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

Высокая температура магния и повышенное исходное газосодержание при всех прочих равных условиях обес­ печивают и более высокую дегазацию.

Из рис. 35 также видно, что при любой температуре процесса и содержании водорода в магнии наибольшее дегазирующее действие оказывает титансодержащий флюс, затем флюс ВИ2 и, наконец, отстаивание.

Дегазация магния, по данным [75], про­ исходит благодаря присутствию хлорис­ того магния, входяще­ го в состав флюса ВИ2 или получающегося в процессе химических реакций. Повышение дегазирующего дейст­ вия флюса с увеличе­ нием содержания хло­ ристого магния заме­ чено и в работе [76].

водорода из расплава. При этом образующиеся, вероят­ но, комплексы (MgCI2)x— (H2)y, проходя через расплав, благодаря хорошей смачивающей способности адсорби­ руют окись магния и оседают на дно тигля в виде ком­ плексов типа (MgCb)*— (Н2)г,— (MgO)z.

Таким образом, данные по дегазации магния раз­ личными способами подтверждают предполагаемый нами механизм дегазации. Так, максимальный эффект дегазации, полученный при обработке магния титансо­ держащим флюсом, обусловлен тем, что образуется до­ полнительное количество хлористого магния благодаря обменным реакциям между низшими хлоридами титана, присутствующими во флюсе, и магнием. Помимо взаимо­ действия с металлическими примесями тонкодисперсный титан частично взаимодействует с водородом, образуя гидрид титана, осаждающийся на дно тигля.

ш

Следует отметить незначительный эффект дегазации магния при рафинировании -отстаиванием. Вероятно, в этом случае образующиеся в магнии комплексы (MgO)*—(Н2)„ плохо удаляются из-за отсутствия в магнии хлоридов магния и других щелочных металлов, способствующих осаждению этих комплексов на дно тигля. Повышение эффективности дегазации при росте температуры обусловлено, очевидно, тем, что вязкость магния снижается и условия для осаждения комплексов улучшаются.

Итак, из рассмотренных способов рафинирования магния наибольшее дегазирующее действие оказывает тптансодержащпй флюс. Для повышения эффективности дегазации магния-сырца отстаиванием при -переработке его на товарный продукт в печах непрерывного рафини­ рования и печах типа СМТ необходимо обеспечить при­ сутствие в магнии-сырце не менее 1,5—2,0% электроли­ та. При этом электролит, осаждаясь при отстаивании, будет увлекать за собой неметаллические включения и водород.

Г л а в а VII

ТРАНСПОРТИРОВКА ЖИДКОГО МАГНИЯ

ИМАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1.РАЗВИТИЕ СПОСОБОВ ТРАНСПОРТИРОВКИ

ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Для магния и магниевых сплавов, отличающихся вы­ соким сродством к кислороду, необходимы особые усло­ вия перелива и транспортировки во избежание их окис­ ления и воспламенения.

В металлургии легких сплавов, особенно в авиацион­ ной металлургии, накоплен значительный опыт переме­ щения больших масс магниевых сплавов и их дозиро­ вания. Начав с открытой транспортировки магниевых сплавов из миксера в кристаллизатор [77], передовые заводы взяли на вооружение закрытый перелив вначале центробежными насосами с пневмодвигателями [78], а позднее магнитодинамическими и индукционными на­ сосами [1], последние в настоящее время внедрены в промышленность. Из плавильной печи в миксер маг-

112

ииевый сплав переливают также закрытым способом с помощью сифона [1].

Сифонный перелив применяют в том случае, когда необходимо за короткий промежуток времени перелить из плавильной печи в раздаточный миксер большое ко­ личество сплава. Сифон изготовляют из стальной трубы диаметром 150 мм, вакуум в сифоне создается при по­ мощи инжектора; производительность сифона составля­ ет 2 м3/мин при разрежении 300 мм рт. ст. При этом рас­ ход сжатого воздуха при давлении 6 ат равен 1,7 м3/мин. С помощью сифона перелив 10 т сплава из печи в мик­ сер происходит за 7—10 мин.

В табл. 28 помещены результаты работ по закрытому переливу магниевых сплавов сифоном.

