УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

Полезная модель относится к области цветной металлургии, конкретно к устройствам для рафинирования алюминия и его сплавов от наиболее вредных примесей, в частности, неметаллических включений, водорода, растворенных примесей щелочных и щелочноземельных металлов.
Для очистки от вредных примесей алюминия и сплавов на его основе используют различные способы и устройства для рафинирования расплавов:
обработка газами (нейтральными и активными), флюсами и фильтрование (Макаров Г. С. Рафинирование алюминиевых сплавов газами. М. Металлургия, 1983; Плавка и литье алюминиевых сплавов. Справочное руководство под ред. Добаткина В.И. М.Металлургия, 1970; Курдюмов А.В., Инкин С.В. и др. Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов. М. Металлургия, 1980). В настоящее время используются комбинированные процессы рафинирования, которые базируются на различных комбинациях известных единичных способов рафинирования и позволяющих осуществить комплексную очистку алюминиевых расплавов от примесей.
3
4
4
Известна конструкция устройства для комплексного рафинирования алюминиевых расплавов от примесей, состоящая из имеющего цилиндрическую форму циклона, футерованного графитом, SiC, AlN или SiN, в который из печи подается расплав тангенциально стенкам циклона, а выводится из придонной части ниже фурм, через которые инжектируется инертный газ, а на выходе из устройства расплавленный металл подвергают фильтрации (патент США №5024696, М.кл. С 22 В 9/05, заяв.23.07.90 опубл. 18.06.91 г.).
Основные недостатки этого устройства заключаются в сложности и высокой сравнительной стоимости его конструкции, а также недостаточной эффективности очистки расплава от неметаллических включений из-за
ведения фильтрации в нисходящем потоке, приводящего к частичному смыванию задержанных включений.
Известно также устройство для рафинирования алюминия и его сплавов, включающее располагающийся на разливочном желобе жаростойкий подогреваемый тигель, разделенный на две камеры, не доходящей до дна перегородкой, причем на дно камеры, прилегающей к сливной летке печи (приемная камера), загружаются покрытые флюсом глиноземные шарики, вглубь которых вводится газораспределительное средство (ГРС) для подачи инертного газа (при этом на поверхности расплава в этой камере в процессе заливки наводится слой флюса), а на дно второй камеры (камера выпуска отработанного сплава) загружаются необработанные глиноземные шарики (Brant M.V. J. of Metals, 1971, v.23, N3, р.48-53). Здесь в процессе перелива осуществляются три операции: рафинирование расплава через слой жидкого флюса; дегазация азотом; прохождение металла снизу вверх через непокрытые флюсом глиноземные шарики с целью удаления возможных остатков флюса переносимых металлом, и улавливания взвешенных интерметаллических частиц.
Основные недостатки этого процесса заключаются в том, что используемая в нем схема расположения фильтров и их большой объем неизбежно приводит к быстрому зарастанию межзеренных каналов, в результате чего снижается пропускная способность фильтров, а значит, снижается как эффективность фильтрации, так и обработки газом. Кроме того, снижается производительность установки и процесса в целом, повышаются потери флюса из-за частичной его возгонки и загрязнение окружающей среды.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для рафинирования алюминия и его сплавов, включающее емкость для обработки металлов флюсом и установленную внутри емкости механическую мешалку, содержащую привод и ротор с импеллером, при этом центр рабочей части мешалки
находится от нижней границы расплава на расстоянии, равном 0,1-0,2 высоты расплава. (Патент РФ №1688595, М.кл. С 22 В 21/06, опубл. 06.10.1997). Устройство работает следующим образом. На поверхность расплавленного металла, находящегося в емкости, загружают флюс, содержащий фториды и/или хлориды алюминия и щелочных металлов. Затем осуществляют механическое перемешивание расплава в течение определенного времени, необходимого для снижения концентрации примесей до заданного уровня и отделение расплавленного металла от продуктов взаимодействия примесей с флюсом. При этом перемешивание ведут с числом оборотов равным от 1,0 до 1,2 от определяющего числа оборотов мешалки.
Основные недостатки этого устройства заключаются в том, что известная конструкция не обеспечивает равномерного перемешивания флюса с жидким расплавом. При установке механической мешалки на расстоянии, равном 0,1-0,2 высоты расплава от нижней границы расплава, при вращении ротора происходит его деформация и биение. И, как следствие, происходит образование большой воронки в центре емкости с расплавом. Для снижения деформации ротора и исключения биения, необходимо снижать скорость вращения от оптимальной. Снижение скорости вращения приводит к снижению эффективности процесса рафинирования. Образование большой воронки также приводит к увеличению расхода флюса, примерно в 2,5 раза, от заявляемого 1 кг/т до 2,34 кг/т.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение производительности процесса, стабильности и надежности работы рафинирующего устройства и снижение потерь металла и расхода флюса.
