способ рафинирования алюминия и алюминиевых сплавов в транспортном ковше

Формула изобретения

Способ рафинирования алюминия и его сплавов в транспортном ковше, включающий подачу флюса и перемешивание расплава путем воздействия на расплав бегущим электромагнитным полем непрерывно или повторно-кратковременно, создаваемым источниками электромагнитного поля с переменой направления движения электромагнитного поля, отличающийся тем, что флюс подают в расплав под зеркало металла, а воздействие на расплав бегущим электромагнитным полем осуществляют источником электромагнитного поля, установленным вплотную к наружной стенке транспортного ковша, при этом центральная ось источника электромагнитного поля совпадает с геометрическим центром расплава в транспортном ковше.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при рафинировании алюминия и его сплавов от примесей непосредственно в транспортных ковшах перед заливкой металла в разливочные миксеры.

Известен способ рафинирования цветных сплавов, который осуществляется в устройстве, включающем емкость для рафинирующего расплава, рабочий орган, привод рабочего органа в виде двух валов с параллельными осями вращения, кинематически связанными друг с другом (SU №985097, м. кл. С22В 9/02, 1975). Флюс с помощью рабочего органа замешивается во весь объем расплава, чем повышается поверхность контакта флюса с расплавом.

Недостаток известного способа заключается в том, что механическое перемешивание требует применение рабочего органа, изготовленного из дорогостоящих материалов. Кроме того, реализация данного способа требует наличия сложной системы привода рабочего органа, что приводит к усложнению всего процесса рафинирования.

Известен способ рафинирования алюминия и его сплавов, включающий обработку расплава металла флюсом при перемешивании механической мешалкой (А.С. №1688595, кл. С22В 21/06, 1989). Мешалка оснащена приводом, позволяющим регулировать скорость ее вращения.

Недостаток известного способа заключается в том, что механическое перемешивание требует относительно больших затрат времени для проработки рафинируемого расплава флюсом по всему его объему, а также приводит к увеличению расходных материалов в виде роторов из дорогостоящих материалов. Кроме того, реализация данного способа требует наличия довольно сложной системы электропривода, что приводит к усложнению всего процесса рафинирования.

Известен способ рафинирования, осуществляемый в устройстве для электромагнитного рафинирования алюминия и сплавов на его основе (патент РФ 2240368, кл. С22В 21/06, С22В 9/00 2004). Устройство для рафинирования содержит футеровочную емкость, футерованную металлургическую крышку, газопылераспределительный механизм, механизм газоудаления, устройство для создания вращательного движения расплава. В качестве устройства для создания вращательного движения расплава использован один или несколько многофазных индукторов бегущего электромагнитного поля, охватывающего футерованную емкость частично или полностью. В результате интенсивного вращения расплава в нем образуется воронка, в область которой с помощью газопылераспредилительного механизма подается рафинирующая смесь. При подключении катушек индуктора к переменному напряжению в них протекает электрический ток, который создает магнитные потоки. В результате наложения магнитных потоков, сдвинутых во времени и пространстве, образуется бегущее электромагнитное поле. Взаимодействуя с расплавом, бегущее электромагнитное поле индуцирует в нем вихревые токи, магнитное поле которых, в свою очередь, взаимодействует с первичным магнитным полем, вызывает усилия в расплаве, приводящие расплав во вращательное движение.

Недостатком известного способа является недостаточное вращательное движение расплава при перемешивании, что приводит к низкой коагуляции флюса в расплаве, образованию большого количества газов от сгорающего флюса, образованию окислов алюминия и увеличению времени рафинирования.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ рафинирования алюминия и его сплавов (патент РФ 2237091, м. кл. С22В 21/06, 2004). Способ осуществляют в транспортных ковшах. Способ включает подачу флюса в расплав и перемешивание расплава путем воздействия на расплав несколькими бегущими электромагнитными полями, создаваемыми источниками электромагнитного поля с переменной интенсивностью. Источники расположены под разными углами друг к другу в трехмерном пространстве. Флюс подают в воронку, образованную под воздействием электромагнитных полей на расплав. При этом воздействие электромагнитным полем может осуществляться:

- с боковой стороны ковша, или со стороны днища, или со стороны крышки;

- попарно с боковой стороны ковша и со стороны крышки, или с боковой стороны ковша и со стороны днища, или со стороны крышки ковша и со стороны днища;

- с боковой стороны ковша, со стороны крышки и со стороны днища одновременно.