Значительно сложнее оказалось осуществить транс­ портировку магниевого сплава из миксера в кристалли­ затор с дозированием расхода сплава.

Наиболее простой и наименее удачный открытый пе­ релив магниевого сплава по желобу в настоящее время уже не применяют. Несмотря на подачу сернистого газа по всей длине желоба, нельзя было исключить контакт магния с атмосферой и его окисление.

В начале шестидесятых годов стали применять спо­ соб транспортировки магниевых сплавов из миксера в кристаллизатор с помощью центробежных насосов, при­ водимых в работу пневмодвигателями [80]. Пневмодви­ гатель марки ПРШ-10 имеет мощность 9 л. с. и делает 1400 об/мин. Его преимущество — простота регулирова­ ния числа оборотов путем изменения расхода воздуха, подаваемого в двигатель.

При подаче сжатого воздуха из сети давлением не • менее 3 ат вращается шестеренчатая пара, на оси одной

из шестерен насажен вал с укрепленной на его конце крыльчаткой. При вращении крыльчатки сплав под дей­ ствием возникающих центробежных сил подается в нагнетающий трубопровод, а оттуда в кристалли­ затор.

Применение способа закрытого перелива магниевых сплавов с помощью центробежных насосов позволило значительно повысить качество слитков сплавов и улуч­ шить условия труда. Однако, как указано в работе [81], центробежный насос при неудовлетворительной его сборке и эксплуатации очень часто был причиной резко­ го ухудшения качества отливаемых слитков.

Поскольку крыльчатка насоса располагается на длин­ ной консоли на большой глубине, то при ее вращении наблюдается вибрация вала и корпуса насоса. Это при­ водит к отделению от насоса образовавшихся на нем при опускании уровня сплава окислов и падению их в ванну печи. Кроме того, при истечении сплава через неплотности улитки насоса образующиеся возмущающие потоки вызывают перемешивание сплава и загрязнение его окислами.

В связи с этим нужно было создать такое устройство, при работе которого захват металла из миксера проис­ ходил бы спокойно, без завихрений и окисления. Таким устройством оказался электромагнитный насос. Он пред­ ставляет собой трубопровод, движение металла в кото­ ром происходит под действием электромагнитного дав­ ления, возникающего при взаимодействии электричес­ кого и магнитного полей, создаваемых специальными системами.

Большие работы были выполнены по созданию так называемого магнитодинамического насоса. Этот насос [82] состоит из прямоточного и двух замыкающих ка­ налов. Участки между устьями замыкающих каналов называются активными зонами. В полостях, образован­ ных прямоточным и замыкающими каналами, располо­ жены катушки, насаженные на замкнутые магнитопрово­ ды, охватывающие замыкающие каналы. Катушки и магнитопроводы представляют собой замкнутую магнит­ ную систему — индуктор тока. По обе стороны актив­ ных зон размещены катушки, расположенные на разом­ кнутых магнитопроводах и вместе с ними составля­ ющие разомкнутую магнитную систему — электро­ магнит.

114

2. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТЙ

Вопросы транспортировки магния и магниевых спла­ вов в титано-магниевой промышленности в настоящее время исключительно актуальны, а возможности для применения транспортирующих устройств в разных об­ ластях велики.

Так, транспортирование магния па титано-магниевых предприятиях осуществляют в следующих целях:

1)для разливки и дозировки магния и магниевых сплавов из печей в изложницы либо формы с периоди­ ческой доливкой металла в литейном цехе;

2)из цеха электролиза в литейный для переработки

на товарный магний;

3)из цеха электролиза в цех производства титана, где магний используют в качестве восстановителя;

4)для заливки магния из миксера в аппарат восста­ новления в цехе восстановления и дистилляции (ВиД);

5)для непрерывной заливки магния в аппарат вос­ становления из миксера в течение длительного времени (30—40 ч) в цехе восстановления.

Об актуальности работ по транспортированию маг­ ния свидетельствуют исследования изменения качества магния, применяемого при производстве титановой

губки.

