RU2281977C1 - Method of treatment of aluminum or its alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: refining of metals.

SUBSTANCE: proposed method includes blowing gas suspension through lance immersed in melt at simultaneous introduction of high-velocity jet of neutral gas into area of delivery of gas suspension directly in melt of metal. Introduction of high-velocity gas is performed through gas suspension supply lance. Flux or modifying compounds in powder state may be used as gas suspension component. During treatment, pressure of gas is maintained at level no less than 8 atm; supply of gas is carried out through one or several nozzle of lance at diameter of hole not exceeding 1.5 mm. Proposed method enhances assimilability of flux materials in molten aluminum reducing slag formation by 1.6-1.7 times and content of aluminum oxide in slag by 1.2-2.5 times.

EFFECT: enhanced efficiency.

7 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии и, в частности, может быть использовано для обработки алюминия или его сплавов при рафинировании и модифицировании.The invention relates to metallurgy and, in particular, can be used for processing aluminum or its alloys during refining and modification.

Известен способ обработки расплава алюминия, включающий продувку флюсов с помощью газов через трубку в расплавленный алюминий (Экспресс-информация - ЦНИИЭИ ЦМ, М.: Выпуск 11, 1987)A known method of processing molten aluminum, including blowing fluxes using gases through a tube into molten aluminum (Express information - TSNIIEI TsM, M .: Issue 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.The disadvantage of this method is that due to the low energy of the gas stream, the melt is processed in a limited volume, most of the flux is removed from the melt by gas bubbles due to flotation, without reacting with the melt, which leads to an increase in the flux consumption.

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).A known method of refining aluminum alloys, which consists in direct injection of the powdered component into the melt mixed with an inert gas by means of a gas distribution device ("Foundry", 2004, No. 3, p.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.A disadvantage of the known method is that due to the low energy of the carrier gas stream, a significant part of the introduced components floats up, not having time to react with the molten metal.

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.).The closest in essential features is a method of processing an aluminum melt, comprising introducing into the melt containing alloying metals material in gaseous form by means of a transporting or refining gas supplied autonomously (US Patent No. 6217632, C 22 C 1/02, 2001).

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.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method adopted for the prototype, include the fact that to achieve sufficient interaction of the introduced components with the melt, additional mechanical mixing is used. In addition, since the method is proposed to be used at the casting stage, there is the possibility of contamination of the metal being drained due to entrainment of the floating slag in the drain hole of the intermediate tank.

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.It is known that the efficiency of melt processing with powder flux, suspended and transported in a gas stream, depends on several parameters: the speed of the gas-powder mixture jet, grain size of particles, velocity of the transporting gas, length of the dispersion zone, melt mixing, and processing time. The velocity of the jet of the conveying gas leaving the lance and the length of the dispersion zone depend on the gas pressure in the lance. The number and size of dispersed bubbles - from the diameter of the nozzle. In turn, the speed of the additional gas stream affects the mixing of the mass of molten metal. When refining large masses of the melt, it is necessary to select such parameters of the supplied gas suspension and transporting gas in order to achieve the most complete mixing of the metal bath and, therefore, increase the processing efficiency. In known methods, with increasing pressure of the conveying gas, the aggressiveness of the gas suspension in the purge device increases, which leads to rapid wear of the gas flux mixture supply equipment. This, in turn, leads to an increase in the cost of the processing process.

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.The task is to eliminate the above disadvantages and is ensured by the autonomous supply of a jet of high-speed neutral gas and gas suspension and the formation directly in the molten metal of a high-speed stream of gas-powder mixture. This will make it possible to increase the pressure of the neutral gas in the tuyere without increasing the pressure of the gas suspension.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа обработки по изобретению:The technical result that can be obtained by implementing the processing method according to the invention:

- повышение эффективности процесса рафинирования больших масс расплава металла от водорода, натрия и неметаллических включений и одновременного модифицирования расплава,- increasing the efficiency of the process of refining large masses of a molten metal from hydrogen, sodium and non-metallic inclusions and at the same time modifying the melt,

- снижение расхода флюсовых материалов и в целом себестоимости процесса.- reducing the consumption of flux materials and the overall cost of the process.

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.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of processing aluminum or its alloys, including purging a gas suspension through a lance immersed in a melt of aluminum or its alloys, the feature is that the purging is carried out while a high-speed jet of neutral gas is introduced into the gas supply region directly in the molten aluminum or its alloys. Moreover, the introduction of a gas suspension and a high-speed jet of gas is carried out autonomously through one lance with several holes. As a component of a gas suspension, a flux can be used to refine the molten aluminum or its alloys or modifying compositions in powder state.

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.Separating the supply of neutral gas and gas suspension allows increasing the gas pressure in the lance by reducing the diameter of the gas supply nozzles and to obtain high-speed gas jets at the outlet of the nozzle. The pressure of the gas suspension is at a level sufficient to maintain the flow of particles in a fluidized state.

