Образование газообразных включений в алюминиевых сплавах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт цветных металлов и материаловедения

РЕФЕРАТ

Образование газообразных включений в алюминиевых сплавах

Красноярск — 2014

Содержание

  • Введение
  • 1. Образование газообразных включений. Физико — химические процессы при плавлении алюминия
  • 2. Взаимодействие алюминиевых сплавов с газами
  • 2.1 Взаимодействие с кислородом
  • 2.2 Взаимодействие с азотом
  • 2.3 Взаимодействие со сложными газами
  • 2.4 Взаимодействие с водородом
  • Водородная пористость алюминия
  • Водород в алюминиевых отливках
  • Источники водорода в алюминии
  • Реакция алюминия с водородом
  • 3. Дегазация алюминиевых сплавов
  • 3.1 Дегазационная установка PAL FI 60R
  • 3.2 Двухступенчатая установка внепечного рафинирования SNIF P-140UHB
  • Заключение
  • Список использованных источников

Введение

Алюминий и его сплавы взаимодействуют с газами окружающей атмосферы в основном во время их плавления и разливки. Алюминий и легирующие элементы в сплавах взаимодействуют с водородом, кислородом, азотом, углеродом, парами воды, SО2, СО2, СО и различными углеводородами, в результате чего алюминий и его сплавы загрязняются газами и продуктами реакций. Несмотря на возможность взаимодействия алюминия со многими газами, находящимися в атмосфере плавильной печи, миксера и в окружающей среде при разливке, только водород, нитриды, карбиды и оксиды металлов переходят в расплав в количествах, достаточных для заметного влияния на структуру и свойства изделия.

Содержание газов в металлах принято выражать в процентах по массе, мольных процентах или долях, а также объемом газа в 1 см³, приходящимся на 100 г металла. В последнем случае весь содержащийся в металле газ считают выделенным в свободном состоянии и приведенным к нормальным условиям (температура 20 оС и давление 1,01 105 Па).

Взаимодействие жидких металлов с материалами, которые используют для футеровки плавильных печей и разливочных ковшей, а также для изготовления тиглей и кристаллизаторов, многообразно и сложно. Материал плавильной емкости должен прежде всего выдерживать механические нагрузки при соответствующих температурах. Это механическое взаимодействие усугубляется сложными физико-химическими явлениями между расплавом и соприкасающимся с ним твердым материалом. При этом возможны процессы восстановления-окисления, взаимного растворения, не исключено также пропитывание футеровки расплавом.

алюминиевый сплав дегазация газообразный

1. Образование газообразных включений. Физико — химические процессы при плавлении алюминия

Если чистый жидкий металл достаточно долго соприкасается с газовой средой и развиваются процессы, направленные к достижению равновесия в системе, то возможны следующие три типа изменения в составе и состоянии расплава:

1. Газовая среда инертна по отношению к жидкому металлу, поэтому ни растворения газа в расплаве, ни образования каких — либо соединений не происходит. Отсутствие растворения газа оценивается с практической точки зрения. Сюда относятся случаи с достаточно малой растворимостью, не имеющей значения для процесса плавки металлов. Отсутствие взаимодействия можно наблюдать между любым металлом и любым инертным газом нулевой группы периодической системы Д. И. Менделеева, а также в некоторых системах металл-водород (металл — олово, свинец и др.), металл-азот (металл — медь, серебро, цинк и др.).

2. При взаимодействии жидкого металла с газом отмечается значительная растворимость газа в расплаве. Здесь также имеется в виду практически значимая растворимость, которая ощутимо влияет на качество сплава и определяет технологию плавки. В системах, где происходит подобное взаимодействие, в конечном итоге будут существовать насыщенный газом жидкий раствор и газовая фаза. Возможно также, что по достижении в расплаве предельного содержания газа начнется образование химического соединения между газом и металлом. Для процесса плавки определяющим обстоятельством является именно образование раствора газа в жидком металле. Данный тип взаимодействия наблюдается во многих системах металл-водород.

3. Взаимодействие жидкого металла с газом выражается в образовании устойчивых химических соединений металл — газ. Растворимость газа в жидком металле в этих случаях настолько мала, что наблюдается во многих системах металл-кислород (А1-О2, Mg-O2 и др.).

