×
29.12.2017
217.015.f72e

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЛИТЬЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии алюминия, в частности к технологии внепечного модифицирования, и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества для изготовления изделий авиакосмической и автомобильной промышленности. Способ литья изделий из алюминиевых сплавов включает приготовление расплава алюминия в миксере, введение в расплав лигатуры Al-Ti-B, дегазацию расплава алюминия, содержащего лигатуру, повторное введение лигатуры, фильтрацию полученного расплава алюминия и подачу отфильтрованного расплава в кристаллизатор, причем соотношение количества подаваемой лигатуры на первой стадии и повторной стадии составляет от 1:1 до 9:1. Изобретение направлено на повышение степени эффективности модифицирования лигатурой расплава алюминия без дополнительных конструктивных изменений в существующих линиях литья алюминиевых слитков, что позволяет снизить затраты на модифицирование сплавов, а также снизить размер зерна получаемых сплавов и повысить пластические и механические свойства получаемых литых слитков и изделий из них. 15 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 ил.

Область техники

Изобретение относится к области металлургии алюминия и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества при изготовлении изделий авиакосмической и автомобильной промышленности. Использование данного изобретения относится к технологии внепечного модифицирования.

Уровень техники

Проблема повышения механических и эксплуатационных свойств изделий из алюминиевых сплавов до сих пор остается актуальной в теории и практике в литейном производстве. На сегодняшний день существуют различные методы воздействия на структуру сплава. Наиболее доступный и распространенный на сегодняшний день метод - модифицирование, а именно измельчение зерна готовых алюминиевых слитков за счет введения модификаторов затравочного действия. Среди модификаторов наибольшее распространение получили модифицирующие лигатуры, содержащие в своем составе тугоплавкие дисперсные частицы, являющиеся потенциальными центрами кристаллизации. Их введение в расплав металла меняет процесс кристаллизации, что позволяет получить мелкую и однородную структуру, тем самым улучшить технологические свойства сплава. Таким образом, от качества лигатур и их модифицирующей способности зависит качество изделий, получаемых при литье из алюминиевых сплавов, что определяет высокие требования к лигатурам, такие как отсутствие неметаллических включений, способность полностью растворяться и равномерно распределяться в расплаве и т.п. В уровне техники основная часть исследований и технических решений направлена на улучшение качества лигатуры, в то время как отсутствует какие-либо однозначные данные о способах введения лигатуры с целью достижения ее максимального модифицирующего эффекта при введении в процессе литья алюминия.

Известен также способ получения слитков из алюминиевых сплавов, включающий подачу расплавленного металла из миксера в кристаллизатор через литейную коробку, содержащую по меньшей мере один источник ультразвука, и литейный желоб, причем после заполнения литейной коробки расплавом опускают в расплав источник ультразвука и вводят под источник ультразвука модифицирующий пруток, содержащий переходные металлы или их соединения (Патент RU 2486269, С22С 1/03, С22С 221/04, опубл. 27.06.2013). Недостатком этого способа является то, что технологически для осуществления многокристаллизаторного литья и повышения эффективности модифицирования требуется литейная коробка большого объема с установкой дополнительного числа источников ультразвука, что влечет за собой внесение дополнительных конструктивных изменений в существующие линии литья и их удорожание.

Известен способ литья слитков алюминиевых сплавов полунепрерывным методом с применением лигатуры, установки дегазации, фильтрации (Патент US 6004506 A, С22С 1/02, С22С 21/00, опубл. 21.12.1999). Изобретение раскрывает добавление легирующих элементов в алюминиевый сплав при литье в кристаллизатор путем добавления лигатуры непосредственно в расплавленный алюминий для получения повышенных характеристик слитка. Однако очевидным недостатком способа является то, что лигатура не проходит фильтрацию, а подается напрямую в кристаллизатор, что может привести к попаданию в слиток окисных плен, неметаллических включений, нерастворившихся частиц лигатуры при возможном неудовлетворительном качестве лигатуры.

