Введение 3
1 Современное состояние способов и устройств рафинирования алюминиевый расплавов 6
1.1 Способы и устройства для рафинирования расплавов. 6
1.2 Вакуумный метод рафинирования при приготовлении 11
1.3 Типы вакуумного оборудования для рафинирования 15
1.4 Выводы по разделу 15
2 Физико-химические процессы вакуумного рафинирования 16
2.1 Термодинамика процесса рафинирования. 16
2.2 Кинематика процесса рафинирования 22
2.3 Массоперенос при конвективной диффузии в процессе вакуумирования расплава 26
2.4 Особенности процесса вакуумирования расплава в промышленных .. 29
2.5 Выводы по разделу 32
3 Проектирование и электромагнитный расчет индукционной единицы вакуумного миксера 33
3.1 Исходные данные для проектирования 33
3.2 Определение мощности и геометрических размеров миксера 36
3.3 Расчет индукционной единицы 37
3.4 Параметры индукционной единицы и конденсаторной батареи 42
3.5 Выводы по разделу 47
4 Описание установки приготовления алюминиевых расплавов с вакуумных миксером 48
4.1 Основное и вспомогательное оборудование установки 48
4.2 Принцип действия установки 49
4.3 Выводы по разделу 51
Заключение 52
Список использованных источников 53