Тип взаимодействия жидкого металла с газом определяется природой металла и газа, температурой и давлением газа над расплавом. Для двойной системы металл-газ характер взаимодействия и образующиеся фазы можно довольно легко установить по существующим диаграммам состояния.

Процесс взаимодействия жидкого металла с газами состоит из нескольких ступеней. Поступление молекул газа к поверхности жидкого металла обеспечивается путем молекулярной диффузии и конвективного массопереноса в нем. При давлении, составляющем 104 Па и более, массоперенос в газах осуществляется в основном конвекцией.

Следующая ступень заключается в переходе молекул газа на поверхность расплава. Этот процесс называется адсорбцией. При высоких температурах основная роль принадлежит активированной адсорбции или хемосорбции, которая выражается не только в осаждении молекул газа на поверхности расплава, но и в частичной их диссоциации на атомы. Об этом свидетельствует большая величина теплоты хемосорбции, близкая к теплоте диссоциации двухатомных газов.

Атомы газа, адсорбированные на поверхности расплава, готовы как для образования молекул химического соединения металл-газ, так и для диффузии вглубь расплава. Если взаимодействие состоит в возникновении нерастворимого в. расплаве соединения, то на поверхности расплава начинает нарастать слой этого соединения. Скорость взаимодействия определяется, кроме прочих обстоятельств, сплошностью этою слоя, которую можно оценить, сравнивая объемы образующегося соединения и расходуемого металла с учетом стехиометрии соединения и плотностей металла и соединения.

Если объем возникающего соединения значительно меньше объема расходуемого металла, слой соединения неизбежно должен иметь надрывы и трещины, куда свободно проникает газ. В этих случаях взаимодействие проходит с неизменной скоростью. Если же указанные объемы близки друг к другу, то газ должен диффундировать через слой соединения. Поскольку толщина слоя непрерывно увеличивается, скорость взаимодействия будет уменьшаться. Так происходит, например, взаимодействие жидкою алюминия с кислородом, приводящее к образованию пленки оксида алюминия на поверхности расплава.

При экзотермическом процессе образования соединения металл-газ может происходить местное повышение температуры, приводящее к возгоранию расплава. Это наблюдается, например, при перегреве жидкого магния и его сплавов на воздухе выше 700 оС, а также при перегреве цинка выше 600 оС.

Если расплав способен растворять газ, то адсорбированные атомы газа диффундируют вглубь расплава. В металлических расплавах газы могут растворяться лишь в атомарном состоянии.

Процесс растворения газа в приповерхностном слое целиком определяется диффузией. В глубине расплава распространение атомов газов осуществляется главным образом конвективным массопереносом.

Нередко вследствие ограниченности массопереноса в жидкой фазе на поверхности расплава возникает слой соединения, хотя во всей массе расплава предельная концентрация газа в растворе еще не достигнута.

Равновесная растворимость [Г] двухатомного газа в металле в общем случае описывается зависимостью

(1)

где

рг2 — давление газа над расплавом; Aо — постоянный множитель; ДН — теплота растворения газа, отнесенная к 1 молю растворенного газа; R — газовая постоянная; Т — температура, К.

Логарифмирование формулы (1) дает следующее выражение:

(2)

При постоянной температуре зависимость (1) переходит в закон квадратного корня (закон Сивертса):, из которого с очевидностью следует, что растворы газов в металлах одноатомны (k — постоянный множитель).

Во многих системах металл — газ растворение газа проходит с поглощением тепла. Следовательно, величина ДН > 0, и поэтому увеличение температуры вызывает рост растворимости газа. Имеется также большое число металлов, в которых растворение газа сопровождается выделением тепла (ДН < 0). В таких металлах повышение температуры сопровождается снижением растворимости газа в расплаве.

Изменение растворимости газов в металлах в зависимости от температуры и давления соответствует равновесным значениям лишь при достаточно медленных изменениях внешних условий. Если же эти изменения происходят быстро, растворимость начинает отставать от значений, определяемых приведенными формулами, из-за того, что некоторые из ступеней общего процесса растворения не обеспечивают передачу нужного количества газа. Обычно таким узким местом является диффузия. В итоге получаются завышенные или заниженные значения содержания растворенного в металле газа.

