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

кой низшими хлоридами титана. А сохранение магния от контакта с атмосферой и взаимодействия с кислоро­ дом и азотом воздуха возможно лишь при закрытом пе­ реливе высокочистого магния в аппарат восстановления с инертной атмосферой в нем. Иными словами, необходи­ мо создание аппаратурно-технологической схемы подго­ товки и транспортировки высокочистого восстановителя и основным аппаратом в этой схеме все же должен быть миксер с солевым обогревом.

3. ПЕЧЬ С СОЛЕВЫМ ОБОГРЕВОМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СПЛАВОВ

Сплавы системы Mg — Al — Zn — Mn нашли широ­ кое применение в промышленности: сплав МЛ5 является основным из этой системы литейным сплавом, применяе­ мым в машиностроительной промышленности, сплав МА2-1 занимает основную долю в выпуске деформируе­ мых сплавов, а сплавы МЛ4 и МЛ 16 находят все боль­ шее применение для протекторов, защищающих от электрохимической коррозии морские суда, газо- и неф­ тепроводы.

Как правило, чушковой сплав указанной системы го­ товят на магниевых заводах в тигельных электрических печах типа СМТ-1. Этот процесс характеризуются боль­ шой трудоемкостью, значительным расходом электро­ энергии, нихрома и тиглей. В связи с этим возможность применения печи с солевым обогревом для приготовле­ ния сплавов систем Mg — Al — Zn — Mn представляла большой практический интерес, так как указанные выше недостатки, имеющие место при приготовлении сплавов в печах СМТ-1, были бы ликвидированы или частично снижены.

Перед проведением экспериментов по приготовлению сплава на промышленной соляной печи необходимо было определить состав соли. Если принять во внимание, что плотность сплава типа МЛ5 при 700° С 1,65 г/см3, то по аналогии с работой ПНР на магнии, где разница между плотностью электролита и магния не менее 0,1 г/см3, плотность электролита должна быть не менее 1,75 г/см3.

Следует отметить, что указанные ранее основные по­ ложения о требованиях к соли для печей по рафинирова­ нию магния сохраняются и применительно к сплаву.

Предварительно на опытном стенде (рис. 11) были

54

выполнены эксперименты по подбору электролита и при­ готовлению сплава следующего химического состава, %: 5—7 А1; 2—3 Zn; 0,15—0,5 Mn. Количество рабочей соли и сплава под колоколом составляло 500 и 150 кг соот­ ветственно.

В камеру перемешивания заливали магний-сырец, затем приготовленный отдельно предварительный алюми­

ния-сырца и добавля­ ли соответствующее количество легирующих компонен­ тов.

На основании этих опытов оптимальным следует счи­ тать следующий состав соли, %: 15 MgCU; 60,0 KCl; 12 ВаСЬ; 13 NaCl. Этот состав гарантирует необходи­ мую разность плотностей соли и сплава и может быть приготовлен из широко применяемых в производстве электролитического магния продуктов, содержащих хло­ ристые соли.

... 55

Стендовые испытания позволили выполнить испыта­ ния на промышленной соляной печи.

Перед началом приготовления сплава типа МЛ5

вПНР находилось 3,5 т магния высокой чистоты.

Вдвух печах СМТ-1 был приготовлен алюминиевоцинковый сплав и сплав МГС1. Эти продукты были из­ влечены из тиглей вакуум-ковшом и слиты в камеру пе­ ремешивания. Сюда же загрузили и плав низших хлори­ дов титана, обеспечивающих получение сплава высокой чистоты.

Перемешивание сплава в печи осуществляли двумя

способами:

а) выборкой содержимого камеры перемешивания ва­ куум-ковшом емкостью 1,8 т и сливом из него обратно в камеру («перемешивание»);

б) выборкой содержимого литейной камеры и выливкой его в камеру перемешивания («перелив»).

Перелив оказался значительно эффективнее переме­ шивания. В результате перелива удалось получить сплав сравнительно равномерного состава в обеих камерах.

Сплав после отстаивания в течение 60 мин был раз­ лит в чушки общей массой 1,782 т. Затем в камеру пере­ мешивания вновь загружали легирующие компоненты и после перелива 1,624 т сплава разливали в чушки.

Несколько более высокие значения алюминия и цин­ ка следует объяснить недооценкой нами эффективности способа «перелива» для активного перемешивания леги­ рующих компонентов и магния, в связи с этим шихтовку производили на верхний предел с 15—20%-ным за­ пасом.

Интересен и факт получения сплава высокой чистоты с содержанием железа менее 0,005%. Остальные примеси также в пределах ГОСТ 2581—62 на МГС5 п. ч.

Таким образом, стендовые и промышленные испыта­ ния показали принципиальную возможность приготов­ ления сплавов системы Mg—Al—Zn—Мп в соляных печах с колоколом указанной конструкции. В настоящее время на одном из титано-магниевых комбинатов ведут промышленные испытания печи для приготовления спла­ ва типа МГС5 п. ч.

4. ЕМКОСТЬ СОЛЯНЫХ ПЕЧЕЙ И МИКСЕРОВ

Как указывалось выше, в настоящее время успешно эксплуатируются печи и миксеры с солевым обогревом

56

различной емкости: 4—6 т и 8—10 т. Практика ставит задачи, постоянного увеличения емкости этих аппаратов.

