусматривается рафинирование жидкого металла преимущественно от водорода с использованием вакуума.

Известен способ рафинирования расплава алюминия в тигле (А.с. СССР №1792920, С22В 9/04, С22В 21/06, опубл. 1993 г.), при котором расплав нагревают до 700÷750°С и выдерживают в вакууме при этой температуре в течение 3÷4 часов, при этом тигель вращают со скоростью 20÷30 об/мин. В результате такой обработки в алюминии снижается концентрация нежелательных металлических примесей и водорода.

Недостатки известного способа связаны с большой длительностью рафинирования (3÷4 часа), а также с необходимостью вращать тигель с определенной скоростью в течение заявленного времени. На алюминиевых заводах этот способ не приемлем в силу большого объема алюминия, поступающего в литейный цех или отделение на переработку в единицу времени. В связи с этим на алюминиевых заводах нет возможности вакуумной обработки жидкого металла в ковшах в течение 3÷4 часов при одновременном вращении ковшей. Кроме того, при заявленной длительной обработке расплава необходимо обеспечить дополнительный обогрев металла в ковшах.

Известно устройство вакуумной обработки алюминия или алюминиевых сплавов и способ его использования (заявка на изобретение RU №2012151557, С22В 9/00, опубл. 2014 г.). Устройство для рафинирования содержит корпус, выполненный в виде лотка, стенки которого расположены под углом 90° друг к другу и соединены с полюсами источника электрического тока, причем в нижней части лотка стенки зафиксированы в пазах балки, выполненной из материала с демпфирующими и диэлектрическими свойствами. При этом на внешних сторонах стенок закреплены источники импульсных колебаний, после которых в верхней части поперек продольной оси лотка, установлен шибер, выполненный с возможностью частичного погружения в обрабатываемый металл, а часть лотка перед шибером изолирована от атмосферы при помощи герметичного колпака соединенного с вакуум-насосом. Способ рафинирования алюминия или его сплавов при помощи заявленного устройства включает обработку металла при одновременном воздействии постоянного тока и низкочастотных несимметричных вибраций, причем обработку осуществляют в условиях герметичной вакуумированной емкости.

Известное устройство и способ сложны для практической реализации на алюминиевом заводе в силу использования, наряду с вакуумированием, специфических устройств: электродов для пропускания постоянного электрического тока через толщу металла, мембран для импульсного возбуждения кавитации в толще металла, электромагнитных насосов, генераторов импульсных колебаний.

Известен способ внепечной вакуумной обработки алюминиевых сплавов (А.с. СССР №1096295, С22В 9/00, С22В 21/06, опубл. 1984 г.), включающий вакуумирование и барботаж сплава инертным газом в ковше, с целью повышения эффективности очистки сплава от цинка, сплав перед вакуумированием подогревают до 850÷900°С, вакуумирование и барботаж инертным газом проводят так, чтобы остаточное давление в ковше в процессе обработки было равным 30÷80% от равновесного парциального давления пара цинка над сплавом, а зону барботажа непрерывно или периодически перемещают в объеме сплава

Недостатком данного способа является необходимость нагрева расплава до 850-900°С, что усложняет способ и приводит к его удорожанию.

Наиболее полно техника и технологии вакуумной обработки алюминия и алюминиевых сплавов описана в монографии Напалкова В.И., Махова С.В., Бобрышева Б.Л., Моисеева B.C. Физико-химические процессы рафинирования алюминия и его сплавов. М. Теплотехник, 2011. С. 381-388. В частности, в монографии описаны способы:

— вакуумной обработки металла в миксерах и ковшах;

— статической вакуумной обработки расплава с перемешиванием и без перемешивания металла, причем перемешивание может быть реализовано продувкой инертным газом, вращающимися устройствами, электромагнитным полем;

— динамической обработки алюминия и его сплавов в потоке металла;

— нанесения флюса на поверхность металла при вакуумировании для снижения поверхностного натяжения расплава.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов (патент РФ №2361938, С22В 21/06, С22В 9/04, опубл. 2009 г.), выбранный в качестве ближайшего аналога. Способ вакуумной обработки алюминиевых сплавов включает заливку нагретого расплава в печь, создание в печи вакуума, выдержку расплава в вакууме в течение 45÷90 минут в интервале температур выше точки ликвидуса на 15÷30°С при остаточном давлении 1,33×10 2 ÷18,62×10 2 Па. Техническим результатом является сокращение продолжительности нахождения расплавленного металла в раздаточной печи, сохранение эффекта модифицирующих добавок, получение однородной мелкозернистой структуры и снижение содержания водорода в отливаемых слитках, а также уменьшение количества дефектов в полуфабрикатах.