Транспортирование магния из цеха электролиза в титановой цех в настоящее время осуществляется в ва­ куумных ковшах. Поскольку кислород и азот, а также хлор, железо, кремний и никель, содержащиеся в маг­ нии, оказывают большое влияние на ухудшение качества титановой губки, было исследовано изменение этих при­ месей по ходу транспортирования магния [83].

В работе показано, что содержание всех примесей, кроме никеля, во время выборки магния из электролизе­ ров и транспортировки его из цеха в цех снижается. Во время отстаивания содержание примесей практически не изменяется, а в пробах, взятых из реактора восстаноновления после слива в него магния, количество кисло­ рода и азота резко возрастает — с 0,002 до 0,004%. По­ вышенное содержание кислорода и азота объясняется негерметичностью узла заливки магния в аппарат, вслед­ ствие чего возможен контакт магния с воздухом. Высокое содержание хлора объясняется неполным отделением электролита от металла.

Содержание всех металлических примесей во время операций изменяется незначительно.

Авторы [83] делают вывод, что улучшить качество восстановителя можно прежде всего усовершенствовав методы его выборки из электролизеров, транспортирова­ ния и заливки в реакторы. Наиболее перспективным спо­ собом они считают транспортировку магния с помощью электромагнитных насосов из миксера, установленного в цехе электролиза, в миксер титанового цеха.

Следует отметить, что все указанные выше задачи, кроме первой, в настоящее время являются проблема­ тичными и требуют конструктивного и технологического решения.

Тем не менее опыт, накопленный титано-магниевой промышленностью по транспортированию магния при решении задач разливки магния и магниевых сплавов в изложницы и формы, находит применение. Ниже нами рассмотрены некоторые способы транспортирования маг­ ния и сопутствующие им операции, разработанные (или примененные) в титано-магниевой промышленности.

Разогрев трубопровода, по которому должен осуще­ ствляться перелив жидкого магния, производят, как пра­ вило, контактным способом. Трубу изготовляют из нер­ жавеющей стали 1Х18Н10Т, длина ее от 1,5 до 7—10 м, внутренний диаметр 25—57 мм, толщина стенки 2—4 мм. Теплоизоляцией трубы служит слой листового асбеста толщиной 10—15 мм и слой асбестита с огнеупорной глиной на жидком стекле в соотношении 5:1. Трубу с теплоизоляционным слоем укладывают в стальной ко­ жух из двух полутруб, соединенных между собой хому­ тами.

Электрический ток к трубе подводят через приварен­ ные стальные контакты по кабелю от трансформатора, иногда одним из контактов является стальная труба, опущенная в магний. Обычно для разогрева трубы при­ меняют трансформаторы ОСЗ 250/0,5, однако можно ис­ пользовать и любые другие, приемлемые по токовым на­ грузкам.

Возможно применение смешанного соединения двух сопротивлений — электролита печи непрерывного дейст­ вия и трубы для слива рафинированного магния из этой печи. На рис. 36 показана схема подключения печи с со­ левым обогревом и трубопровода. Электрическая цепь замыкалась через магний в колоколе, непосредственно

116

колокол л электролит, при напряжении 47,0 В и силе то­ ка 0,6 кА, проходящего по трубе. Труба длиной 4,5 м, на­ ружным диаметром 45 мм, толщиной стенки 2,5 мм ра­ зогревалась при систематической работе за 5—10 мни. Транспортировку магния по трубе обычно начинают по­ сле ее разогрева до 750—800° С. Наилучшим способом

Рис. 3G. Три варианта схемы подключения печи с солевым обогревом

итрубопровода:

/— печь; 2 — труба

опыте подавать металл в трубу можно после нагрева ее до ярко-красного каления. При этом следует убедиться в отсутствии испарения из трубы влаги. Причиной ее попадания в трубу при многократном использовании мо­ жет быть гидролиз хлористых солей, оставшихся в тру­ бе от предыдущей разливки.

Сифонный перелив представляет большой интерес, так как обеспечивает спокойный забор магния из печей и предотвращает его окисление. Этот способ применяли при выливке магния из печи с солевым обогревом в ти­ гель печи СМТ-1 на полупромышленном этапе испытаний рафинировочно-литейного комплекса. Один конец сифон­ ной трубы погружали в литейную камеру печи, а второй

117