Повышение эффективности рафинирования силуминов при технологических переливах через зернистые фильтры

• Автор: Мухин, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 208 с. : ил

1.1. Задачи рафинирования алюминиевых сплавов

1.2. Классификация технологий фильтрования.

1.3. Материалы фильтров и технологические схемы

фильтрации.

1.4. Модели процесса фильтрационного рафинирования.

1.5 Цель работы и задачи исследования.

Выводы.

Глава 2. Теоретический анализ процесса рафинирования силуминов

через зернистые фильтры.

2.1. Реальный жидкий алюминиевый расплав как физическая

система.
2.2. Механизм работы зернистых фильтров
2.3. Структурнофункциональный анализ процесса фильтрации
расплава через гранулы фильтра
2.3.1. Движение расплава в порах фильтра.
2.3.2. Адгезия неметаллических включений поверхностью гранул
2.3.3. Афегация включений гранулами
2.4. Математическое моделирование режима глубинной
фильтрации расплава.
2.5. Методы активации процесса фильтрационного рафинирования
Глава 3. Выбор материалов и параметров зернистых насыпных фильтров
для фильтрации силуминов
3.1. Кинетика рафинирования сплава АК9М2 при фильтрации
через зернистый фильтр
3.1.1. Методика проведения исследований.
3.1.2. Сравнительный анализ влияния материала фильтра на
степень очистки и микроструктуру сплава АК9М
3.1.3. Влияние параметров и материала фильтра на
пропускную способность фильтра.
3.1.4. Оценка влияния скорости движения расплава в порах фильтра
на процесс массопереноса примесей
3.1.5. Оценка адекватности предложенной математической
модели процесса фильтрации.
3.2. Исследование влияния параметров фильтра на эффективность очистки от неметаллических включений и механические свойства сплава АК9ч.
3.2.1 Методика проведения исследований
3.2.2. Анализ влияния параметров фильтра на структуру сплава АК9ч
3.2.3. Влияние температуры подогрева фильтра на эффективность очистки сплава АК9ч от примесей
3.3. Использование методов планирования эксперимента для оптимизации параметров фильтра.
3.3.1. Расчет коэффициентов регрессии математической модели
3.3.2. Оценка значимости коэффициентов регрессии.
3.3.3. Проверка адекватности уравнений регрессии.
3.4. Исследование влияния материала флюсового покрытия гранул
на эффективность работы фильтра
3.4.1 Методика проведения исследований
3.4.2 Влияние состава солевого покрытия на эффективность очистки расплава.
3.4.3. Разработка технологии изготовления фильтрующего слоя
Глава 4. Разработка технологических схем фильтрования силуминов при
технологических переливах.
4.1. Ус тановление параметров фильтрующих устройств в зависимости от параметров фильтруемого расплава и материала фильтра.
4.1.1. Расчет параметров фильтрующих устройств.
4.1.2. Подбор рабочих температур сплава и фильтра
4.2. Способы повышения эффективности рафинирования
при переливах расплава через зернистые фильтры.
Глава 5. Промышленное внедрение технологий фильтрации силуминов
через зернистые фильтры.
5.1. Реализация технологии в условиях массового производства
5.1.1. Способы изготовления фильтров в промышленных
условиях
5.1.2. Технология фильтрации силуминов
5.1.3. Результаты фильтрации сплава АК9ч через зернистые фильтры
в условиях массового производства.
5.2. Расчет экономической эффективности внедрения в производство полученных разработок.
5.2.1. Расчет себестоимости
5.2.2. Расчет дополнительных капиталовложений
Выводы.
Общие выводы
Список использованной литературы


Фильтрование немодифицированного серого чугуна, по данным авторов , привело к изменению формы включений графита от пластинчатой прямолинейной в сочетании со среднезавихренной до полностью среднезавихренной. Дисперсность перлита в чугуне изменилась с 0,6 до 0,3 мкм и менее после фильтрации. Эффект улучшения микроструктуры усиливается с уменьшением размера ячейки фильтра. Фильтрование приводит к значительному снижению вязкости чугуна, что авторы объясняют уменьшением содержания в нем НВ и газов, а также обнаруженным изменением в микроструктуре. Исследование и сравнение различных способов подвода жидкого расплава в частности, чугуна к фильтру, проведенные авторами , при различном расположении фильтра в литниковой системе, показало, что нет единственного универсального варианта для одновременной оптимизации всех показателей каждый из вариантов подвода способствует улучшению только определенной группы факторов и поэтому выбор конструкции узла фильтрования должен осуществляться дифференцированно, в зависимости от конструкции отливок и конкретных условий и требований. Применение разработанного технологического процесса в незамкнутых литниковых системах, в которых суммарное сечение питателей гораздо больше площади сечения стояка или шлакоуловителя, позволяет весьма эффективно решить проблему снижения брака отливок по НВ, газовой пористости и др. Для устранения этих недостатков были разработаны фильтры с высокопористой ячеистой структурой на основе оксидов алюминия и кремния на керамической связке , . Изготовление таких фильтров включает в себя пропитку в шликере полимерной пены, сушку, выжигание, а затем спекание. Поры фильтра представляют собой несколько вытянутые пузырьки либо соты. Диаметр такого окна определяет скорость протекания расплава сквозь фильтр. Особенности этих фильтров высокая пористость порядка и развитая извилистая внутренняя поверхность. В качестве материала пенокерамики применяют оксид алюминия близкого по природе НВ . Основным механизмом, как отмечают авторы , , является преграждение поверхностью фильтра траектории движения расплава с включениями, вследствие чего образуются изогнутые траектории движения НВ. Металл по мере прохождения через такой фильтр постоянно течет с различной скоростью, т. НВ на поверхность фильтра, результатом чего является рост эффективности фильтрации. Верхняя поверхность пенокерамического фильтра при переливах сверху вниз оказывает большое сопротивление движению В . Как вариант, существуют зернистые насыпные фильтры, и по сравнению с пенокерамическими фильтрами они имеют большую массу при более низкой пористости. Такие фильтры могут изготавливаться из различных материалов как нейтральных, так и активных по отношению к НВ . Отличительной особенностью зернистых фильтров является большая поверхность контакта с металлическим расплавом в процессе фильтрации и наличие длинных, тонких и извилистых межзеренных каналов переменного сечения. По аналогии с фильтрацией водных суспензий можно предположить, что решающую роль в отделении крупных включений и плен в данном случае принадлежит механическим процессам, а в отделении тонкодисперсных включений адгезионным, проходящим по всей глубине фильтра и называемым глубинной фильтрацией. Эти процессы имеют место одновременно, но в зависимости от характера течения, отношения размера ячейки фильтра к размеру включения, природы материала фильтра, характеризующей взаимодействие ею с расплавом и включениями, преобладающим можно считать лишь один из них. С целью повышения эффективности фильтрации для фильтров авторами предлагаются материалы в жидком или полужидком состоянии, способные адсорбировать НВ. В качестве таких материалов применяют соли в виде фторидов, хлоридов щелочных металлов, которые являются активными по отношению к НВ, а также, например, шамотную или магнезитовую крошки , , проваренные в данных флюсах. Одной из разновидностей обработки флюсами является электрофлюсовое рафинирование ЭФР фильтрацией расплава , . В основе непрерывного ЭФР лежат физикохимические реакции, протекающие между взвешенными НВ и расплавленным флюсом в электрическом поле.