Фильтр для рафинирования алюминиево-кремниевых сплавов

Решение относится к металлургии, в частности, к очистке металла при его разливке. Предлагается в фильтре, включающем корпус и фильтрующий элемент из огнеупорного материала с флюсовым покрытием, фильтрующий элемент изготавливать из керамзита в виде пористых гранул. Такой фильтр позволяет получать рафинированную, равномерно модифицированную структуру металла с повышенными механическими свойствами 1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Решение относится к металлургии, в частности к конструкции фильтров для очистки расплавленного металла, преимущественно, расплавов алюминиево-кремниевых. Для изготовления таких фильтров используют шамот, алунд, магнезит (Курдюмов А.В., Пикунов М.В., Чурсин В.М. Литейное производство цветных и редких металлов. - М. Металлургия, 1972. - С.69-75). Недостатком таких фильтров является их низкая пропускная способность. Известен фильтр для очистки расплавленного металла (пат. РФ 64629, C22B 9/02, опубл. 10.07.2007). Фильтрующий элемент выполнен в виде керамических трубок, вертикально и плотно расположенных в корпусе. Пропускная способность такого фильтра обеспечивается отверстиями в трубках (примерно 1,5 мм) и каналами между трубками.

Однако выполнение фильтрующего элемента в виде трубок, имея высокую пропускную способность, снижает очистные возможности фильтра.

В качестве прототипа принят фильтр, изготовленный по способу, защищенному патентом РФ 2199599, C22B 9/02, 21/06 опубл. 27.02.2003. Фильтр для рафинирования алюминиево-кремниевых сплавов состоит из помещенного в металлический корпус огнеупорного материала - зерен шамота с флюсовым покрытием на основе жидкого стекла. Флюсовое покрытие включает в себя (масс.%):

хлорид калия (KCl) - 43-45;

фторид натрия (NaF) - 12-18;

криолит (Na₃AlF₆) - 5-8;

хлорид натрия (NaCl) - остальное

При пропускании металла через фильтр происходит взаимодействие расплава и неметаллических включений с офлюсованной поверхностью фильтрующего слоя. Однако мелкие зерна шамота, не имеющие сферической формы, распределяются неравномерно, что в итоге не обеспечивает равномерной модифицирующей и рафинирующей обработки и равномерных свойств по сечению отливки или слитка.

Задачей изобретения является расширение сырьевой базы для изготовления фильтров с более длительным ресурсом работы.

Технический результат - получение рафинированной, равномерно модифицированной структуры металла с повышенными технологическими свойствами.

Этот технический результат достигается тем, что в фильтре для рафинирования алюминиево-кремниевых сплавов, содержащем корпус и фильтрующий элемент из огнеупорного материала с офлюсованным покрытием, в качестве огнеупорного материала для фильтрующего элемента использован керамзит в виде пористых гранул.

Керамзит - огнеупорный теплоизоляционный керамический материал, применяемый для футеровки печей и других тепловых агрегатов. Выпускается в виде гравия (зерна 5-40 мм) и песка (зерна менее 5 мм) и служит заполнителем в производстве легких бетонов, реже используется в качестве тепло - и звукоизоляционных засыпок в конструкциях зданий. (Политехнический словарь под. ред. И.И.Артоболевского «Советская энциклопедия», М. 1977, с.206).

Использование керамзита в виде пористых гранул, имеющих развитую активную поверхность, обеспечивает высокую фильтрующую способность, равномерное прохождение струй металла и в результате получение рафинированной и модифицированной структуры. Длительный ресурс работы обеспечивается огнеупорными свойствами самого керамзита.

Предлагаемый фильтр приведен на чертеже. Он состоит из корпуса 1 и фильтрующего элемента 2, выполненного из пористых гранул 3 керамзита. Диаметр гранул 10-15 мм. Гранулы равномерно распределяются в корпусе, образуя каналы для прохождения жидкого металла, которые распределены равномерно.

Фильтрующий слой готовят аналогично технологии прототипа. К пористым гранулам керамзита при перемешивании добавляют жидкое стекло плотностью 1,25-1,35 г/см³. Затем наносят флюсовое покрытие, состоящее из (в % масс.)

хлорид калия (KCl) - 43-45;

фторид натрия (NaF) - 12-18;

криолит (Na₃AlF₆) - 5-8;

хлорид натрия (NaCl) - остальное

К полученным гранулам добавляют насыщенный водный раствор хлористого натрия в количестве 5% от массы огнеупора. Далее осуществляется подсушивание офлюсованного керамзита в течение 6-8 часов при температуре окружающей среды для удаления влаги и последующая термическая сушка при температуре 350 400°C в течение 2-3 часов для полного удаления связанной влаги и образование прочного флюсового покрытия на поверхности гранул.

Фильтрующий элемент 2 помещают в корпус 1 непосредственно после сушки, исключая тем самым необходимость предварительного нагрева либо охлаждают вместе с термическим шкафом до температуры окружающей среды, а перед использованием нагревают до температуры 400°C.

Через фильтрующий элемент непрерывно пропускают расплав со скоростью 12-14 кг·см ³/ч с температурой ~740°C. При этом расплав взаимодействует с полутвердой поверхностью фильтрующего слоя и сепарирует поток на элементарные струйки, очищая расплав от включений за счет высокой работы адгезии, а также модифицирует сплав натрием солей.

Проведенные производственные исследования по рафинированию алюминиевого сплава АК7ч показали эффективность зернистого фильтра. Получена структура модифицированного сплава, состоящего из - твердого раствора и мелкозернистой эвтектики (+Si), средняя величина зерен 80-100 мкм, твердость 58НВ (ГОСТ 9012-59, шарика 10 мм, нагрузка 900 Н). Временное сопротивление 20 кгс/мм², относительное удлинение 2,5%. Макроскопических включений в пробах не обнаружено.

Фильтр для рафинирования алюминиево-кремниевых сплавов, включающий корпус и фильтрующий элемент из огнеупорного материала с флюсовым покрытием, отличающийся тем, что в качестве огнеупорного материала для фильтрующего элемента использован керамзит в виде пористых гранул.