Ниже приведены некоторые расчеты параметров мик­ серов различной емкости.

Вначале определим геометрические размеры миксе­ ров для помещения в них максимально возможного коли­ чества магния, равно­ го 1; 5; 10; 20; 30 т при следующих ограничи­ вающих технологичес­ ких условиях:

а) объем магния под колоколом пред­ ставляет собой парал­ лелепипед с размера­

колокола до подины и до электродов принимается для всех вариантов равным 250 мм;

г) минимальное расстояние от границы металл — электролит до низа колокола принимают равным 250 мм.

57

Приведенные в табл. 13 данные, полученные авторами в результате исследований и с учетом опыта эксплуата­ ции магниевой промышленностью аппаратов с солевым нагревом, могут служить основой для технического про­ ектирования миксера любой емкости. Как видно из таб­ лицы, коэффициент использования объема печи повыша­ ется с увеличением количества магния, помещаемого под колокол. Следует также отметить, что, как правило, мощность рабочего хода по сравнению с мощностью хо­ лостого хода повышается иа 50—100%, а поддержание теплового равновесия в аппарате любой емкости — впол­

не разрешимая задача.

Таблица 13

Результаты расчета параметров миксеров

_________________ для очистки и хранения магния__________________

Г л а в а IV

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРВИЧНОГО МАГНИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

До недавнего времени магниевая промышленность выпускала только первичный магний и сплавы техниче­ ской чистоты. При растущем требовании к качеству ме­

58

талла это не отвечало требованиям потребителей. Прове­ денные исследования позволили наладить производство магния, в котором содержание регламентируемых приме­ сей, в основном железа, значительно снижено.

Придерживаясь принятой в алюминиевой промышлен­ ности терминологии (см. ГОСТ 11069—64 на «алюминий первичный»), первичный магний, в зависимости от сум­ мы регламентируемых ГОСТ 804—62 примесей, следует характеризовать следующим образом: особой чистоты (о. ч.) 0,001 и менее; высокой чистоты (в. ч.) не менее 0,001 и не более 0,1; технической чистоты (т. ч.) 0,1 и более.

Магний, производство которого освоено за последние годы, подпадает под утвердившийся в титано-магниевой промышленности термин «магний высокой чистоты»; ме­ тод рафинирования магния и магниевых сплавов путем обработки металлическими присадками, в основном ти­ таном, назван методом глубокой очистки.

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ м а р г а н ц а , циркония и титана

сметаллическими примесями в магнии

Металлический магний в зависимости от способа его получения всегда содержит в большем или меньшем ко­ личестве различные примеси. Содержание примесей в магнии может повышаться и гіа литейном переделе за' счет растворения различных компонентов из футеровки или инструмента, а также возвратных литейных отходов. В связи с этим изучение вопроса очистки магния от при­ месей представляет значительный интерес.

До сих пор систематических комплексных исследова­ ний по данному вопросу не проводили. Известные данные по очистке магния от примесей противоречивы, что, оче­ видно, можно объяснить различной степенью чистоты исходного магния и применением различных методик экс­ периментов. Так, в работе [38] подвергали очистке маг­ ний с различным исходным содержанием примесей, при­ чем навеска титана для очистки магния также была нео­ динаковой. В [39] магний перед обработкой титаном за­ грязнялся сразу всеми примесями—железом, алюминием-, кремнием, марганцем, никелем, медью. Очевидно, полу­ ченные при этом результаты не отражают истинного вза­ имодействия титана с каждой примесью, так как при этом возможно взаимодействие примесей между собой.

59

Ниже приведены результаты изучения взаимодейст­ вия отдельно между марганцем, цирконием, титаном и каждой примесью в магнии; при этом была рассмотре­ на кинетика процесса рафинирования в зависимости от навески рафинатора. Для выявления степени очистки магния от каждой примеси рафинированию подвер­ гали предварительно двойные сплавы магния с желе­ зом, кремнием, алюминием, марганцем, медью и нике­ лем. Содержание примесей в магнии колебалось от 0,04 до 0,08%.

Алюминий, медь и никель вводили в магний в виде металлов, марганец — в виде лигатуры магний — марга­ нец, железо — в виде FeCb. Рафинирующие добавки вводили из следующих материалов: марганец — из лига­ туры магний — марганец высокой чистоты, цирконий —

0—0,4; 0—0,6. Опыты проводили в печах сопротивления емкостью 5 кг по следующей технологии. В тигле рас­ плавляли и нагревали до 800° С дистиллированный маг­ ний. При этой температуре в магний вводили примесь, и после 20 мин перемешивания расплав охлаждали до 700° С.

Затем магний обрабатывали рафинирующей добав­ кой и отстаивали. Отбор проб магния на химический анализ осуществляли перед обработкой магния рафини­ рующей добавкой и через 30 мин после ее введения. Кроме того, отбирали пробы донных осадков после каж­ дого процесса очистки.

Эффективность очистки магния от примесей характе­

Сисх — исходное содержание примесей, %; с к о а — содержание примесей в магнии после очи­

стки, %.

- Анализ результатов по очистке магния от примесей марганцем, представленных на рис. 13, а, свидетельству­ ет о возможности рафинирования магния от железа, кремния, алюминия и об отсутствии очистки от меди.

60