Читайте также:  Электронная формула алюминия тест по химии

Среди перечисленных отличительных признаков известного способа неприемлемым для алюминиевых заводов является создание вакуума в миксерах, где производится подготовка металла к разливке. Емкость миксеров на алюминиевых заводах составляет от 15 до 80 т по жидкому алюминию. Миксеры оборудованы открытыми заливочными карманами и форкамерами для обработки металла, что не позволяет герметизировать миксеры для создания в них достаточного разрежения. Если рассматривать использование признаков ближайшего аналога применительно к вакуумной обработке металла в ковшах на алюминиевом заводе, то в этом случае неприемлемым является большая длительность вакуумирования алюминия в ковшах (45÷90 мин.) и низкая температура расплава (выше точки ликвидуса всего на 15÷30°С), что потребует увеличения энергозатрат на подготовку металла в миксере.

Задачей изобретения является снижение содержания водорода в алюминии и алюминиевых сплавах за счет вакуумной обработки металла в условиях действующего алюминиевого производства.

Техническим результатом изобретения является:

— снижение концентрации водорода в алюминии и алюминиевых сплавах во время технологической выдержки и остывания металла в вакуум-транспортных ковшах перед заливкой в миксер;

— сокращение расхода флюса на рафинирование металла в миксере и уменьшение времени приготовления сплава.

Технический результат достигается тем, что в способе вакуумной обработки алюминия и алюминиевых сплавов, включающем выдержку жидкого металла в вакууме при контролируемой температуре, новым является то, что обработку алюминия и его сплавов проводят в вакуум-транспортном ковше с крышкой во время охлаждения металла перед заливкой в миксер, при этом отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10, а вакуумную обработку проводят до тех пор, пока температура металла в ковше не снизится до 750-790°С.Дополнительно перед вакуумной обработкой расплава в ковше на поверхности металла возможно наведение слоя расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм.

Техническая сущность заявляемого решения заключается в следующем. Металл из алюминиевых электролизеров выливают вакуум-транспортным ковшом в корпусах электролиза. Температура только что набранного в ковш металла составляет 910÷935°С. Вылитый металл в вакуум-транспортном ковше доставляют автотранспортом в литейный цех или литейное отделение и размещают на остывочной площадке. Затем ковш закрывают герметичной крышкой и над поверхностью металла создают остаточное давление от нескольких сотен до нескольких тысяч паскалей. При этом контролируют температуру расплава в ковше погружной термопарой. Благодаря охлаждению жидкого алюминия от стенок и днища ковша, а также постоянному удалению воздуха из пространства между крышкой ковша и поверхностью металла, в ковше происходит медленная циркуляция расплава. Холодные слои металла опускаются вниз, более горячие — поднимаются вверх. При этом постоянно происходит выделение водорода из расплава и удаление его в вакуум линию. С пузырьками газа на поверхность металла всплывают шлаковые включения. Время выдержки алюминия в ковше ограничивают временем, по истечении которого температура металла в ковше достигает 750-790°С.На практике это время составляет от 20 мин. до 50 мин., в зависимости от времени года и продолжительности транспортировки ковша из корпуса в литейный цех (отделение). По достижении заявленной температуры металла, ковш отключают от вакуум линии, а затем переливают расплав из ковша в миксер. Ограничения по температуре металла, заливаемого в миксер обусловлены следующим: при температуре алюминия выше 790°С уменьшается время вакуумной обработки расплава, что снижает эффективность очистки металла от водорода. При температуре заливаемого в миксер алюминия ниже 750°С возникает необходимость дополнительного нагрева металла для компенсации теплопотерь, связанных с растворением легирующих и модифицирующих присадок (кремния, магния, титана), переплавкой бракованной продукции и отходов. В результате увеличиваются расход электроэнергии, а также время подготовки сплава в миксере, включающее введение легирующих и модифицирующих присадок, перемешивание металла, обработку флюсами, удаление шлака. Предпочтительным интервалом является 780±10°С. Отклонения температуры±10°С — это доверительный интервал, обусловленный производственными обстоятельствами, при которых невозможно с точностью до нескольких градусов контролировать температуру алюминия одновременно в нескольких ковшах и отключать их от источника разрежения при достижении заданной температуры.