В статье «Моделирование процесса распределения лигатуры Al-Ti-B в зависимости от расхода и схемы ввода прутка при литье плоских слитков» Костина И.В., Ильина А.А., Громова Н.В., Беляева С.В., Безруких А.И. - Проспект свободный, 2016. Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых представлены результаты исследований качества слитков алюминия полученных полунепрерывным способ литья алюминия по двум схемам: при введении лигатуры перед металлофильтром и при введении лигатуры перед установкой дегазации.

Введение лигатуры перед фильтрами известно и используется в литейной промышленности, однако известно, что для проявления максимального модифицирующего эффекта вводимой лигатуры размеры ее частиц должны находиться в пределах от 2 до 5 мкм. При указанном способе введения лигатуры частицы растворенного модификатора могут агломерировать и оседать на фильтрах, в результате не все зародешеобразующие частицы, которые находятся в лигатуре, достигают кристаллизатора и работают как модификатор в слитке, а также снижается степень фильтрации расплава.

В статье указанный недостаток исключается тем, что лигатуру вводят перед установкой дегазации. Предложенный способ введения лигатуры позволил достигнуть более мелкого зерна (160 мкм) в плоских слитках по сравнению с вариантом введения лигатуры перед фильтром (240 мкм). Однако недостатком способа является то, что для достижения указанного размера зерна расход лигатуры приходилось значительно увеличивать. Вероятно, это можно объяснить тем, что, с одной стороны, неметаллические включения, окисные плены, содержащиеся в лигатуре, удаляются при дегазации, а агломераты модифицирующих частиц TiB2 разбиваются и их большее число переходит в расплав. Однако в связи с интенсивным процессом перемешивания, барботажа часть лигатуры теряется, что требует вносить большее количество лигатуры для восполнения потерь модифицирующих частиц. В данной заявке указанный способ выбран в качестве прототипа.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка способа литья изделий из алюминиевых сплавов, позволяющего получать сплавы с более мелким зерном и повышенными пластическими и механическими свойствами.

Техническим результатом является повышение степени эффективности модифицирования лигатурой расплава алюминия без дополнительных конструктивных изменений в существующих линиях литья алюминиевых слитков, что позволяет снизить затраты на модифицирование сплавов, а также снижение зерна получаемых сплавов и повышение пластических и механических свойств получаемых литых слитков и изделий из них.

Технический результат достигается за счет того, способ литья изделий из алюминиевых сплавов включает следующие стадии:

а) приготовление расплава алюминия в миксере;

б) введение в расплав лигатуры Al-Ti-B;

в) дегазацию расплава алюминия, содержащего лигатуру;

г) повторное введение лигатуры;

д) фильтрацию расплава алюминия, полученного на стадии г), и

е) подачу отфильтрованного расплава в кристаллизатор, причем соотношение количества подаваемой лигатуры на стадии б) и стадии г) составляет от 1:1 до 9:1.

Согласно одному из предложенных вариантов изобретения фильтрацию расплавленного металла осуществляют в две стадии.

При этом повторное введение лигатуры на стадии г) осуществляют перед первой стадией фильтрации или перед второй стадией фильтрации.

Согласно одному из вариантов изобретения повторное введение лигатуры на стадии г) осуществляют в два этапа - перед первой стадией фильтрации и перед второй стадией фильтрации.

Согласно одному из вариантов изобретения на первой стадии фильтрации используют систему фильтрации, позволяющую отфильтровывать загрязнения до 5-9 мкм - установку рафинирования с системой фильтрующих картриджей.

Согласно одному из вариантов изобретения на второй стадии фильтрации используют фильтр грубой очистки, при этом фильтр грубой очистки может состоять из фильтр-бокса с несколькими фильтрующими элементами, позволяющими отфильтровывать загрязнения размером до 70 мкм. В качестве фильтра грубой очистки может быть использован пенокерамический фильтр.

Согласно одному из вариантов изобретения в качестве лигатуры используют прутковую лигатуру.