Особенно осложняются явления при уменьшении температуры и давлении газа над расплавом, если при этом должна снижаться растворимость газа. В большинстве случаев газ, выделяющийся из раствора, не успевает проходить через свободную поверхность расплава. Усиливающееся перенасыщение расплава приводит к возникновению внутри него пузырьков газа. Гомогенное зарождение газовых пузырьков в расплаве, по-видимому, невозможно. Они могут возникнуть лишь на готовых зародышах, представляющих собой поры и трещины в нерастворимых в расплаве частицах примесей. Подобные несплошности заполнены инертным для данного металла газами. Именно в эти готовые полости устремляются атомы выделяющихся из раствора газов, и здесь начинает расти газовый пузырек.

Особенность существования газового пузырька в расплаве состоит в том, что давление в нем определяется рп = рвн + сgh + 2у/г, где рп — внешнее давление над расплавом; сgh — металлостатичсское давление, зависящее от плотности расплава с, ускорения силы тяжести g, расстояния от зеркала металла (глубины) h; 2у/г — капиллярное давление, зависящее от межфазной энергии на границе расплав — газ и радиуса пузырька г.

При понижении температуры со скоростью более нескольких градусов в секунду наблюдается неполное выделение газа из раствора в металле. Газ может почти полностью остаться в растворе в случае еще больших скоростей охлаждения. Иначе говоря, происходит закалка раствора газа сначала в жидком металле, а затем и в твердом. Этим явлением широко пользуются при отборе проб расплава для определения содержания газов.

Газы, оставшиеся в пересыщенном растворе в твердом металле, нельзя считать безвредными. Они могут влиять на прочностные свойства, снижать показатели пластичности металла, изменять коррозионные свойства. Происходящий постепенный распад раствора приводит к выделению свободного газа, который скапливается на границах зерен, в микротрещинах, около неметаллических включений, образуя поры. Подогрев ускоряет распад раствора и усиливает опасность разрушения металла. Такие виды брака, как расслоения в деформируемых цветных сплавах, объясняются именно выделением газов из раствора.

2. Взаимодействие алюминиевых сплавов с газами

2.1 Взаимодействие с кислородом

При взаимодействии алюминия с кислородом образуются три соединения: субоксиды алюминия Аl2О, АlО и оксид алюминия Аl2О3. Субоксиды алюминии можно получить лишь искусственно при высоких температурах в высокое вакууме. Обычно встречающееся соединение Аl2О3, представляет очень прочное химическое соединение с ничтожно малой упругостью диссоциации паров даже при весьма высоких температурах. Оксид алюминия имеет несколько полиморфных модификаций, образование которых и переход одной в другую зависят от температуры, времени выдержки и состава окружающей среды. Существующие представления о полиморфных модификациях свободного оксида алюминия противоречивы и сводятся к двум направлениям: дискретному и эволюционному.

Сторонники дискретного направления признают существование большого числа самостоятельных дискретных полиморфных модификаций оксида алюминия. Модификация б — Аl203 представляет наиболее устойчивую форму оксида алюминия. В природе а-А1303 встречается в виде корунда — минерала, обладающего высокой твердостью. Корунд кристаллизуется в гексагональных ромбоэдрах. Расстояние между атомами алюминия составляет 0,136 нм. Оксид алюминия б — Аl2О3 является высокотемпературной модификацией, в которую в конечном итоге с повышением температуры переходят все остальные выше названные модификации. При температуре 2050 °C б — Аl203 плавится, а при температуре 3000 °C кипит. Рассмотрим структуру и свойства оксида алюминия, образующегося на поверхности алюминия и его сплавов. Известно, что свежевскрытая поверхность алюминия даже при комнатной температуре довольно быстро покрывается оксидной пленкой, толщина которой в первые часы окисления достигает 1,7−2,1 нм. При дальнейшей выдержке алюминия на воздухе происходит медленный рост оксидной пленки в течение 70−80 дней, и ее толщина при 25 °C и относительной влажности воздуха 45−55% достигает 3 нм. Затем рост пленки практически прекращается. Естественная оксидная пленка на поверхности алюминия состоит в основном из аморфной смеси с небольшой примесью кристаллической г — Аl2О3. При нагреве алюминия до 450−500°С оксидная пленка на поверхности алюминия приобретает мелкокристаллическое строение, а при нагреве при температуре 500 °C на рентгенограммах появляются линии, отвечающие кристаллической структуре шпинельного типа. С повышением температуры толщина оксидной пленки на поверхности алюминии растет и при температурах, близких к точке плавления, достигает 100 нм. Естественная оксидная пленка на алюминии прозрачна, невидима, компактна и обладает хорошими адгезионными свойствами.

