СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1996 года по МПК C22B21/06 C22B9/00 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности, к способам рафинирования, преимущественно алюминиевых расплавов. Известен способ рафинирования сплавов, включающий введение в расплавленный металл солевых систем, содержащих галогениды щелочных металлов, например, фторида калия, который вводят в расплав совместно с хлористым калием и фтористым алюминием /СССР авт.св. N 712451, С 22 С 1/06/.

Известен также способ рафинирования сплавов, включающий продувку расплава аргоном, гелием, азотом, хлором. (Коротков В.Г. Рафинирование литейных алюминиевых сплавов. М. Свердловск: Машгиз, 1963, c.37-45).

Недостатки способов: низкий эффект рафинирования расплава и поэтому низкие физико-механические свойства получаемых сплавов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ рафинирования, включающий продувку расплава инертным газом с одновременным покрытием его поверхности флюсом /солями борофтористоводородной кислоты в количестве 0,1-1,0% от веса расплава/. (СССР авт.св. N 502059 С 22 В 9/10).

Недостатки: низкий эффект рафинирования, т.к. ни применяемый газ, ни флюс не взаимодействуют с растворимым в расплаве водородом, а дигазация происходит за счет диффузии водорода в пузырки инертного газа.

Цель изобретения: повышение эффекта рафинирования и физико-механических свойств сплава. Поставленная цель достигается тем, что в способе рафинирования жидкого металла, включающем обработку расплава инертным газом, в качестве инертного газа используют аргон, который подают в плазмотрон и обработку осуществляют путем погружения плазмотрона в расплав в присутствии природного газа в количестве 10-35% от объема вводимого газа. Природный газ состоит из метана с примесями пропана и бутана, при попадании его в плазменную струю активируется и взаимодействует с примесным кислородом в плазмообразующем газе и расплаве. При этом образуются активные химические соединения типа CH₃COO, C₂H₆COO и др. которые активно взаимодействуют с растворенным в расплаве водородом и неметаллическими включениями. Водород при этом связывается в летучее соединение, например, CH₃COOH, C₂H₆OOH и удаляется из расплава. Неметаллические включения взаимодействуя с продуктами окисления природного газа образуют легкоплавкие соединения, например, СН₃СООМе и всплывают на поверхность расплава в виде шлака. Все летучие соединения, выделяемые в результате предлагаемой обработки, полностью сгорают на поверхности расплава, не выделяя при этом вредные вещества. Таким образом, предлагаемая обработка позволяет существенно повысить эффект рафинирования за счет одновременной обработки расплава плазменным газом и связывания нежелательных примесей в легкоудаляемые соединения, что приводит к существенному повышению физико-механических свойств.

При содержании в плазмообразующем газе менее 10% природного газа образуется незначительное количество активных соединений, поэтому существенного повышения эффекта рафинирования не наблюдается. Содержание природного газа более 35% в плазмообразующем газе приводит к нарушению стабильной работы плазмотрона, преждевременному износу электродов и выходу из строя установки. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в инертный газ дополнительно вводят природный газ в количестве 10-35% от объема вводимого газа, а обработку расплава осуществляют с помощью погруженного плазматрона. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Пример.

Проверку предлагаемого способа проводили в лаборатории ИПЛ на плазменной установке УПУ-ЗД с погруженным плазмотроном. В качестве испытуемого сплава взяли алюминиевый сплав АЦМ5-2. При продувке расплава в качестве плазмообразующего газа использовали аргон, технологические режимы рафинирования:
расход газа 1,3 -1,5 м³/ч,
ток дуги 150 200 А,
напряжение 90 95 В,
время обработки 3 5 мин.

Рафинированный расплав заливали в металлический кокиль. Механические испытания и металлографические исследования проводили в лаборатории ИПЛ, полученные результаты приведены в табл.

Исследование полученных образцов показало, что в результате предлагаемого способа значительно повысился эффект рафинирования расплава, что привело к увеличению физико-механических свойств: σ_B в 1,1 раза, δ в 1,5 - 1,7 раза.

Использование: в области металлургии цветных металлов и сплавов при рафинировании алюминиевых расплавов. Сущность: расплав алюминиевых сплавов обрабатывают инертным газом-аргоном, который подают в плазмотрон и обработку осуществляют путем погружения плазматрона в расплав в присутствии природного газа в количестве 10-35% от объема вводимого газа. 1 табл.

Способ рафинирования алюминиевыx сплавов, включающий обработку расплава инертным газом, отличающийся тем, что, с целью повышения степени рафинирования и физико-механических свойств, в качестве инертного газа используют аргон, который подают в плазмотрон, и обработку осуществляют путем погружения плазмотрона в расплав в присутствии природного газа в количестве 10-35% от объема вводимого газа.