Одним из предпочтительных вариантов изобретения является использование в качестве лигатуры легирующего прутка AlTiB 5/1 при температуре расплава в местах подачи лигатуры 690-700°С и скорости потока расплавленного металла из миксера в кристаллизатор 10-16 см/с и соотношении количества подаваемой лигатуры на стадии б) и стадии г) составляет 2:1.

Осуществление изобретения

Расплавленный алюминий из миксера подают в кристаллизатор через систему литейных желобов. В систему желобов встроены установка дегазациифильтр тонкой очистки и фильтр грубой очистки, а именно пенокерамический фильтр. Расплав готовят в миксере следующим образом: алюминий сырец, поступающий из корпусов электролиза, заливают в миксер, затем осуществляют легирование и рафинирование расплава. После приготовления расплава по системе желобов, включая стадии дегазации и фильтрации, подают в кристаллизаторы, где осуществлялось полунепрерывное литье плоских слитков.

На первом этапе расплав проходит стадию дегазации. Дегазация осуществляется путем подачи некоторого количества инертного газа, например аргона, на систему вращающихся импеллеров, под действием центробежной силы создаются восходящие потоки пузырьков в расплаве. Расплав насыщается пузырьками. В установке дегазации происходит интенсивное перемешивание расплава, в то же время окислы, неметаллические загрязнения, водород и др. вредные примеси удаляются из расплава путем «захватывания» их пузырьками газа и переноса в шлак.

Далее расплав поступает на первую стадию фильтрации, представляющую собой установку рафинирования с системой фильтрующих картриджей. Алюминиевый расплав проходит сквозь картриджи, которые имеют пористую разветвленную морфологию, благодаря этому все загрязнения размером до 5-9 мкм отфильтровываются.

На третьей стадии расплав подается в фильтр грубой очистки (вторая стадия фильтрации), состоящий из фильтр-бокса с несколькими фильтрующими элементами, которые дополнительно очищают расплав от нежелательных частиц размером до 70 мкм. Данные частицы могут попадать в расплав после фильтра тонкой очистки, например при отборе проб, проведении замеров, нарушении целостности футеровки или сбое технологического процесса.

Контроль температуры расплавленного металла осуществляли с помощью термопар. Температура расплавленного металла в местах подачи легирующего прутка составляла 690-700°С.

Практический опыт показывает, что скорость подачи расплавленного металла из миксера в кристаллизатор при многокристаллизаторном литье должна составлять 10-16 см/с, что позволяет интенсивней расплавлять лигатуру.

В качестве лигатуры использовали легирующий пруток известного состава AlTiB 5/1 в объеме 3 кг/т.

Согласно первому (вариант 1) варианту подачу лигатуры осуществляли в два этапа - лигатуру подавали перед стадией дегазации и перед первой стадией фильтрации в соотношении 2:1 (фиг. 1).

Согласно второму варианту (вариант 2) лигатуру подавали распределенно перед дегазацией - до первой стадии фильтрации и до второй стадии фильтрации в соотношении 3:1:1 (фиг. 2)

Согласно третьему варианту (вариант 3) часть лигатуры подавали перед дегазацией, а оставшуюся часть после первой стадии фильтрации перед второй стадией фильтрации (фиг. 3).

Размер зерна готовых слитков оценивали на темплете, отобранном с середины слитка при помощи микроскопа. Макроструктуры темплетов слитков, полученных способами по указанным вариантам, представлены на фиг. 4. Результаты оценки указаны в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что наиболее мелкое зерно (112 мкм) характерно для слитка, полученного способом по варианту 1, а именно при подаче лигатуры в два этапа - части до дегазации и оставшейся части от общего количества вводимой лигатуры в процессе литья перед первой стадией фильтрации.

Кроме того, дополнительно проводили подачу лигатуры по варианту 1, при этом изменяя соотношение количества поданной лигатуры на первом этапе и на втором этапе: с соотношением 1:1 (Вариант 1.1) и соотношением 1:9 (Вариант 1.2)

Размер зерна готовых слитков оценивали на темплете, отобранном с середины слитка при помощи микроскопа. Макроструктуры темплетов слитков, полученных способами по указанным вариантам, представлены на фиг. 5. Результаты оценки указаны в таблице 2.

