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

за в непрерывном режиме и получение магния высокой чистоты более экономичным способом, чем в печах СМТ-1.

Однако технологическое исполнение описанного про­ цесса оказалось очень трудоемким и требовались допол­ нительные плавильные мощности. Кроме того, при про-

Ппемя я

Рис. 20. Изменение содержания ж елеза при непрерывном процессе получения магния в. ч. в ПНР:

мывке вакуум-ковша и выборке магния из ванн возмож­ но было загрязнение рабочего электролита титаном и резкое снижение выхода по току. Поэтому была вы­ полнена серия опытов получения Мт в.ч. в ПНР с ис­ пользованием заранее приготовленной чушковой маг­ ниево-титановой лигатуры. Технология процесса доста­ точно проста: перед заливкой магңия-сырца из вакуум-ковша в рафинировочную камеру печи через за­ грузочную воронку загружали магниево-титановую ли­ гатуру. Предполагали, что сила струи сливаемого магния-сырца вызовет необходимое перемешивание со­ держимого рафинировочной камеры и взаимодействие титана с примесями магния. Однако полного перемеши­ вания не произошло и результаты применения твердой лигатуры оказались неудовлетворительными.

78

О ч и с т к а с п о м о щ ь ю т п т а и с о д е р ж а щ е г о ф л ю с а

Наиболее эффективным оказался способ введения непосредственно в печь титансодержащего флюса с по­ следующим перемешиванием металла.

Перед началом работы в рафинировочную камеру пе­ чи ПНР загружали 80—90 кг титансодержащего флюса, в состав которого входят двух- и трехвалентный титан. Температура плавления флюса составляет 490—530° С, поэтому он благодаря большей, чем у магния, плотности концентрируется в нижней части камеры. Затем магнийсырец из вакуум-ковша, привезенного из электролизного отделения, сливают по трубе в нижнюю часть камеры и перемешив.ают в течение 15—20 мин. В дальнейшем количество загружаемого флюса не превышает 0,2% ти­ тана на тонну магния. После перемешивания магний от­ стаивают 30—40 мин и разливают на конвейере.

Такая технология, внедряемая на одном из титано­ магниевых комбинатов, гарантирует получение магния высокой чистоты с содержанием количества примесей, не более, %: 0,004 Fe; 0,0007 Ni; 0,003 Cu; 0,007 Al; 0,010 Mn; 0,005 Si; 0,003 CH; 0,014 Ti.

6.ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА

ВМАГНИИ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ ПРИ ЕГО ОТСТАИВАНИИ И ПЕРЕПЛАВКЕ

Как было показано выше, содержание железа в маг­ нии благодаря введению титансодержащих присадок можно снизить с 0,040 до 0,001—0,004%.

Так как операции очистки и последующей выдержки магния осуществляют, как правило, в стальных емко­ стях, необходимо изучить вопрос о том, как долго со­ храняется эффект очистки при нахождении магния в ап­ парате.

В стальном тигле емкостью 1000 кг путем обработки магния-сырца титансодержащими присадками получали магний высокой чистоты, а затем его отстаивали в тече­ ние различного времени. Пробы на содержание желе­ за и титана отбирали от магния-сырца в верхней части тигля после обработки титаном в течение 15 мин, после 15-минутного отстаивания и непосредственно во время разливки магния на конвейере. Последняя проба была

79

средней из трех проб, взятых в начале, середине и конце плавки.

На рис. 21 показаны, результаты анализов. Содержа­ ние железа снижается с 0,030—0,040% в магнии-сырце до

нец, один раз в сутки.

На рис. 22 видно резкое падение концентрации железа и титана в магнии в тече­ ние первого часа отстаивания.

0,030

§ 0.026

§0.022

К? О,0!8

£ 0,Ott

I 0,0/0

% 0.006

3 о т

в соляной печи и насыщение его железом. Стрелка обозначает загрузку магния-сырца без титана

80

Сразу после заливки содержание титана составляло 0,007%, в течение первых двух часов снижалось до 0,001% и в дальнейшем не изменялось.

Очевидно, титан взаимодействует с железом и оседа­ ет на дно аппарата в виде твердого раствора или интер­ металлических соединений.

Незначительная скорость насыщения магния желе­ зом, по-видимому, связана с наличием пограничного со­ левого слоя между магнием и стальной поверхностью колокола. При этом повышение содержания железа в магнии даже по истечении пяти суток остается значи­ тельно ниже равновесного, равного при 700° С 0,035— 0,040%. В табл. 17 показано изменение содержания же­ леза в магнии по суткам (средняя проба), изменение скорости насыщения магния железом и изменение сред­ ней скорости растворения железа. Заливка 2 т магниясырца с высоким содержанием железа привела к резко­ му увеличению содержания железа во всем объеме маг­ ния, находящегося в миксере.