2.2 Взаимодействие с азотом

Азот от кислорода отличается меньшей химической активностью, а от водорода — значительно большими размерами атомов. При обычных температурах азот почти не растворяется в металлах, так как степень диссоциации его молекул на атомы очень мала.

В реальных условиях плавки азот не образует ни растворов и ни нитридов с медью, серебром, золотом, оловом, цинком, кадмием, свинцом, сурьмой и висмутом. В алюминии азот тоже не растворяется, но при температуре около 900 оС образует с ним устойчивое химическое соединение — нитрид алюминия (AlN), который может находиться в расплаве в виде твердых включений. При температурах менее 750 оС азот для алюминия считается нейтральным газом и часто применяется как дегазатор расплавов.

Магний при температуре плавления образует с азотом нитрид магния (Mg3N2), который при комнатной температуре разлагается водой с образованием аммиака. В связи с этим присутствие в металле нитрида магния снижает коррозионную стойкость магния и его сплавов.

При плавлении в атмосфере азота меди, серебра, золота, цинка, кадмия, магния, алюминия, олова, свинца, висмута, сурьмы и их сплавов качество литых изделий не ухудшается.

Щелочные и щелочноземельные металлы активно поглощают азот, образуя сначала насыщенный раствор, а затем термически стойкие нитриды. Следовательно, при их плавлении азот в атмосфере не допустим.

Тугоплавкие металлы четвертой, пятой и шестой групп периодической таблицы Д. И. Менделеева (титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и вольфрам) и их сплавы в большом количестве растворяют азот и образуют нитриды. Насыщение этих металлов азотом вызывает резкое повышение хрупкости. Таким образом, азот для этих тугоплавких металлов является вредным газом и недопустим в атмосфере печи.

Чистый азот широко применяют при дегазации алюминиевых сплавов, его вводят в виде мелких пузырьков по всему объему расплава. На практике расплавы сплавов с содержанием более 1,5% Mg азотом не обрабатывают из-за образования нитрида магния, который резко снижает технологические свойства сплавов.

2.3 Взаимодействие со сложными газами

В атмосфере плавильных печей и установок могут находиться следующие сложные газы: пары воды Н2О, оксиды углерода СО и СО2, сернистый газ SO2.

Во всех случаях взаимодействия сложных газов с жидкими металлами происходит разрушение молекул газа, сопровождаемое образованием новых соединений, появлением свободных элементов, входящих в состав сложного газа, возникновением растворов одного или обоих этих элементов в жидком металле.

В связи с тем, что в состав сложных газов входят углерод и сера, необходимо учитывать взаимодействие жидких металлов с этими элементами. Их обычно называют газообразующими.

Взаимодействие жидких металлов с парами воды. Как показывают термодинамические расчеты, почти все металлы при тех температурах, когда они находятся в жидком состоянии при плавке, взаимодействуют с парами воды. Освобождающийся водород будет уходить в атмосферу. Жидкие алюминий будут также покрываться слоем нерастворимого в металле оксида, но выделяющийся водород будет растворяться в расплаве. Таким образом, плавка этих металлов в атмосфере, содержащей водяные пары, будет вызывать не только загрязнение расплава неметаллическими включениями оксидного характера, но и приводить к насыщению его растворенным водородом. Для этих двух металлов вследствие их большого сродства к кислороду реакция с водяными парами практически нацело сдвинута в сторону образования оксида металла и водорода.

Поэтому при плавке в атмосфере, содержащей водяные пары, они будут загрязняться и кислородом и водородом.

2.4 Взаимодействие с водородом

Водород является единственным газом, который заметно растворяется в алюминии и его сплавах. Его растворимость изменяется пропорционально величине температуры и корню квадратному из давления. Как показано на рисунке, растворимость водорода в жидком алюминии значительно выше, чем в твердом: 0,65 и 0,034 мл/100 г, соответственно. Эти величины незначительно изменяются в зависимости от химического состава сплавов. При охлаждении и затвердевании расплавленного алюминия с содержанием водорода значительно выше, чем его растворимость в твердом состоянии, он (водород) может выделиться в молекулярной форме, что приведет к образованию первичных или вторичных пор.

