Файл: Вяткин И.П. Рафинирование и литье первичного магния.pdf

Подобной зависимости между долей бракованных по железу плавок и абсолютной влажностью воздуха ие было замечено, так как конкретную плавку с получен­ ным браком по железу подвергали повторной обработке флюсом. Следовательно, отрицательный результат не фиксировался.

П о л у ч е н и е п е р в и ч н о г о м а г н и я в ы с о к о й ч и с т о т ы

Зависимость между глубиной очистки магния от же­ леза и содержанием титана в магнии изучали путем из­ менения величины навески титансодержащего флюса.

Эксперименты выполняли в печах СМТ-1. В магнийсырец при 700° С загружали различные навески титансо­

О0,05 0,10 0,15 0,20 ной, является навеска 0,1—

0,15%, при которой кривые изменения железа и тита­ на пересекаются: она и минимальная, гарантирую­ щая низкое содержание же­ леза и титана. С примене­

нием навески 0,1—0,15 выполнена серия из 10 плавок; содержание железа в них не превышало 0,004%, тита­ на менее 0,01—0,015%.

Все остальные параметры процессов — продолжи­ тельность перемешивания магния с помощью мешалки и отстаивания, температура перемешивания и литья оста­ вались постоянными.

Для выбора указанных параметров была проведена серия экспериментов с постоянной навеской титана 0,10—0,14%, но с изменением других параметров. Эти эксперименты позволили предложить следующий техно­ логический режим: температура загрузки флюса и пере­

70

мешивания 700—710° С; продолжительность перемеши­ вания 10—15 мин; продолжительность отстаивания 15— 20 мин.

По указанной технологии в промышленных условиях было выполнено более 200 экспериментов по приготов­ лению и разливке на конвейере в чушки магния высокой чистоты. На основании этих экспериментов новая техно­ логия, внедренная в промышленность, обеспечивает со­ держание примесей в магнии высокой чистоты, не бо­ лее, %; 0,004 Fe; 0,0007 Ni; 0,003 Cu; 0,005 Al; 0,01 Mn; 0,005 Si; 0,005 Cl~; 0,02 Ti.

Результаты внедрения технологии характеризуются данными по содержанию железа в Мгв. ч., помещенными в табл. 15, из которой видно, что около половины всей продукции содержит не более 0,002% железа.

Т а б л и ц а 15

Доля плавок Мгв. ч. с различным содержанием железа

4. СТРУКТУРА ПЕРВИЧНОГО МАГНИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Структура магниевых сплавов — одна из важных ха­ рактеристик, определяющих механические свойства из­ делий. Значительное влияние на структуру магниевых сплавов оказывает структура первичного магния. Так, в работах [43, 44] отмечено влияние «наследственности» структуры на свойства изделий из магниевых и алюми­ ниевых сплавов. Указано, что при переплавке чушек с мелкокристаллической структурой получаются отлив­ ки с мелким зерном, в то время, как применение чушко­ вого крупнокристаллического магния способствует обра­ зованию отливок с грубой структурой. Сведения по модифицированию структуры магния практически отсут­ ствуют, известно лишь, что литой магний имеет более грубое строение, чем сплавы на его основе [45].

71

При получении магния высокой чистоты была изуче­ на его макроструктура, при этом основное внимание уде­ ляли определению влияния титана. Этот вопрос недоста­ точно изучен, а имеющиеся сведения разноречивы. Так, Рейнор [15] утверждает, что введение титана в магний приводит скорее к росту, чем к уменьшению зерна маг­ ниевых отливок. По мнению автора [46], структуру маг­ ниевых сплавов можно измельчать, вводя тугоплавкие металлы, в том числе титан.

Были проведены промышленные плавки с обработ­ кой магния различным содержанием титана, %: 0,02; 0,06; 0,10; 0,14; 0,18.

Изучение макроструктуры магния (рис. 19,11) позво­ ляет объяснить противоречия в оценке влияния титана на структуру магния. Как видно из рисунка, структура магния, содержащего обычное количество железа (0,035—0,040%) и практически совершенно не содержа­ щего титана, хотя и является столбчатой, но сравнитель­ но тонка. Это структура первичного магния марки Мг. При введении в него титана в количествах, необходимых только для связывания железа, происходит резкое уве­ личение макроструктуры магния. В таком металле со­ держится не более 0,004% Fe и 0,005—0,007% Ті. Изве­ стно, что включения железа в магнии являются центра­ ми кристаллизации. При исчезновении железа исчезают центры кристаллизации, следовательно, укрупняется и структура. Малое же содержание примеси титана не может оказать существенного влияния на струк­ туру.

При дальнейшем увеличении содержания титана часть его взаимодействует, как указано выше, с желе­ зом, и высаживается из расплава, а избыточное коли­ чество служит центрами кристаллизации, измельчая структуру магния.