Купить

Актуальность. Ввиду высокой химической активности алюминия и ряда легирующих элементов промышленная технология плавки и литья алюминиевых сплавов не обеспечивает получения чистых заготовок. В заготовках в том или ином количестве всегда присутствуют неметаллические включения (оксиды, карбиды, нитриды, сульфиды, газ, шлаковые и флюсовые включения и т.д.). Степень загрязнения алюминиевых расплавов указанными включениями определяется чистотой и компактностью исходных шихтовых материалов, а также совершенством технологического процесса и культурой производства.
Роль шихтовых материалов как источника неметаллических включений весьма существенна. Достаточно сказать, что содержание в первичном алюминии оксида алюминия колеблется в пределах 0.002-0.02%, а содержание водорода должно быть в пределах 0.2 см3/100 г Me.Содержание водорода в чушковом магнии может достигать 20-30 см3/100 г Me.
Большое количество неметаллических включений вводится в расплав лигатурами и загрязненными (влагой, маслом, продуктами коррозии) и некомпактными отходами. По данным М. Б. Альтмана, при увеличении количества стружки в шихте с 15 до 50% содержание оксида алюминия в сплаве возрастает более чем в два раза.
Весьма существенно на чистоту алюминиевых расплавов влияют условия хранения шихтовых материалов. Так, сплав, выплавленный из чушкового алюминия, хранившегося под снегом, содержит в два раза больше неметаллических включений, чем сплав, приготовленный из алюминия, хранившегося в сухом помещении.
Естественно, что с увеличением загрязненности шихтовых материалов возрастает и загрязненность сплавов. Значительное снижение загрязненности алюминиевых сплавов может быть достигнуто созданием таких условий хранения, которые исключали бы увлажнение и окисление шихты.
В процессе загрузки шихты и перемешивания расплава оксидная пленка, образовавшаяся на поверхности жидкого металла, разрушается и часть её замешивается в расплав. Так как оксидные плены имеют большую удельную поверхность, а по плотности незначительно отличаются от плотности алюминиевых расплавов, всплывание (осаждение) идет медленно. Плены, которые к моменту разливки все ещё остаются в расплаве, попадают в отливку, а также могут быть внесены в расплав в результате его турбулентного движения по литейным желобам. Они могут быть обнаружены при изучении микроструктуры отливок.
Значительно меньшие размеры имеют оксидные включения, образующиеся при взаимодействии алюминия с парами воды или оксидами других металлов. Такие включения всплывают или осаждаются значительно медленнее, чем отделяются оксидные плены, и они увлекаются в слиток, обнаруживаясь в изломах технологических проб. В зависимости от времени образования и состава оксидные включения имеют различную окраску.
Кроме плен и макроскопических крупных неметаллических включений, неравномерно распределенных в жидком металле, в алюминиевых расплавах всегда присутствуют тонкодисперсные неметаллические включения (взвеси), относительно равномерно распределенные по объему расплава. Взвеси всплывают чрезвычайно медленно, и практически все их количество переходит в отливку, если не применять специальные методы фильтрации, например через пенокерамические фильтры.
Взаимодействие алюминиевых расплавов с парами воды одновременно с образованием оксидов сопровождается насыщением их водородом, которое в значительной мере определяется количеством и природой оксидов алюминия.
Согласно современным представлениям, оксиды алюминия могут присутствовать в расплаве в двух модификациях - a-Al2O3и Y-A12O3;оксид a-Al2O3пассивен по отношению к водороду, поэтому в его присутствии водород будет находиться только в растворенном состоянии. Количество растворенного газа при этом определяется температурой, парциальным давлением водорода и длительностью выдержки расплава и не может превышать равновесной растворимости для данных условий. При охлаждении такого расплава излишек сверх равновесного удаляется в атмосферу диффузией или заполняет усадочные пустоты. В том случае, если расплав содержит активные оксиды a-Al2O3, водород в нем находится не только в виде раствора, но и в виде комплексных соединений типа y-A12O3-x H. Образование таких комплексов сопровождается уменьшением содержания водорода в растворе, что приводит к дополнительному поглощению его из окружающей атмосферы. Этот процесс протекает до тех пор, пока не установится равновесие, соответствующее полному насыщению истинного раствора. В результате содержание водорода в расплаве будет превышать равновесную растворимость, соответствующую расплаву, не содержащему оксидов Y-A12O3.Распад комплексного соединения во время кристаллизации с небольшими скоростями охлаждения (около 5 град/мин) вызывает интенсивное выделение пузырьков молекулярного водорода, что приводит к газовой пористости отливок.
На прямую связь между количеством оксидных включений и содержанием водорода указывает то, что алюминиевые расплавы, хорошо очищенные от оксидов, приобретают невосприимчивость (иммунитет) к газонасыщению.
Исследования последних лет все с большей очевидностью указывают на то, что из трех видов оксидов, присутствующих в алюминиевых расплавах, крупных плен, включений и тонкодисперсных взвесей, основная роль в образовании комплексов y-A12O3-x H принадлежит тонкодисперсным включениям. Так, например, установлено, что очистка расплавов от крупных включений и плен не сопровождается изменением макроструктуры и газосодержания слитков. Снижение газосодержания наблюдается лишь в тех случаях, когда заметно укрупняется макрозерно отливок (в 1,5 - 2 раза), что обусловлено более тонкой очисткой расплава от взвесей, размеры которых соизмеримы с размерами центров кристаллизации.
Крупные неметаллические включения и плены с локальным характером распределения наиболее вредны, так как в местах нахождения их ослабляется сечение отливки, появляются очаги усиленной коррозии. Эти включения, являясь концентраторами напряжений, способствуют растрескиванию слитков. В деформированных полуфабрикатах крупные неметаллические включения, вытягиваясь в направлении течения металла, служат причиной расслоений, брака по низким механическим свойствам в поперечном направлении и поверхностным дефектам. Однако, как показывают многочисленные исследования, одной из основных причин появления расслоений в штамповках в местах глубокой вытяжки является повышенное содержание водорода в слитке. А так как содержание водорода связано с тонкодисперсными взвесями, то они также нежелательны, как и крупные включения и плены.
Таким образом, реальные расплавы представляют собой сложные неоднородные системы, в которых одновременно присутствуют металлические примеси, нерастворимые включения и растворенный газ. Такие расплавы нельзя использовать для изготовления отливок без предварительной очистки.
В процессе плавки алюминия без должной очистки остаются различного рода примеси и пузырьки водорода, которые пагубно сказываются на качестве выпускаемой продукции в дальнейшем. Процесс рафинирования позволяет удалить вредоносные вещества из расплава.
Таким образом, разработка устройств рафинирования на основе вакуумирования является актуальным.
Цель работы: Разработка электрического вакуумного миксера для приготовления алюминиевых сплавов с индукционной единицей, емкостью 20 тонн.
Для достижения поставленной цели в работе решены задачи:
1. Описать причины загрязнения алюминиевых расплавов неметаллическими включениями;
2. Рассмотреть способы и устройства для рафинирования алюминиевых расплавов;
3. Выявить достоинства и недостатки вакуумного метода рафинирования;
4. Рассмотреть типы вакуумного оборудования для рафинирования алюминиевый расплавов;
5. Описать физико-химические процесс вакуумного рафинирования алюминиевых расплавов.

Купить