Для более полного удаления водорода из алюминия отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10. Соблюдение этого условия позволяет максимально эффективно провести обработку металла вакуумом и удалить из расплава значительную часть водорода, в том числе и из средних и нижних слоев металла в ковше. Следует отметить, что вакуум-транспортные ковши на алюминиевых заводах имеют преимущественно форму усеченного конуса, нижнее основание которого меньше верхнего. При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше менее 1,10, за время вакуумной обработки, при которой температура расплава снижается до 750-790°С, не обеспечивается эффективное удаление водорода, особенно из нижних слоев металла в ковше.

Для облегчения выхода пузырьков водорода при вакуумной обработке расплава в ковше, на поверхности металла наводят слой расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм. Флюс снижает поверхностное натяжение на границе металл — воздух, благодаря чему облегчает выход пузырьков водорода с поверхности расплава.

Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:

— оба решения направлены на рафинирование алюминия и алюминиевых сплавов посредством вакуумной обработки;

— выдержку жидкого металла в вакууме проводят при контролируемой температуре расплава;

— остаточное давление при вакуумной обработке металла поддерживают от нескольких сотен до нескольких тысяч паскалей.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

— обработку алюминия и его сплавов вакуумом проводят не в печи, а в вакуум-транспортном ковше с крышкой во время охлаждения металла перед заливкой в миксер;

— отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше поддерживают не менее 1,10;

— вакуумную обработку металла в ковше проводят до тех пор, пока температура металла в ковше не снизится до 750-790°С;

— перед вакуумной обработкой расплава в ковше, на поверхности металла наводят слой расплавленного галогенидсодержащего флюса толщиной 0,5÷2,5 мм.

Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Читайте также:  Как паять флюсом ф61а алюминий

Ни в одном из известных технических решений не найдена количественная зависимость эффективности вакуумной обработки алюминия и его сплавов от соотношения площади поверхности и объема рафинируемого металла (не менее 1,10) с ограничением температуры (750-790°С), при которой вакуумная обработка заканчивается.

Соответствие заявляемого решения условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний.

Примеры осуществления способа

Пример 1. Испытания проводились в литейном цехе алюминиевого завода. Из корпуса электролиза алюминия алюминий-сырец доставляют в литейный цех в вакуум-транспортном ковше. Размеры чистого ковша: диаметр на уровне зеркала металла при максимальном заполнении D=l,506 м, на уровне днища ковша D2=l,310 м; высота металла в ковше при максимальном заполнении Н=1,265 м.

Ковш заполняют металлом на 80% высоты. Диаметр ковша на уровне зеркала металла при таком заполнении составляет D1=1,470 м. Высота металла в ковше при таком заполнении H1=1,012 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 842°С. С поверхности металла в ковше снимают шлак и отбирают 3 пробы с различной глубины (с поверхности металла, из средней зоны и у днища ковша) для анализа на содержание водорода. Затем ковш закрывают герметичной крышкой, соединенной с вакуум насосом. Крышка ковша снабжена герметичным чехлом для термопары погруженным в расплав, в котором установлена хромель-алюмелевая термопара. В ковше поддерживают остаточное давление воздуха 350÷400 Па, при этом контролируют снижение температуры алюминия. По достижению температуры металла в ковше 780°С отключают вакуум, с ковша снимают крышку и отбирают 3 пробы алюминия (с поверхности металла, из средней зоны и у днища ковша) для анализа на содержание водорода. Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 842°С до 780°С составило

30 мин. Затем металл из ковша переливают в миксер через заливочное устройство с подачей алюминия под уровень расплава в миксере.