Аналогичная картина наблюдается и при изучении структуры образцов магния, залитых в графитовую из­ ложницу (рис. 19,/) и отобранных от жидкого метал­ ла непосредственно перед его разливкой на кон­ вейере.

В табл. 16 представлены результаты химического анализа чушек магния. Как видно из таблицы, ликва­ ция железа и титана по высоте тигля и чушки практиче­ ски отсутствует.

74

Т а б л и ц а 16

Таким образом, различное толкование влияния тита­ на на структуру магния можно объяснить тем, что иссле­ дователи изучали магний-с разным содержанием титана и железа. ,

5. НЕПРЕРЫВНЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

С п о с о б ы в в е д е н и я т и т а н а в м а г н и й

Освоенный промышленностью [47] процесс получе­ ния магния высокой чистоты путем обработки магниясырца титансодержащими присадками осуществляют в тигельных печах сопротивления [57]. Этот процесс ма­ лопроизводителен, трудоемок, требует большого расхода электроэнергии и материалов.

Значительно эффективнее процесс непрерывного по­ лучения магния в.ч. в ПНР. Сравнение рафинированно­ го магния марки Мг по ГОСТ 804—62, полученного на литейном комплексе, в состав которого, кроме ПНР с солевым обогревом, входит кондукционный электро­ магнитный насос и литейный конвейер, с магнием в. ч. по СТУ показывает, что металл, получаемый на ком­ плексе, по всем примесям, кроме железа, соответствует этим требованиям. Оба сорта металла выпускают в чуш­ ках массой 8+1 кг.

Поэтому задача получения магния в. ч. на ПНР сво­ дилась к глубокой очистке магния от железа. Для этого в рафинировочную камеру печи вместе с магнием-сыр­ цом вводили титансодержащие присадки: титансодержа­ щий флюс, титановую губку (рафинирование либо филь­ трация), жидкий четыреххлористый титан, титано-маг­ ниевую лигатуру.

Рафинирование титановой губкой возможно только при наличии в рафинировочной камере карналлита либо больших количеств отработанного электролита, что не­ желательно. Фильтрация через титановую губку конст­ руктивно затруднена, так как за короткое время необ­ ходимо пропустить через фильтр большое количество магния.

При подаче четыреххлористого титана усложняется аппаратурная схема и возможно зарастание трубки по­ дачи жидкости в связи с образованием титановой губки.

Более приемлемы способы введения титана с титан­ содержащим флюсом либо с титано-магниевой лигату­ рой. Правда, при загрузке флюса возникают дополни­ тельные массы балластной соли, и приготовление титано­ магниевой лигатуры требует дополнительных затрат. Образующиеся при взаимодействии титана с железом

76

соединения осаждались на дно рафинировочной камеры, а очищенный магний под действием очередной порции заливаемого металла перетекал в литейную камеру и по­ давался на конвейер.

О ч и с т к а с п о м о щ ь ю м а г н и е в о-т и т а н о в о й

л и г а т у р ы

Лигатура, технология приготовления которой описа­ на ниже, представляет собой механическую смесь 5—25% титана с магнием, полученную в результате вза­ имодействия плава низших хлоридов титана с металли­ ческим магнием.

При проведении одной группы опытов лигатуру гото­ вили в печи СМТ-1. В вакуум-ковше привозили 2000 кг магния-сырца, в этот же ковш набирали из тигля около 100 кг (на каждый ковш) лигатуры и содержимое ков­ ша сливали в ПНР. Лигатура содержала в среднем 5% титана.

Промышленное применение жидкой лигатуры пока­ зало, что содержание всех примесей, кроме железа, во всех плавках было ниже допустимых специальными тех­ ническими условиями пределов. Динамика изменения содержания железа показана на рис. 20. Как видно из рисунка, титансодержащие присадки снижают содержа­ ние железа в магнии. Поскольку масса металла, нахо­ дящегося в печи, велика — 6 т, замена магния марки Мг магнием с более низким содержанием железа происхо­ дит постепенно, по мере выливки магния из печи. Низко­ го же содержания железа, соответствующего ТУ (0,004%), удалось достичь после шести заливок магниясырца с титаном; при дальнейших заливках оно поддер­ живалось на том же уровне.

Из рис. 20 также следует, что при достаточно дли­ тельном отстаивании, даже без загрузки титана, содер­ жание железа снижается. Загрузка же только магниясырца ведет к повышению содержания железа в связи с перемешиванием сырца с очищенным магнием. При последующих заливках магния-сырца без титана содер­ жание железа повышается до обычного.

По мере загрузки титансодержащих присадок содер­ жание титана в магнии возрастает с 0,0013% в I группе, до 0,0071 в V группе, а в отдельных пробах доходит до 0,010%. Выполненная серия опытов показала принципи­ альную возможность глубокой очистки магния от желе­

77