CC BY
32
Дурина Т.А., Черный А.А., Соломонидина С.И.
РЕШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕММ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Алюминий дороже углеродистой стали, но дешевле нержавеющей. Если рассчитывать стоимость алюминиевых и стальных изделий с учетом их массы и относительной устойчивости к коррозии, то оказывается, что во многих случаях значительно выгоднее применять для изделий алюминий, чем сталь.
При производстве отливок необходимо очищать металлы и сплавы от содержащихся в них нежелательных газов, вредных элементов, неметаллических включений.
Повышение чистоты металла сказывается на его свойствах. Чем чище алюминий, тем он легче, тем выше его теплопроводность, электропроводность, отражательная способность, пластичность. Заметен рост химической стойкости очищенного алюминия.
Высокая теплопроводность в сочетании с удовлетворительной химической стойкостью сделали алюминий перспективным материалом для теплообменников и других аппаратов химической промышленности, холодильников, радиаторов автомобилей и тракторов. Высокая отражательная способность алюминия позволила изготавливать на его основе мощные рефлекторы, большие телевизионные экраны, зеркала. Малый захват нейтронов сделал алюминий одним из важнейших металлов атомной техники.
Алюминий технологичен, он легко обрабатывается давлением - прокаткой, прессованием, штамповкой, ковкой. В основе этого полезного свойства - кристаллическая структура алюминия. Его кристаллическая решетка составлена из кубов с центрированными гранями. Металлы, построенные таким образом, хорошо воспринимают пластическую деформацию.
В настоящее время существует большое количество способов рафинирования алюминиевых сплавов. Из известных наиболее близким по технической сущности является способ рафинирования металла, согласно которому на жидком металле наводится активный шлак, в который переходят из металла неметаллические включения. После удаления с поверхности металла шлака, жидкий металл используется для заливки отливок. Однако этот способ рафинирования металла трудоемкий, длительный, малоэффективный, на его проведение затрачивается много энергии. Получаемый металл может быть не всегда достаточно чистым (в нем могут оставаться неметаллические включения).
На основе исследований разработан новый способ рафинирования металла. Техническим результатом нового способа является упрощение рафинирования металла, уменьшение затрат энергии, снижение трудоемкости этого процесса, повышение эффективности и полноты очистки металла от неметаллических включений, улучшение качества металла.
Сущность метода рафинирования металла заключается в том, что отдельно производят расплавление металла и соли. В расплавленную соль, удельной вес которой меньше удельного веса металла в 1,510,5 раза, вливают расплавленный металл. При этом соль перемешивают, и чем меньше разность удельных весов соли и металла и меньше поверхность контакта соли и металла, тем с большей интенсивностью проводят перемешивание расплавленной соли.
Достигается снижение трудоемкости процесса рафинирования металла, получение более чистого металла, улучшается качество металла, снижаются энергозатраты и стоимость очистки металла.
Проверка эффективности нового способа рафинирования металла осуществлялась следующим образом. Производили плавку металла в тигельной печи и одновременно в другой печи плавили водорастворимую соль, удельной вес которой был меньше удельного веса металла, использовали соли натрия, бария, калия. В расплавленную соль вливали расплавленный металл (алюминий). Температура расплава алюминия была около 800оС. Тигель с расплавом соли подвергали вибрации, после чего расплав алюминия вливали в расплавленную соль. Соль проходила через жидкий металл и скапливалась на поверхности металла. Вибрацию прекращали и выливали расплав соли вместе с расплавом металла в тигель, в котором плавили алюминий. Далее расплавленную соль сливали с жидкого металла, и металл использовали для заливки отливок. После остывания соль растворяли в воде, удаляли из раствора неметаллические материалы, выпаривали воду, сушили соль, полученную из раствора. Соль повторно использовали для очистки алюминия от неметаллических включений.
Выбор интенсивности перемешивания расплавленной соли зависил от разности удельных весов расплава соли и очищаемого металла, а также от поверхности контакта расплавленной соли с расплавленным металлом, требуемой степени очистки металла от неметаллических включений. Чем меньше была разность удельных весов соли и металла и меньше поверхность контакта соли и металла и чем чище требовался металл, тем больше была интенсивность размешивания расплавленной соли. Удельный вес расплава соли должен быть в 1,5-10,5 раза меньше расплавленного металла, что позволяет интенсивно проходить солевым потоком через вливаемый жидкий металл, захватывать и выносить из металла неметаллические включения.
При использовании нового способа рафинирования алюминиевых сплавов количество неметаллических включений в металле (алюминии) было в 2-3 раза меньше, длительность процесса рафинирования металла была в 3,5-5 раз меньше, расход электроэнергии на процесс в 1,5-2,6 раз меньше, предел прочности на растяжение очищенного металла в 1,2-1,5 раз выше, чем при рафинировании металла известными способами.
Разработанный способ рафинирования металла может быть применен в литейном производстве при получении чистого металла для изготовления ответственных отливок. Новый способ можно применять для рафинирования не только алюминиевых сплавов, но и сплавов, содержащих медь, железо, олово, свинец, никель, хром, серебро, золото, платину и другие компоненты.