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.The introduction of a neutral gas into the gas suspension stream directly in the molten metal ensures: 1) the formation of a high-speed particle stream due to the entrainment of the gas suspension by a high-speed stream of neutral gas; 2) additional spraying of the gas-powder mixture into the smallest particles, as a result of which they interact actively with the components of the alloy, which helps to increase the processing efficiency of aluminum or its alloys; 3) due to high-speed purging, intensive mixing of large masses of metal melt occurs.

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.When processing a melt of aluminum or its alloys with fluxes due to the high energy of the gas stream, there is an active interaction of refining components with alloy components, which leads to an increase in the assimilation of fluxes and a decrease in the formation of slag. Moreover, in the slag there is a decrease in the content of aluminum oxide and an increase in the content of pure aluminum.

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.Comparison of the invention shows that the inventive method for processing aluminum or its alloys differs from the prototype in that the melt is blown with a gas suspension while simultaneously introducing a high-speed jet of neutral gas directly into the melt of aluminum or its alloys into the gas supply region. Moreover, the introduction of high-speed gas into the melt is carried out autonomously through a gas suspension lance, as a component of which a flux can be used to refine the aluminum melt or its alloys or modifying compositions in powder state.

Способ обработки алюминия или его сплавов осуществляют следующим образом.The method of processing aluminum or its alloys is as follows.

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.Before the processing process, a gas suspension containing flux is fed into the lance and the lance is immersed in the melt. An inert gas is then fed into the lance at an initial pressure. After the melt is purged with a gas suspension, the inert gas pressure in the tuyere is increased to a value sufficient to obtain a high-speed stream at the nozzle exit, while the gas suspension is entrained in the melt at a high speed. The resulting high-speed mixture of flux and gases is dispersed into tiny particles and bubbles, which contribute to the active mixing of large masses of the melt, the refining of metal from hydrogen, sodium and non-metallic inclusions and the simultaneous modification due to the active interaction of flux particles with alloy components. The processing time is established empirically, depending on the mass of the melt, the requirements for the alloy.

ПримерExample

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%.Refining was carried out on alloys AD33 (6061) and VD1 according to the known method and the claimed method. Argon was used as the gas. The inert gas pressure in the lance was set at 1050 kPa. The results of experimental refining checks are summarized in table 1. Experimental checks showed that when using the known method, the content of aluminum oxide in the slag remains at the level of 27-34%, and the content of pure aluminum in the slag is at the level of 40-60%, while when using of the proposed method, the content of aluminum oxide in the slag is reduced to the level of 11-29%, and the content of pure aluminum is increased to 50-70%.

Таблица 1Table 1 Вариант обработки расплава флюсомFlux Melt Processing Option Марка сплаваAlloy grade Количество шлака от загруженной шихты, %The amount of slag from the loaded mixture,% Состав шлака, %The composition of the slag,% AlAl Al₂О₃ Al ₂ About ₃ ИзвестныйFamous АД33 (6061)AD33 (6061) 2,12.1 60,1960.19 27,727.7 ВД1VD1 5,65,6 40,140.1 33,433,4 ОпытныйExperienced АД33 (6061)AD33 (6061) 1,21,2 69,369.3 11,111.1 ВД1VD1 3,53,5 51,451,4 28,828.8

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.Thus, the use of the proposed method can significantly improve the processing efficiency of the molten aluminum or its alloys with powder fluxes in comparison with traditional methods, reduce the consumption of flux materials. In addition, the use of the proposed method leads to an increase in the resistance of the lining due to the almost complete absence of interaction of flux materials with it (since the flux is sprayed in the melt into the smallest particles that instantly interact with metal components and gases), and an increase in the metallurgical yield during melting scrap and waste by reducing slag formation, reducing costs to ensure the reliability and safety of molten aluminum processing processes.

Claims (7)

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.1. A method of processing aluminum or its alloys, including purging with a gas suspension through a lance immersed in a melt of aluminum or its alloys, characterized in that the purging is carried out while simultaneously introducing a high-speed jet of gas directly into the molten aluminum or its alloys into the gas suspension supply region. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение высокоскоростной струи газа осуществляют автономно через фурму подачи газовзвеси.2. The method according to claim 1, characterized in that the introduction of a high-speed jet of gas is carried out autonomously through the lance of the gas suspension. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента газовзвеси используют флюс.3. The method according to claim 1, characterized in that a flux is used as a component of the gas suspension. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента газовзвеси используют модифицирующие вещества.4. The method according to claim 1, characterized in that modifying substances are used as a component of the gas suspension. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокоскоростного газа используют нейтральный газ.5. The method according to claim 1, characterized in that a neutral gas is used as a high-speed gas. 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.6. The method according to claim 1, characterized in that the introduction of gas is carried out at a pressure of at least 8 atm through one or more nozzles of the lance with an opening with a diameter of not more than 1.5 mm. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение газа в область подачи газовзвеси осуществляют при сверхзвуковых скоростях.7. The method according to claim 1, characterized in that the gas is introduced into the gas suspension supply region at supersonic speeds.