С целью повышения производительности процесса и глубины проработки расплава флюсом воздействие бегущим электромагнитным полем на расплав осуществляют попеременно в прямом и обратном направлениях непрерывно или повторно-кратковременно.

Недостатком известного способа является отсутствие при перемешивании воронки на поверхности расплава, что приводит к низкой коагуляции флюса в расплаве, образованию большого количества газов от сгорающего флюса и увеличению времени рафинирования. Увеличение количества электромагнитных перемешивателей на установке более чем на один приводит к увеличению затрат потребляемой электроэнергии. Образующаяся при интенсивном перемешивании волна может привести к выбросам металла через края емкости, при этом окисная плена на поверхности зеркала расплава разрывается и вовлекается внутрь, что при приготовлении некоторых видов сплавов на основе алюминия недопустимо.

Задачей изобретения является достижение возможности рафинирования алюминия и его сплавов в транспортном ковше в автоматическом режиме с минимальными затратами времени, электроэнергии и расходуемых материалов.

Технический результат изобретения заключается в достижении степени перемешивания, необходимой для коагуляции флюса и расплава без образования воронки и разрыва окисной пленки на поверхности расплава.

Поставленная задача решается тем, что в способе рафинирования алюминия и его сплавов в транспортном ковше, включающем подачу флюса и перемешивание расплава металла путем воздействия на расплав бегущим электромагнитным полем непрерывно или повторно-кратковременно, создаваемым источниками электромагнитного поля с переменой направления движения электромагнитного поля, согласно заявляемому изобретению флюс подают в расплав под зеркало металла, а воздействие на расплав осуществляют бегущим электромагнитным полем, создаваемым источником электромагнитного поля, установленным вплотную к наружной стенке транспортного ковша таким образом, что центральная ось источника электромагнитного поля совпадает с геометрическим центром расплава в транспортном ковше.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Поставленная задача решается тем, что для технологических режимов работы установки была разработана и испытана опытная промышленная установка.

На чертеже изображена опытная промышленная установка для рафинирования в транспортном ковше, общий вид.

Установка содержит футеровочную емкость 1 для транспортировки расплава 2, устанавливаемую на подставку с направляющими 3. По направляющим при помощи транспортной тележки 4 перемещается устройство для перемешивания 5, состоящее из одного или нескольких многофазных индукторов бегущего электромагнитного поля, расположенных с боковой стороны футеровочной емкости. Чтобы плотно прижать к поверхности футеровочной емкости устройство для перемешивания, на тележке установлен выравнивающий механизм 6.

Для подачи флюса внутрь транспортного ковша на подставке 7 устанавливается устройство для ввода газопорошковой смеси 8.

Описание опытов по рафинированию расплава в транспортном ковше.

В расплав вводилась рафинирующая соль в течение 5 минут с расходом до 300 г/мин посредством титановой трубы, подсоединенной с помощью гибкого шланга к устройству ввода газопорошковой смеси и погруженной в металл на глубину около 1 м. В каждом из опытов брался химический анализ расплава перед началом и после завершения эксперимента. Результаты химического анализа представлены в таблице.

Таблица
№ опыта	Параметры индуктора				Результаты экспресс-анализа
	I, A	f, Гц	tоб, мин	t p, мин	Na	Ca	Li	Mg
1	250	1.51	10	4	0.0026	0.0003	0.00001	0.0020
					0.0005	0.0001	0.00001	0.0016
2	250	1.51	10	4	0.0014	0.0002	0.00001	0.0019
					0.0002	0.0001	0.00001	0.0016
3	250	1.51	10	4	0.0027	0.0004	0.00002	0.0016
					0.0017	0.0003	0.00002	0.0016
4	250	1.5	8	4	0.0018	0.0003	0.00001	0.0020
					0.0006	0.0001	0.00001	0.0018
5	200	1.6	8	4	0.0041	0.0004	0.00001	0.0012
					0.0013	0.0002	0.00001	0.0010
6	250	1.67	8	4	0.0023	0.0002	0.00001	0.0015
					0.0002	0.0001	0.00001	0.0011
Где I, A - сила тока источника питания, f, Гц - частота, t об, мин - время перемешивания, tp , мин - время реверса (изменение направления потока электромагнитного излучения).

Применение заявляемого способа позволит без переделки конструкции существующих транспортных ковшей сократить время обработки расплава до 10-15 минут, уменьшить количество вовлекаемого флюса до 1-2 кг на 1 тонну расплава при максимально автоматизированном процессе рафинирования алюминия и его сплавов.