Из результатов исследования, представленных в таблицах 1 и 2, можно сделать вывод, что заявленный способ позволяет достигнуть более эффективного растворения лигатуры, т.к. часть лигатуры подается до дегазатора, что позволяет интенсифицировать процесс расплавления лигатуры и уменьшение размеров агломератов, удаления окисных плен и неметаллических включений, содержащихся в лигатуре, что в дальнейшем позволяет частицам свободней проходить сквозь фильтрующие элементы литейной линии.

Однако в результате исследований было неожиданно обнаружено, что максимальный эффект от введения лигатуры наблюдается при введении лигатуры в два этапа - перед стадией дегазации и перед стадией фильтрации.

При введении части лигатуры до стадии дегазации и второй части перед фильтрацией уже при соотношении 1:9 наблюдается измельчение зерна по сравнению с прототипом, а также значительное измельчение (более чем в 2 раза) по сравнению с зерном, получаемым при введении всей лигатуры перед стадией фильтрации. Кроме того, достигаемый эффект наблюдается при различных вариантах введения второй части лигатуры: как перед первой стадией фильтрации, так и при подаче второй части лигатуры перед второй стадией фильтрации, либо перед двумя стадиями фильтрации в случае двухстадийного фильтрования.

Кроме того, было неожиданно обнаружено, что при всех заявленных вариантах введения лигатуры в расплав эффект уменьшения зерна устойчив при одном и том же количестве вводимой лигатуры. Даже при введении большей части лигатуры до стадии дегазации нет необходимости восполнять ее потери в процессе дегазации путем увеличения общего количества вводимой лигатуры для достижения уменьшения размеров зерна в готовых изделиях.

Таким образом, при одинаковом количестве вводимой в расплав лигатуры заявленным способом, в значительно большей степени, чем в случае прототипа, повышается технологическая пластичность слитков и повышается уровень механических свойств деформируемых полуфабрикатов.


СПОСОБ ЛИТЬЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
СПОСОБ ЛИТЬЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
СПОСОБ ЛИТЬЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 61-70 из 252.
10.08.2015
№216.013.6d99

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения сплошных и полых пресс-изделий из металлов и сплавов. Устройство содержит печь-миксер 1, закрепленные на валах валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, образующие рабочий калибр 5 и имеющие охлаждаемые каналы 8, матрицу 6...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559615
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.08.2015
№216.013.708b

Способ получения активированного скрытокристаллического графита

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении противопригарных покрытий на основе активированных графитов для получения чугунных отливок в разовых песчано-глинистых формах. Скрытокристаллический графит окисляют в течение 12-14 ч, промывают и сушат. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560381
Дата охранного документа: 20.08.2015
10.09.2015
№216.013.768f

Система автоматической подачи сырья в электролизеры с самообжигающимися анодами

Изобретение относится к системе автоматической подачи сырья в алюминиевый электролизер с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом. Система содержит магистральный аэрожелоб, бункер модуля АПГ, систему воздухоснабжения, содержащую радиальные вентиляторы высокого давления, задвижки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561940
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.77f9

Способ получения глинозема из низкосортного алюминийсодержащего сырья

Изобретение относится к металлургии, в частности к кислотным способам получения глинозема, и может быть использовано при переработке низкосортного алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой с образованием хлоридной пульпы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562302
Дата охранного документа: 10.09.2015
27.09.2015
№216.013.7f5b

Система для извлечения клиновидных шунтов при подключении электролизной ванны

Изобретение относится к системе для извлечения клиновидных шунтов при подключении электролизной ванны при электролитическом производстве алюминия на электролизерах с применением технологии обожженных анодов. Система содержит раму с установленными на ней ресиверами, усилителями давления и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564200
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.7ffb

Способ получения глинозема

Изобретение может быть использовано в металлургической области, при переработке алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564360
Дата охранного документа: 27.09.2015
20.10.2015
№216.013.833b