Рисунок 1 — Растворимость водорода в алюминии при давлении 1 атм.

Водородная пористость алюминия

Образование пузырей водорода в алюминии сильно зависит от скорости охлаждения и затвердевания, а также от наличия центров зарождения для выделения водорода, таких как захваченные внутрь расплава оксиды. Поэтому для образования пористости требуется значительное превышение содержания растворенного водорода по сравнению с растворимостью водорода в твердом алюминии. При отсутствии центров зарождения для выделения водорода требуется относительно высокая его концентрация — около 0,30 мл/100 г. Во многих промышленных сплавах пористость не обнаруживают и при таком довольно высоком содержании водорода, как 0,15 мл/100 г.

Водород в алюминиевых отливках

Расположение водорода в затвердевшем алюминии зависит от уровня его содержания в жидком алюминии и условий, при которых происходило затвердевание. Поскольку наличие водородной пористости является результатом механизмов зарождения и роста, которые контролируются диффузией, то снижение концентрации водорода и увеличение скорости затвердевания действуют подавляюще на зарождение и рост пор. По этой причине отливки, выполненные в методом литья в разъемный кокиль, более подвержены дефектам, связанным с водородом, чем отливки, которые изготавливали, например методам литья под давлением.

Источники водорода в алюминии

Водород попадает в алюминий из многих источников, включая атмосферу печи, шихтовые материалы, флюсы, плавильные инструменты и реакции между расплавленным алюминием и литейной формой.

Атмосфера печи. Если плавильная печь работает на природном газе или, скажем, на мазуте, то возможно неполное сгорание топлива с образованием свободного водорода.

Шихтовые материалы. Слитки, лом и литейный возврат могут содержать оксиды, продукты коррозии, песок и другие литейные абрисы, а также смазки, которые применяются при механической обработке. Все эти загрязнители являются потенциальными источниками водорода, который образуется при восстановлении органических веществ или химическом разложении паров воды.

Флюсы. Большинство флюсов — это соли и как все соли являются гигроскопичными, то есть готовыми «с удовольствием» впитывать воду. Поэтому влажный флюс неизбежно вносит в расплав водород, который образуется при химическом разложении воды.

Плавильные инструменты. Плавильные инструменты, такие как пики, скребки и лопаты тоже могут быть источником водорода, если не поддерживать их чистыми. Оксиды и остатки флюсов на таких инструментах являются особенно «хитрыми» источниками загрязнения, так как они впитывают влагу прямо из окружающего воздуха. Печные огнеупоры, желоба и распределительные каналы, известковые и цементные растворы, ковши для отбора проб — все они являются потенциальными источниками водорода, особенно если они недостаточно высушены.

Взаимодействие между жидким алюминием и литейной формой. Если в процессе заполнения литейной формы жидкий металл течет чрезмерно турбулентно, то он может захватывать воздух в ее внутренний объем. Если воздух не сможет или не успеет выйти оттуда до начала затвердевания, то произойдет попадание водорода в металл. Причиной захвата воздуха могут также неправильно выполненные питатели литейной формы. Еще одним источником водорода являются чрезмерно влажные песчаные литейные формы.

Реакция алюминия с водородом

Считается, что алюминий, как и большинство металлов не реагирует напрямую с водородом. Обычно металлы образуют соединения, путем потери электронов, которые принимаются другими элементами. Водород тоже образует соединения, теряя электроны (или делясь электронами). Поэтому обычно атомы водорода не принимают электроны, которые отдают металлы для образования соединений. Только некоторые очень реактивные металлы, такие как натрий, калий, кальций и магний могут «принуждать» атомы водорода принять их электроны с образованием твердых ионных соединений, которые называют гидридами этих металлов.

Для прямого синтеза гидрида алюминия из водорода и алюминия требуется сумасшедшее давление около 2 000 000 000 атмосфер и температура выше 800 К. Между тем такое соединение как гидрид алюминия существует. Гидрид алюминия — это нестабильное соединение, которое легко разлагается при температуре выше 100 °C. Его получают не прямым путем, а в результате реакций других соединений.