По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило: — до вакуумной обработки алюминия — 0,24 см 3 /100 г Аl;

— после вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 842°С до 780°С -0,15 см 3 /100 г Аl.

При этом отношение площади поверхности расплава металла в ковше (S) к объему металла в ковше (V) составило

1,10. Ниже приведен расчет этого отношения.

S=π×D1 2 :4=3,14×1,47 2 :4=1,696 м 2

S:V=1,696 м 2 :1,537 м 3 =1,10.

При заявленном отношении площади поверхности расплава металла в ковше (S) к объему металла в ковше (V), равным 1,10 и снижении температуры при вакуумной обработке алюминия до 780°С, достигнуто существенное снижение концентрация водорода в алюминии: с 0,24 до 0,15 см 3 /100 г Аl (на 37,5%).

Пример 2. Методика проведения вакуумной обработки алюминия-сырца в вакуум-транспортных ковшах аналогична описанной в примере 1.

Первый вакуум-транспортный ковш заполняют металлом полностью на высоту 1,265 м. Диаметр зеркала металла при таком заполнении ковша составляет 1,506 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 858°С.

Второй вакуум-транспортный ковш заполняют металлом на 75% высоты (0,949 м). Диаметр зеркала металла при таком заполнении составляет 1,460 м. Температура алюминия на момент доставки металла в литейный цех составила 831°С.

Из обоих ковшей отбирают пробы на водород, закрывают герметичными крышками, подключают к вакуум линии и поддерживают остаточное давление воздуха в ковшах 350÷400 Па. Вакуумную обработку проводят пока температура металла в ковше не снизится до 780°С, после чего отбирают пробы металла для анализа на содержание водорода.

Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия до 780°С составило: для первого ковша

39 мин., для второго ковша

По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило:

— в первом ковше: до вакуумной обработки алюминия 0,25 см 3 /100 г Аl; после вакуумной обработки и охлаждения алюминия 0,19 см 3 /100 г Аl, при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 0,90.

— во втором ковше: до вакуумной обработки алюминия 0,23 см 3 /100 г Аl; после вакуумной обработки и охлаждения алюминия 0,13 см 3 /100 г Аl, при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 1,17.

Из экспериментальных данных следует, что при отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 0,90, в результате вакуумной обработки и охлаждения алюминия, эффективность рафинирования алюминия от водорода остается невысокой (на уровне 24%).

При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше равном 1,17, в результате вакуумной обработки и охлаждения алюминия, достигается высокая (на уровне 43%) эффективность очистки алюминия от водорода.

При отношении площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше менее 1,10 и регламентированном времени вакуумной обработки, в нижних слоях алюминия в ковше концентрация водорода снижается незначительно.

Пример 3. Исходные данные и методика проведения вакуумной обработки алюминия-сырца в вакуум-транспортном ковше аналогична описанной в примере 1, с той разницей, что на поверхности алюминия после снятия шлака и отбора проб на водород наводят слой покровного флюса на основе карналлита с добавкой хлорида натрия. Толщина жидкого флюса после его плавления 1,0÷1,5 мм. В данном примере отношение площади поверхности расплава металла в ковше к объему металла в ковше составляет

1,10. Суммарное время вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 850°С до 780°С составило

По результатам анализа среднее содержание водорода в алюминии составило: — до вакуумной обработки алюминия — 0,23 см 3 /100 г Аl;

— после вакуумной обработки и охлаждения алюминия с 850°С до 780°С — 0,138 см 3 /100 г Аl.

Эффективность рафинирования алюминия от водорода составила

40%, по сравнению с

37,5% в примере 1, где вакуумную обработку проводили в тех же условиях, но без флюса на поверхности металла.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность рафинирования алюминия и алюминиевых сплавов от водорода на стадии охлаждения металла перед заливкой в миксер. Заливка в миксер металла с более низкой концентрацией водорода сократит расход флюса на рафинирование расплава в миксере и уменьшит время приготовления сплава.

Источник