Способ очистки технического кремния

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния при его очистке от примесей. Для очистки технического кремния от примесей, в частности от железа, производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565198
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.834e

Способ получения глинозема

Изобретение может быть использовано в металлургической области. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, кристаллизацию гексагидрата хлорида алюминия из осветленного хлоридного раствора, двухстадийное термическое разложение гексагидрата хлорида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565217
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8529

Аппарат для перемешивания суспензий и растворов

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и может быть использовано в аппаратурно-технологических схемах производства глинозема из алюминийсодержащего сырья. Аппарат включает цилиндрический корпус с плоским днищем и крышкой, привод, размещенный на крышке, вал с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565692
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86d3

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер (варианты)

Изобретение относится к устройству для подачи сырья в алюминиевый электролизер и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с загрузочными окнами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566118
Дата охранного документа: 20.10.2015
Показаны записи 61-70 из 212.
20.08.2015
№216.013.708b

Способ получения активированного скрытокристаллического графита

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении противопригарных покрытий на основе активированных графитов для получения чугунных отливок в разовых песчано-глинистых формах. Скрытокристаллический графит окисляют в течение 12-14 ч, промывают и сушат. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560381
Дата охранного документа: 20.08.2015
10.09.2015
№216.013.768f

Система автоматической подачи сырья в электролизеры с самообжигающимися анодами

Изобретение относится к системе автоматической подачи сырья в алюминиевый электролизер с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом. Система содержит магистральный аэрожелоб, бункер модуля АПГ, систему воздухоснабжения, содержащую радиальные вентиляторы высокого давления, задвижки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561940
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.77f9

Способ получения глинозема из низкосортного алюминийсодержащего сырья

Изобретение относится к металлургии, в частности к кислотным способам получения глинозема, и может быть использовано при переработке низкосортного алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой с образованием хлоридной пульпы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562302
Дата охранного документа: 10.09.2015
27.09.2015
№216.013.7f5b

Система для извлечения клиновидных шунтов при подключении электролизной ванны

Изобретение относится к системе для извлечения клиновидных шунтов при подключении электролизной ванны при электролитическом производстве алюминия на электролизерах с применением технологии обожженных анодов. Система содержит раму с установленными на ней ресиверами, усилителями давления и по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564200
Дата охранного документа: 27.09.2015
27.09.2015
№216.013.7ffb

Способ получения глинозема

Изобретение может быть использовано в металлургической области, при переработке алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564360
Дата охранного документа: 27.09.2015
20.10.2015
№216.013.833b

Способ очистки технического кремния

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния при его очистке от примесей. Для очистки технического кремния от примесей, в частности от железа, производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565198
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.834e

Способ получения глинозема

Изобретение может быть использовано в металлургической области. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, кристаллизацию гексагидрата хлорида алюминия из осветленного хлоридного раствора, двухстадийное термическое разложение гексагидрата хлорида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565217
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.8529

Аппарат для перемешивания суспензий и растворов

Изобретение относится к оборудованию гидрометаллургических производств и может быть использовано в аппаратурно-технологических схемах производства глинозема из алюминийсодержащего сырья. Аппарат включает цилиндрический корпус с плоским днищем и крышкой, привод, размещенный на крышке, вал с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565692
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86d3

Устройство для дозированной подачи сырья в алюминиевый электролизер (варианты)

Изобретение относится к устройству для подачи сырья в алюминиевый электролизер и может быть использовано для подачи глинозема, фторида алюминия, дробленого электролита в алюминиевый электролизер. Устройство содержит бункер дозируемого материала, дозировочную камеру с загрузочными окнами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566118
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86d5

Ошиновка алюминиевого электролизера

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера при продольном размещении электролизеров в серии. Ошиновка алюминиевого электролизера содержит анодные шины, соединенные с анодами посредством анодных стояков, катодные шины, компенсационный контур, имитационно-подпиточный контур,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566120
Дата охранного документа: 20.10.2015
+ добавить свой РИД