Технический результат заявляемой полезной модели обеспечивается созданием конструкции, обеспечивающей интенсивную коагуляцию рафинирующих солей (флюса) с жидким расплавом и снижение воронкообразование.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для рафинирования алюминия и его сплавов, включающем емкость для обработки металлов флюсом и установленную внутри емкости механическую мешалку содержащую привод и ротор с импеллером, согласно предлагаемому решению, на емкости установлена крышка с отверстиями, выполненными в центре под ротор механической мешалки, в периферийной части - для патрубка для отвода газов, а около привода мешалки - для дозатора флюса, установленных на внешней стороне крышки. На внутренней стороне крышки между приводом мешалки и патрубком для отвода газа, закреплена керамическая перегородка, высотой равной или меньше высоты погружения механической мешалки в расплав. Расстояние от импеллера механической мешалки до дна емкости составляет 0,5-0,6 ее высоты, а площадь поперечного сечения импеллера является достаточной для создания интенсивного направленного движения жидкого металла и вовлечения флюса в расплав.
Полезную модель дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.
Дозатор флюса выполнен в виде камеры с шиберной заслонкой
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».
Предлагаемая конструкция устройства для рафинирования алюминия и его сплавов по сравнению с прототипом является более надежной в работе, так как снижается деформация ротора. При работе устройства происходит равномерное перемешивание флюса с расплавленным металлом, интенсивное направленное движение расплава и интенсивное вовлечение рафинирующих солей в расплав.
Установка крышки на емкости предотвращает разбрызгивание расплава, что позволяет уменьшить потери металла.
При интенсивном перемешивании флюса с расплавом образуется газ, который необходимо отводить в систему вентиляции для повышения стабильности процесса. Для этого устройство снабжено патрубком газоотсоса, установленным на крышке.
Для удобства подачи флюса, предусмотрен дозатор флюса в виде камеры с шиберной задвижкой.
Для снижения воронкообразования и соответственно, деформации и биения: ротор устанавливают так, что расстояние от импеллера механической мешалки до дна емкости составляет 0,5-0,6 ее высоты и закрепляют на крышке керамическую перегородку. Снижение воронкообразования позволяет увеличить скорость вращения ротора до оптимальной скорости в 350 об/мин, и снизить расход флюса.
При установке ротора на расстоянии меньше 0,5 высоты емкости не достигается интенсивного перемешивания расплава с флюсом. При установке ротора на расстоянии больше 0,6 высоты емкости начинает происходить воронкообразование.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом. На фигуре изображен общий вид устройства для рафинирования металла и сплавов.
Устройство для рафинирования алюминия и его сплавов состоит из емкости для обработки металлов флюсом 1, внутри которой установлен ротор механической мешалки 2 с импеллером 3. Емкость 1 закрыта крышкой с отверстиями 4. На внешней стороне крышки 4 установлен патрубок для отвода газов 5, привод механической мешалки 6 и дозатор флюса 7. С внутренней стороны крышки 4 прикреплена керамическая перегородка 8.
Устройство работает следующим образом. На емкость для обработки флюса устанавливается крышка 4 с механической мешалкой таким образом, что бы патрубок для отвода газов 5 была соединена с цеховой системой удаления газов. В дозатор флюса 7
предварительно засыпается флюс из расчета один цикл рафинирования -одна порция флюса. После установки крышки 4 включается привод 6 механической мешалки и начинается перемешивание расплава. При этом приоткрывается заслонка шибера и начинает подаваться флюс на зеркало металла. Флюс подается постепенно для более полного перемешивания с расплавом. Для снижения образования большой воронки в емкости на крышке закреплена керамическая перегородка 8. Уменьшение размера воронки позволяет снизить расход флюса (снижается площадь контакта с воздухом и соответственно окисление расплава) до оптимального и увеличить скорость вращения импеллера, что приводит к более интенсивному перемешиванию расплава с флюсом.
На ОАО «КрАЗ» устройство для рафинирования алюминия и его сплавов прошло испытания. В качестве емкости использовался разливочный ковш емкостью 3т. Для измерения параметров флюсового рафинирования использовались средства измерения: прибор «Фотоконтакт» ДТ-2236 (США) - для определения скорости вращения ротора механической мешалки; линейка №1-25 с пределами измерения от 0 до 1200 мм, сертификат №613 от 26.12.01. Металл выливали из электролизеров №15, 17, 19 с шихтовкой на марку 4N6. Время рафинирования 15 минут. Измерение скорости вращения ротора мешалки выполняли через' 2; 5 и 14 минут после начала рафинирования и, соответственно, она составила 338, 235 и 315 об/мин. Среднее значение скорости вращения ротора составило 296 об/мин. После начала рафинирования в ковш загрузили 1 мерный черпак флюса, через 5 минут - 2/3 мерного черпака флюса.
При использовании устройства для рафинирования расплава с крышкой оборудованной дополнительным приспособлениями для снижения воронки при перемешивании, происходит снижение расхода флюса в 2,5 раза (за счет увеличения интенсивности процесса) и времени обработки расплава, а также уменьшается количество образованного шлака (меньше площадь контакта расплава с воздухом). Установка на крышке газоотводящего патрубка
обеспечивает снижение загрязнения продуктами взаимодействия флюса с расплавом на участке рафинирования.