1. Определение газовой пористости на примере алюминиевых литейных сплавов

· При определении пористости в алюминиевых литейных сплавах усадочная рыхлость или центральная пористость исключается.

· Для определения газовой пористости темплеты, вырезанные из чушек, отливки или образцы, вырезанные из отливок, обрабатывают до шероховатости Ra не более 1,6 мкм.

· Для определения газовой пористости макрошлиф травят, не выявляя макроструктуры, затем промывают проточной водой и просушивают фильтровальной бумагой.

· Для определения газовой пористости необходимо пользоваться шкалой, приведенной на рисунке. Степень пористости макрошлифов в баллах устанавливают сравнением их с эталонами шкалы.

· Газовая пористость темплетов чушек определяется на трех квадратах площадью 1 см2 каждый. Количество пор и размер пор определяют как среднее арифметическое трех измерений.

· При наличии отклонений по среднему количеству, размеру или процентному содержанию пор в сторону увеличения показатели пористости относят к более высокому баллу пористости.

· На малогабаритных отливках газовую пористость допускается определять на меньшем количестве квадратов.

· Балл пористости, определенный по трем квадратам на двух макрошлифах темплетов чушек, распространяют на всю плавку.

· Контроль пористости проводят визуально, невооруженным глазом. Для определения диаметра пор можно пользоваться оптическими приборами с увеличением до 10 раз.

· Шлиф состоит из пяти эталонов:

o балл 1 — мелкая пористость;

o балл 2 — пониженная пористость;

o балл 3 — средняя пористость;

o балл 4 — повышенная пористость;

o балл 5 — высокая пористость.

· Пользоваться эталонами степени пористости можно независимо от марки сплава.

Рисунок 2 — Шкала пористости алюминиевых сплавов

Рисунок 3 — Схема расположения квадратов на макрошлифе

3. Дегазация алюминиевых сплавов

На металлургических заводах применяют пять схем обработки струи расплавленного металла газами:

в желобе (или обогреваемой емкости) с введением газа через пористые диафрагмы, вмонтированные в дно;

в обогреваемой емкости в сочетании с фильтрацией через насыпной или пенокерамический фильтр;

в емкости с введением газа при помощи ротора, вращающегося со скоростью 400−600 об/мин;

в желобе при литье слитков;

флюсом в сочетании с газом.

В каждом из этих процессов расплавленный металл рафинируют при переливе. Это, с одной стороны, повышает производительность плавильно-литейного агрегата, так как исключает из производственного цикла время, необходимое для рафинирования расплава в печи или миксере, а с другой — обеспечивает лучшую проработку расплава рафинирующим реагентом.

Эти способы обработки расплава получили широкое распространение в практике приготовления как литейных, так и деформируемых алюминиевых сплавов. Содержание водорода в расплаве после продувки определяется рядом факторов, и в первую очередь зависит от обьема продуваемого газа. С увеличением объема степень дегазации, как правило. возрастает. Исключением является случай, когда наряду с очисткой расплава развивается процесс вторичного его загрязнения продуктами взаимодействия с кислородом и влагой атмосферы при интенсивном бурлении жидкого металла.

На НКаЗе применяется следующие схемы обработки струи расплавленного металла газами:

флюсом в сочетании с газом (Дегазационная установка PAL FI 60R);

в емкости с введением газа при помощи ротора, вращающегося со скоростью 400−600 об/мин (Двухступенчатая установка внепечного рафинирования SNIF P-140UHB).

3.1 Дегазационная установка PAL FI 60R

Дегазационная установка PAL FI 60R предназначена для очистки расплава от водорода в миксере. Обработка расплава производиться продувкой расплава в миксере аргоном, с возможностью инжекции флюса. Технические характеристики установки представлены в таблице 9.

Таблица 1 — Технические характеристики установки PAL FI 60R

Параметры

Величина

Электрическое напряжение, В

220

Расход флюса, кг/мин

от 1 до 46

Расход газа, л/мин

от 180 до 250

Объем бункера под флюс, л/кг

38/45

Масса установки, кг

400

УСТАНОВКА «PAL FI60R» — автоматическая система роторной инжекции флюса, обеспечивает постоянную инжекцию флюса под уровень металла для эффективного связывания оксидов. Обработка флюсом в сочетании с возможностью удаления водорода дегазацией инертного газа позволяет улучшить качество алюминиевых сплавов с одновременным уменьшением издержек производства.