Т а б л и ц а 17

Изменение содержания железа в магнии

искорости насыщения магния железом

взависимости от времени выдержки

* С учетом отношения объема растворителя к поверхности растворения, равного 6,05.

Существенное отличие полученных результатов от известных [48, 49] объясняется статическими условиями наших экспериментов и большим отношением объема растворителя к поверхности растворения.

Нами были проведены исследования по определению насыщения магния высокой чистоты железом при его

переплавке в стальных тиглях и последующей разливке на конвейере. Переплавка магния высокой чистоты воз­ можна при приготовлении сплавов на магниевой или алюминиевой основе на заводах-потребителях.

Чушковой магний высокой чистоты (800 кг) с содер­ жанием железа 0,001% загружали в стальной тигель пе: чи СМТ-1, расплавляли в течение 4 ч, нагревали до 710° С и выдерживали при этой температуре в течение 1,5 ч, а затем вновь разливали в чушки.

Ниже приведены результаты изменения содержания железа при переплавке чушкового магния высокой чи­ стоты.

Пробы отбирали: с поверхности жидкого металла и от чушкового металла — среднюю от трех чушек в нача­ ле, середине и конце плавки.

Содержание железа в средней из трех проб состав­ ляло, %: до расплавления 0,001; после расплавления 0,002; после 30 мин отстаивания 0,003; после 90 мин — 0,002; после разливки — 0,001.

Как видно, содержание железа с учетом погрешности его определения на всех стадиях переплавки осталось на одном уровне. При этом не изменилось содержание и других примесей.

Г л а в а V

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Повышение коррозионной стойкости магниевых спла­ вов— одна из основных задач металлургии легких спла­ вов. Железо, никель, медь, содержащиеся в качестве примесей в сплавах, больше всего снижают их коррози­ онную стойкость.

Вкачестве рафинирующих присадок для очистки магниевых сплавов, как и для очистки магния, наиболее эффективны марганец, цирконий и титан.

1.ПРИМЕНЕНИЕ МАРГАНЦА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Впромышленной практике в ряде случаев применяют

способ рафинирования магниевых сплавов систем Mg — Al — Zn обработкой расплава марганцем. Основа­

82

нием для применения марганца как рафинирующей при­ садки служит его растворимость в магнии [50] и маг­ ниевых сплавах [51] в зависимости от температуры и химического состава сплава.

При снижении температуры расплава, насыщенного марганцем, происходит выделение первично кристалли­ зующейся марганцовистой фазы, вместе с которой в оса­ док выпадает и примесь железа. При этом содержание железа в сплавах системы M g— Al — Zn снижается до тысячных долей процента [52, 53, 54].

Данные [51] по растворимости марганца в сплавах Mg — Al и Mg — Zn с различным содержанием алюми­ ния и цинка при 700° С показывают, что увеличение со­

уменьшают растворимость марганца в магнии. Влияние цинка на растворимость марганца в сплавах Mg — Zn не отмечено. В работе [55] сделано заключение, что удале­ ние железа при помощи марганца принципиально воз­ можно из всех промышленных сплавов системы Mg — Al — Zn. При этом предполагается, что при охлаж­ дении расплава прежде всего кристаллизуется тугоплав­ кая фаза е(А1зМп), которая увлекает за собой железо, кристаллизующееся на зародышах двойного соедине­ ния А1— Мп.

На основании многочисленных экспериментальных данных можно заключить, что очистка сплавов системы Mg — Al — Zn марганцем возможна, хотя механизм это­ го процесса достаточно глубоко еще не объяснен.

Данный способ получения магниевых сплавов высо­ кой чистоты в ряде случаев нашел применение в про­ мышленной практике [53, 56]. В этих работах приве­ дены данные по получению сплавов МЛ4 п. ч., МЛ5 п. ч. Технология получения сплава МЛ5 п. ч. [56], например, заключается в том, что для очистки расплава от железа в него вводят марганец в количестве, превышающем его растворимость в сплаве. При последующем охлаждении металла до «корочки» избыточное количество марганца ликвирует на дно тигля вместе с железом. Однако этот способ широкого распространения в промышленной практике не получил главным образом из-за повышен­ ного расхода марганца, электроэнергии и длительности процесса приготовления.