способ рафинирования алюминия и его сплавов

Формула изобретения

Способ рафинирования алюминия и его сплавов, включающий обработку расплава через погруженную в него фурму высокоскоростной струей смеси инертного и активного газов, отличающийся тем, что смесь газов получают непосредственно в расплаве металла после их автономной подачи путем введения активного газа в высокоскоростную струю инертного газа, подаваемого при давлении 1000-2000 кПа через сопла диаметром 0,3-0,7 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к рафинированию алюминия и его сплавов.

Известен способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий продувку расплава инертными газами с высокими скоростями истечения через сопла диаметром 0,7-0,9 мм при давлении газа в фурме 400-600 кПа (Использование инертного газа для рафинирования алюминиевых сплавов из вторичного сырья. А.В. Курдюмов и др.//"Цветная металлургия", 11, с.46-48).

Недостатком известного способа является то, что использование для рафинирования одного инертного газа не обеспечивает химической очистки металла, отсутствие которой не позволяет достигнуть наибольшей эффективности рафинирования. Кроме того, давления инертного газа недостаточно для промешивания больших масс расплава.

Известен способ инжектирования галоидопроизводных в газообразном состоянии с потоком инертного газа в инжекционное устройство, имеющее выход внутри жидкого металла (заявка Франции 2502181 от 23.03.81, МКИ С 22 В 9/05, 21/06).

Недостатком известного способа является то, что получение смеси газов высокого давления в инжекционном устройстве происходит при температурах испарения галоидного вещества, что приводит к необходимости дополнительных затрат для обеспечения надежности и безопасности процесса рафинирования.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому по совокупности признаков является способ рафинирования алюминия и его сплавов, включающий рафинирование расплава через погруженную в него фурму смесью инертного газа с галогенами при давлении парогазовой смеси в фурме 2-10 атм (а.с. СССР 1636464 от 05.07.88, МПК С 22 В 21/06, принят за прототип).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что подача смеси инертного газа с парами галогенов при высоком давлении приводит к быстрому разрушению фурмы из-за высокой активности паров галогенов и, следовательно, к удорожанию процесса рафинирования. К недостаткам известного способа, принятого за прототип, относится также необходимость предварительного приготовления рафинирующей смеси с обеспечением давления 10 атм (10 атм = 1000 кПа), что одновременно приводит к созданию дополнительных зон с опасными условиями труда и связанными с ними затратами для обеспечения надежности и безопасности процесса рафинирования.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Известно, что эффективность рафинирования при высокоскоростной продувке зависит от нескольких параметров: скорости струи рафинирующего газа, количества и величины образующихся пузырьков, длины зоны диспергирования, промешивания расплава, длительности продувки. Скорость струи выходящих из фурмы рафинирующих газов и длина зоны диспергирования зависят от давления смеси газов в фурме. Количество и размер диспергированных пузырьков - от диаметра сопла. В способе, принятом за прототип, удалось достичь наибольшей длины зоны диспергирования при оптимально подобранных диаметрах сопел и давлении газа в фурме. Но эти параметры оказываются эффективными для небольших емкостей.

При рафинировании больших масс расплава необходимо подобрать такие параметры, чтобы достичь наиболее полного промешивания металла, и, следовательно, увеличить эффективность рафинирования. При увеличении давления смеси газов возрастает агрессивность активной составляющей газовой смеси, что приводит к быстрому износу оборудования приготовления и подачи смеси. Это, в свою очередь, ведет к удорожанию процесса рафинирования.

Задача состоит в устранении вышеуказанных недостатков и обеспечивается за счет автономной подачи рафинирующих газов при различном давлении. Это даст возможность повысить давление инертного газа в фурме, не увеличивая давления активного газа, исключить использование оборудования предварительного приготовления рафинирующей смеси газов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа рафинирования по изобретению, - повышение эффективности процесса рафинирования больших масс расплава металла от водорода, натрия и неметаллических включений, снижение затрат для обеспечения надежности и безопасности процесса рафинирования, достигаемый за счет автономной подачи инертного и активного газа, подаваемого через сопла меньших диметров, без увеличения давления активного газа.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе рафинирования алюминия и его сплавов путем обработки расплава через погруженную в него фурму высокоскоростной струей смеси инертного и активного газов, особенность заключается в том, что смесь инертного и активного газов получают непосредственно в расплаве металла после их автономной подачи путем введения активного газа в высокоскоростные струи инертного газа, подаваемого при давлении 1000-2000 кПа через сопла диаметром 0,3-0,7 мм.

Автономная подача газов позволяет повысить давление инертного газа в фурме выше 1000 кПа за счет уменьшения диаметра сопел для подачи инертного газа. Давление активного газа при этом остается на уровне давления насыщенного пара. Введение активного газа непосредственно в струи инертного газа в расплаве металла обеспечивает смешение газов за счет увлечения активного газа высокоскоростными потоками инертного газа, распыление смеси на мельчайшие пузырьки, в результате чего происходит активное перемешивание больших масс расплава, что способствует повышению эффективности рафинирования алюминия и его сплавов.

Сравнение изобретения показывает, что заявляемый способ рафинирования алюминия и его сплавов отличается от прототипа тем, что смесь инертного и активного газов получают непосредственно в расплаве металла после их автономной подачи путем введения активного газа в высокоскоростные струи инертного газа, подаваемого при давлении 1000-2000 кПа через сопла диаметром 0,3-0,7 мм.

Способ рафинирования алюминия и его сплавов осуществляется следующим образом.

Перед процессом рафинирования подают инертный газ при начальном давлении 300-400 кПа, а активный газ подают при давлении насыщенного пара. После введения фурмы в расплав металла давление инертного газа устанавливают в пределах 1000-2000 кПа и он выходит из сопел фурмы в виде высокоскоростных потоков, увлекая при этом активный газ, который вводят прямо в струи инертного газа. Образующаяся смесь газов диспергируется на мельчайшие пузырьки, которые способствуют активному перемешиванию больших масс расплава и рафинированию металла от водорода, натрия и неметаллических включений. Время рафинирования устанавливается опытным путем в зависимости от масс расплава, предъявляемых требований к сплаву.

Рафинирование проводили на сплавах Д16, 6061, Амг6 и В95 по способу-прототипу и заявляемому способу. В качестве рафинирующих газов применяли аргон и хлор. Давление инертного газа в фурме устанавливали 1050 кПа. Результаты опытных проверок по рафинированию сведены в таблицу. Опытные проверки показали, что при использовании известного способа содержание водорода в сплавах снижается на 15-25%, тогда как при использовании заявляемого способа содержание водорода в сплавах снижается на 50-60%.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполняются следующие условия:

- эффективность процесса рафинирования больших масс расплава алюминия и его сплавов повышается с 20-30% (при использовании традиционных способов рафинирования) до 50-60% за счет увеличения давления инертного газа, подаваемого через сопла малых диаметров, без увеличения давления активного газа;

- за счет автономной подачи рафинирующих газов и исключения предварительного приготовления рафинирующей смеси газов процесс рафинирования становится более мобильным, приспосабливаемым к условиям окружающей среды;

- снижение давления активного газа позволяет более длительно использовать устройство для подачи газов, что ведет к снижению себестоимости всего процесса рафинирования.