Рисунок 4 — Дегазационная установка PAL FI 60R

Система PAL FI 60R увеличивает эффект инжекции флюса путём введения постоянного потока флюса под линию поверхности расплава. Введение флюса помогает повысить качество алюминиевых сплавов, в тоже время, понижая эксплуатационные затраты. Инжекторы флюса могут использоваться либо в крупных алюминиевых раздаточных печах, в соединении с длинной

трубкой для вдувания флюса, либо в небольшой тигельной печи, в соединении с графитовой трубкой. Установка PAL FI60R также может быть использована в соединении с одной из популярных дегазационных установок «Пиротека» с вращающимся соплом.

Особенности и преимущества:

Резервуар емкостью 10-галлонов (38 л) вмещает до ~45 кг флюса.

Усовершенствованная конструкция уплотнения помогает содержать материал флюса сухим.

Новая и улучшенная конструкция роторной подачи флюса позволяют инжекцию как порошковых, так и гранулированных флюсов.

Инжектор флюса установлен на прочную четырёхколёсную раму, что способствует лёгкой транспортировке между разными печами завода.

Повышает качество расплава металла путём удаления включений и водорода.

Снижает количество формирующегося шлака

Уменьшает появление оксидных отложений на стенках печи.

Инжекция флюса под поверхность расплава может понизить общий объём потребления флюса. Понижает эксплуатационные затраты, потребление энергии и экономит время. Создаёт более чистые условия труда, и способствует чистоте печи.

Применение:

Печи периодического действия

Раздаточные ковши

Раздаточные печи

Плавильные печи

3.2 Двухступенчатая установка внепечного рафинирования SNIF P-140UHB

Двухступенчатая установка внепечного рафинирования SNIF P-140UHB предназначена для очистки расплавленного металла от растворенного водорода и щелочноземельных элементов.

Таблица 2 — Технические характеристики двухступенчатой установки внепечного рафинирования SNIF P-140UHB

Наименование показателя

Значение

Вместимость камеры, т

1,76

Номинальная мощность, кВт

45

Электрическое напряжение, В

380

Число нагревателей, шт

6

Максимальная температура блока,°С

800

Максимальная температура жидкого металла,°С

760

Производительность установки, т/ч

63,5

Количество роторов, шт

2

Расход газа на каждый ротор (аргон), м3/час

3,6−4,2

Частота вращения роторов: режим холостого хода, об/мин;

рабочий режим, об/мин

150

455−480

Система SNIF® SHEER P-60U с двумя роторами обеспечивает номинальную непрерывную производительность рафинирования 63 500 кг в час. Система состоит из печи рафинирования, двух вращающихся роторов SNIF, автоматических средств управления процессом PLC и регулирования нагрева печи. Для оптимальной эффективности печь разделена на две отдельные камеры рафинирования, каждая из которых оборудована вращающимся ротором, смонтированным на крышке печи. Каждая камера сконструирована таким образом, чтобы обеспечить полное насыщение расплава пузырьками рабочего газа и достичь максимальной степени рафинирования с помощью обеих вращающихся сопел. Встроенная система перегородок регулирует поток металла, обеспечивая эффективное рафинирование расплавленного алюминия при прохождении его через печь рафинирования. Наиболее важной особенностью конструкции является возможность проведения быстрой и простой замены предварительно обожженной огнеупорной футеровки картриджа печи. Когда необходима замена огнеупора печи, старый картридж просто вынимается и заменяется на новый. Замену огнеупора можно провести за один или два дня, возможно без удаления стального корпуса с литейной линии. Систему можно возвратить в эксплуатацию после 30-ти часового предварительного нагрева.

Рисунок 5 — Двухступенчатая установка внепечного рафинирования SNIF P-140UHB

Футеровка картриджа состоит из многослойного плотного огнеупора и изоляции. Все огнеупоры являются несмачиваемыми и термоотвержденными. Картридж заключен в фольгу чтобы предотвратить абсорбцию влаги во время хранения и минимизировать контакт с изоляцией во время установки. Запатентованные воздушные шлюзы (замки) желобов на входе и выходе обеспечивают свободное движение расплавленного алюминия через камеру и предотвращают инфильтрацию воздуха, приводящую к чрезмерному образованию шлака. Глубокие порты вход/выход печей разработаны для применений, требующих высокого уровня металла для инициирования последующих фильтрующих систем. Печь можно устанавливать по линии движения металла, в U-образной конфигурации с изменением направления движения металла на обратное и в L-образной конфигурации с изменением направления движения металла на 90°. Печи имеют автономный гидравлический механизм подъема крышки, который поднимает верхнюю часть печи, чтобы обеспечить доступ ко всей поверхности ванны для чистки и обслуживания. В закрытом положении крышка печи обеспечивает прекрасное уплотнение по периметру, что препятствует инфильтрации воздуха и образованию шлака. P-60U выпускается с двумя различными нагревательными системами. Установка оборудована съемными нагревательными элементами, установленными в графитовом блоке. Преимущества:

улучшение удаления водорода;

удаление микрооксидов;

высокий выход металла;

длительный срок службы роторов;

высокая производительность;

Недостаток:

ограниченный срок службы ротора (не более 4 месяцев);

затраты на газ;

большая потребность в металле для промывки при смене сплава

Заключение

При взаимодействии сплава с газами (Н, О2, N) возможно образование следующих дефектов: газовая пористость, газовые раковины, неметаллические включения.

Взаимодействие с газом может протекать по эндотермической и по экзотермической реакции. Взаимодействие водорода со сплавом протекает по экзотермической и эндотермической реакциям. В данном случае водород взаимодействует по эндотермической реакции. Это приводит к образованию в сплаве раствора водорода, а в дальнейшем при кристаллизации возможно образование газовой пористости или газовых раковин.

С кислородом, все металлы взаимодействуют по экзотермической реакции, при этом образуется окислы. Окислы образуют в отливках дефекты в виде окисных плёнок и окисных частиц.

Образующиеся в отливке перечисленные дефекты резко снижают эксплуатационные свойства детали (механические свойства, герметичность).

Данные дефекты литья можно избежать путём: плавки металла в вакууме, плавки под слоем защитного флюса или плавкой в нейтральной среде.

Источником насыщения водородом в сплавах является влага, которая может находиться:

в воздухе

на поверхности плохо просушенного плавильного инструмента или плавильной печи

на поверхности шихты

Для предупреждения насыщением водородом сплава применяют следующие меры. Так как основное количество водорода в процессе плавки сплав получает из влаги содержащейся на поверхности шихты, плавильного инструмента и атмосферы печи. Необходимо просушить шихтовой материал также необходимо просушить плавильный инструмент, печь и тигель. Для того, что бы в процессе плавки расплав не взаимодействовал с атмосферой печи, плавку следует производить под покровом защитного флюса.

Обработка расплава продувкой газом при помощи быстровращающегося ротора является самой перспективой в части диспергирования рафинирующей фазы и улучшения возможности удаления водорода и неметаллических включений из расплава алюминия. Стремятся получать по возможности множество мелких пузырьков и их гомогенное распределение в расплаве при одновременно высокой конвекции во всей ванне, что достигается при использовании различных конструкций роторов.

По сравнению с продувкой расплава газом через трубки и пористые диафрагмы использование роторов имеет следующие преимущества:

деление газа на очень мелкие пузырьки;

равномерное распределение газа в расплаве;

перемешивание всего расплава.

Список использованных источников

1. Курдюмов, А. В. Производство отливок из сплавов цветных металлов / А. В. Курдюмов [и др.]. — М.: МИСиС, 1996.

2. Леви, Л. И. Основы теории металлургических процессов и технология плавки литейных сплавов / Л. И. Леви. — М.: Машиностроение, 1970.

3. Непомнящий, В. Н. Основы производства сплавов цветных металлов / В. Н. Непомнящий. — Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002.

4. Цветное литье: Справочник/ Н. М Галдин. — М.: Машиностроение, 1989.

5. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочник/ В. И. Добаткин. — М.: Металлургия, 1983.

6. Напалков, В. И. Непрерывное литье алюминиевых сплавов/ В. И. Напалков и др. — М.: Интермет, 2005.

7. Хосен, Ри. Свойства алюминиевых сплавов в жидком и твердом состояниях / Ри Хосен. — Владивосток: Да, 2002.

8. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочник / М. Б. Альтман [и др.]. — М.: Металлургия, 1983.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой