Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом
Рассмотрены результаты физического моделирования новой технологии газофлюсового рафинирования алюминиевых сплавов, показаны преимущества разработанного процесса рафинирования. Розглянуто результати фізичного моделювання нової технології газофлюсового рафінування алюмінієвих сплавів, показано переваг...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49946 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 24-27. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860036402745442304 |
|---|---|
| author | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. |
| author_facet | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. |
| citation_txt | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 24-27. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Рассмотрены результаты физического моделирования новой технологии газофлюсового рафинирования алюминиевых сплавов, показаны преимущества разработанного процесса рафинирования.
Розглянуто результати фізичного моделювання нової технології газофлюсового рафінування алюмінієвих сплавів, показано переваги розробленого процесу рафінування.
The results of physical modelling of the new technology of gas-flux refining aluminum alloys were considered. The advantages of the developed process of refining are shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:54:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
24 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
УДК 669.715:66.096
В. Л. Найдек, Д. М. Беленький, Н. С. Пионтковская, А. В. Наривский
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Комбинированная обработка алюминиевых сплавов
продувкой инертным газом и жидким флюсом*
Рассмотрены результаты физического моделирования новой технологии газофлюсового рафинирования алю-
миниевых сплавов, показаны преимущества разработанного процесса рафинирования.
Ключевые слова: газофлюсовая обработка, расплав, алюминиевые сплавы
Д
ля очистки алюминиевых сплавов от водорода и
твердых неметаллических включений применя-
ют различные методы адсорбционного рафини-
рования: обработку газами, флюсами, фильтро-
вание расплавов. При этом одним методом эффек-
тивно дегазируется расплав и в меньшей степени
удаляются неметаллические включения (продувка
инертными газами), и наоборот (обработка флюсами).
При продувке инертными или нейтральными га-
зами скорость дегазации невелика, так как применя-
емые для продувки газы (аргон, азот) даже высоких
сортов содержат некоторое количество кислорода и
водяных паров, которые окисляют алюминий, обра-
зуя на поверхности пузырьков оксидные пленки. Та-
кие пленки резко снижают коэффициент диффузии
водорода из расплава в пузырек [1, 2] и уменьшают
эффективность процесса дегазации.
Поэтому для повышения эффективности удале-
ния из алюминиевых сплавов водорода и неметал-
лических включений наметилась тенденция приме-
нения комбинированных методов рафинирования, в
том числе одновременная обработка алюминиевых
расплавов инертными газами и флюсами.
Основываясь на опыте продувки жидкой стали
смесью газа с порошком извести с целью удаления
серы [3], в работе [4] разработали метод рафиниро-
вания алюминиевых сплавов смесью азота с тонким
порошком криолитсодержащего флюса, которая про-
дувается через расплав. Попадая в расплав, пыле-
видный флюс оплавляется, покрывает пузырек жид-
кой солевой пленкой, которая адсорбирует и раство-
ряет оксиды на поверхности пузырька. В результате
диффузия водорода из металла в пузырек через
пленку жидкого флюса протекает значительно бы-
стрее, чем при наличии плотной оксидной пленки в
случае обычной продувки инертным газом. Позднее
такой же метод рафинирования был использован в
работе [5].
Однако такая технология не получила должного
распространения, несмотря на высокую эффектив-
ность очистки алюминиевых расплавов от водорода
и неметаллических включений при низком расходе
флюсов (0,1 % от массы жидкого металла). Это свя-
зано, по всей вероятности, как с нестабильной рабо-
той устройства для подготовки газофлюсовой смеси
и ввода ее в жидкий металл, так и подготовкой пыле-
видного флюса, которая является трудоемкой опера-
цией, требующей к тому же соблюдения санитарно-
технических норм при работе с вредными фторсо-
держащими компонентами, входящими в состав
флюсов (возможны и другие причины).
Для преодоления указанных недостатков авто-
рами предложен метод газофлюсового рафиниро-
вания [6], заключающийся в том, что жидкий флюс
замешивают в жидкий металл эжектированием его
с поверхности в глубину ванны газовой струей, ко-
торая внедряется в расплав из заглубленной в него
фурмы со скоростью 60-290 м/с при соотношении
диаметра сопла к его длине 0,1:0,3.
Разработке этого метода рафинирования пред-
шествовали исследования на холодной модели, ре-
зультаты которых изложены в этом сообщении.
В качестве модельных жидкостей применили не-
смешивающиеся друг в друге воду (алюминий) и под-
крашенный бензин (флюс), которые находились в
прозрачной цилиндрической емкости диаметром 140
и высотой воды в ней 160 мм. Аргон подавали в жид-
кость через погруженную вертикально фурму с со-
плом диаметром 0,5 и длиной 2,5 мм. Расход аргона
регулировали через сопло редуктором БКО-50, смон-
тированном на баллоне, и дросселем, а контролиро-
вали ротаметром РМ-0,63 ГУЗ.
С учетом того, что температуры воздуха при гра-
дуировке ротаметра и аргона во время моделирова-
ния были одинаковыми, расход аргона Q2 в рабочих
условиях рассчитывали по уравнению, приведенно-
му в руководстве по эксплуатации ротаметра
2
1
12 0,85
P
PQQ = , (1)
где Q1 – расход воздуха при градуировке ротаметра,
м3/ч; Р1 – давление воздуха при градуировке, равное
атмосферному, МПа; Р2 – абсолютное давление ар-
гона перед соплом, МПа.
За взаимодействием газовой струи с жидкостью
наблюдали визуально и фиксировали фото- и видео-
аппаратурой.
Когда на поверхности воды бензина нет, газовый
* По материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года
в Запорожье
25МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
ные пузырьки, скорость всплывания которых неве-
лика, циркуляционными потоками разносятся по все-
му объему ванны; эта газовая эмульсия существует
в течение всего времени продувки. Можно предполо-
жить, что такой механизм реализуется и в реальной
системе алюминиевый расплав – газ – жидкий флюс.
Основным фактором, определяющим массу жидко-
сти в струе, является длина последней [7]. Присо-
единенную массу жидкости m рассчитывали по эмпи-
рическому уравнению
о о
г3,58 36,6 р рlm m
р d р
= −
, (2)
mг – массовый расход газа, кг/с; pо – давление в окру-
жающей среде, МПа; p – абсолютное давление газа
перед соплом, МПа; l – длина струи на основном
участке, м; d – диаметр сопла, м.
Для расчета величины m провели исследования
по влиянию параметров продувки на дальнобой-
ность струи, которую определяли по методике [8].
Применительно к вертикальной струе под дально-
бойностью понимают расстояние от среза сопла до
нижней границы газового факела струи. Результаты
исследований сведены в табл. 2.
Безразмерную дальнобойность струи l/d часто вы-
ражают функциональной зависимостью от модифи-
цированного критерия Архимеда [9]
2
г
ж
= (Ar) =l f f
d gd
ρ ω
ρ
, (3)
где ρг, ρж – плотности соответственно газа и жидкости,
кг/м3; ω – скорость газа на срезе сопла, м/с; g – ускоре-
ние свободного падения, м/с2; d – диаметр сопла, м.
Скорость истечения газа на срезе сопла рассчи-
тывается по уравнению
2 2
1
Q
f
ρ
ω =
ρ
, (4)
где ρ1 и ρ2 – соответственно плотность аргона в нор-
мальных условиях и перед соплом, кг/м3; f – пло-
щадь сечения сопла, м2.
факел состоит из основного участка в виде пуль-
сирующей струи конусообразной формы, всплы-
вающего потока пузырьков аргона разного диа-метра
(максимальный размер пузырьков 3,5 мм) и барботаж-
ной зоны на поверхности жидкости (рис. 1, а). Если на
поверхности воды находится бензин, картина резко
меняется: при определенном расходе аргона в конце
основного участка струи появляется множество мель-
чайших пузырьков диаметром 0,2-0,3 мм (рис. 1, б),
максимальный размер которых в барботажной зоне
уменьшается до 2,5 мм. С увеличением интенсивно-
сти дутья мельчайшие пузырьки занимают все боль-
шую высоту ванны, постепенно заполняя весь объ-
ем (табл. 1).
Механизм, объясняющий увеличение дисперсно-
сти газовых пузырьков, представляется следующим.
Пульсирующий характер истечения струи сопровож-
дается ее периодическим расширением с увеличе-
нием угла раскрытия. При взаимодействии с жид-
костью контуры струи искажаются, граница раздела
газ-жидкость становится неустойчивой и жидкость
вовлекается в струю. Во время барботирования жид-
кости газовыми пузырями на поверхности ванны бен-
зин перемешивается с водой, образуя грубодисперс-
ную эмульсию, которая благодаря кинетической
энергии струи эжектируется в глубь ванны. При во-
влечении эмульсии в газовую струю образуется вы-
сокотурбулентный трехфазный (газ-вода-бензин) по-
ток, состоящий из пузырьков газа разных размеров,
пленок бензина и воды.
При столкновении в потоке пленок бензина с пу-
зырьками их поверхность частично или полностью
покрывается тонким слоем бензина. Мелкодисперс-
Расход аргона, л/мин 0,2 0,24 0,4 0,59
Высота воды, занятая
эмульсией, % 69 78 81 100
Таблица 1
Влияние расхода аргона при продувке на объем
воды, занятый пузырьками
Продувка ванны аргоном Рис. 1.
а б
Таблица 2
Влияние параметров продувки на безразмерную
дальнобойность струи l/d, скорость струи на срезе
сопла и критерий Ar (давление аргона на выходе
из баллона 0,55 МПа)
Расход Q2 аргона в
рабочих условиях,
м3/ч, л/мин
0,11
1,8
0,13
2,3
0,14
2,4
0,15
2,6
Давление Р аргона
перед соплом, МПа 0,14 0,22 0,34 0,52
Длина l струи, мм 84 100 130 154
Скорость струи на
срезе сопла, м/с 86 125 176 241
Критерий Архимеда, Ar 1695 3564 6958 13184
26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
1. Гудченко А. П. Изучение кинетики изменения газосодержания в алюминиевых сплавах в зависимости от их состава
и некоторых методов обработки в жидком состоянии: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. – М., 1952. – 29 с.
2. Улановский Я. Б. О диффузии водорода в гетерогенной системе алюминий – окись алюминия // Технология легких
сплавов. – 1971. – № 5. – С. 17-20.
3. Ладыженский Б. И., Башмаков А. Д. Обработка жидких металлов порошком в струе газа. – М.: Металлургия, 1961.
– 115 с.
4. Кузьмичев Л. В., Малиновский Р. Р. Рафинирование алюминиевых сплавов продувкой смесью газов с флюсом //
Цв. металлы. – 1973. – № 3. – С. 43-45.
5. Колачев Б. А., Тимошкин А. В. Влияние внепечной струйной обработки алюминиевого расплава на газонасы-
щенность отливок из сплава АК9ч(АЛ4) // Изв. вузов. Цв. металлургия. – 2002. – № 1. – С. 31-32.
6. Пат. № 46165 України. Спосіб рафінування алюмінієвих сплавів / Д. М. Біленький, В. Л. Найдек, Н. С. Піонтковська,
А. В. Нарівський. – Опубл. 10.12.2009, Бюл. № 23.
7. Определение присоедененной массы струи при продувке сверху / В. И. Баптизманский, Ю. С. Паниотов, А. Е. Куп-
чинский, А. Г. Величко // Изв. Вузов. Чер. металлургия. – 1988. – № 2. – С. 20-24.
8. Исследование взаимодействия скоростной газовой струи с расплавом / В. Л. Найдек, Д. М. Беленький, Н. С. Пионт-
ковская, А. В. Наривский // Процессы литья. – 2010. – № 1. – С. 3-6.
9. Марков Б. Л. Методы продувки мартеновской ванны. – М.: Металлургия, 1975. – 279 с.
Плотность аргона в зависимости от давления пе-
ред соплом рассчитывали по известному из термо-
динамики уравнению адиабаты
1 2
1 2
x x
P P
=
ρ ρ
, (5)
где х – показатель адиабаты, равный для аргона 1,66;
ρ1 = 1,78 кг/м3 при 20 °С и Р1 = 0,1 МПа.
В результате математической обработки резуль-
татов экспериментов при R = 0,99 получили зави-
симость
l/d = 11,72Ar0,29. (6)
Подставляя в (2) данные из табл. 2, получим зави-
симость присоединенной массы жидкости от дально-
бойности струи аргона (рис. 2)
Например, при дальнобойности l/d = 193 в струю
ежесекундно вовлекается 20,5 г жидкости, в том чис-
ле 0,1 г/с бензина при его содержании в эмульсии
0,5 %. Расчеты показывают, что если бензин в струе
диспергируется до среднего размера частиц 0,1 мм,
то каждую секунду образуется ~270 тыс. таких ча-
стиц, которые с большей вероятностью могут стал-
киваться с мелкодисперсными пузырьками аргона.
Впоследствии он растекается по их поверхности.
Таким образом, в результате моделирования
продувки аргоном ванны с использованием двух не-
смешивающихся жидкостей, имитирующих металл и
флюс, установлено, что верхняя жидкость при опре-
деленных условиях эмульгируется в нижнюю, более
тяжелую.
Рассмотренный метод обработки по сравнению с
известной обработкой алюминиевых расплавов сме-
сью инертного (или нейтрального) газа и пылевидно-
го флюса позволяет:
– существенно увеличить межфазную поверх-
ность взаимодействия рафинирующих реагентов с
обрабатываемым расплавом, что создает реальные
предпосылки повышения эффективности удаления
водорода и неметаллических включений из жидко-
го металла, уменьшения продолжительности рафи-
нирования и снижения расхода газа и флюса при ра-
финировании;
– упростить устройство для ввода флюса в обра-
батываемый расплав, сделав его надежным в экс-
плуатации.
ЛИТЕРАТУРА
l/d
0
5
10
15
20
25
100 125 150 175 200
m
, г
/с
25
20
15
10
5
0
100 125 150 175 200
Влияние дальнобойности струи аргона на присоединен-
ную в струю массу воды
Рис. 2.
27МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
Naydek V., Belen’ky D., Piontkovskaya N., Narivsky A.
The combined processing of aluminum alloys by purging with inert gas and
liquid flux
Summary
The results of physical modelling of the new technology of gas-flux refining aluminum alloys were considered. The advantages
of the developed process of refining are shown.
Keywords gas-flux refining, melt, aluminum alloys
Поступила 26.05.10
Розглянуто результати фізичного моделювання нової технології газофлюсового рафінування алюмінієвих сплавів,
показано переваги розробленого процесу рафінування.
Найдек В. Л., Бєлєнький Д. М., Піонтковська Н. С., Нарівський А. В.
Комбінована обробка алюмінієвих cплавів продувкою інертним газом та
рідким флюсом
Анотація
Ключові слова газофлюсова обробка, розплав, алюмінієві сплави
УДК 621.771
И. К. Огинский
Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск
Смещенный объем при прокатке
Выполнен анализ объемного течения металла, выявлены характерные объемы очага деформации, установле-
ны функциональная взаимосвязь между ними, механизм образования смещенного объема при прокатке, а также
проведен анализ взаимосвязей между смещенным объемом и другими характерными (смежными) объемами.
Результаты анализа представлены в виде графических зависимостей безразмерных величин. Предложенные
закономерности позволяют расширить представление о физической стороне процесса прокатки, взаимосвя-
зях характерных объемов очага деформации. Использование выявленных закономерностей позволяет создать
более точные методы расчетов кинематических и энергосиловых параметров прокатки для решения приклад-
ных задач.
Ключевые слова: прокатка, параметр, смещенный объем, единичный объем, остаточный объем, угол захвата
П
онятие «смещенный объем при прокатке» связы-
вают с именем Финка, его считают основополож-
ником метода определения работы прокатки на
основе смещенного объема. Предложенная Фин-
ком логарифмическая зависимость была простой по
своей структуре и одновременно неточной. Это вы-
звало необходимость поиска новых решений, из-
вестно много работ в этом направлении, их автора-
ми являются: Киссельбах-Гульст, Прейслер, Вейс,
Кирхберг, Герман, Зибель, Грасгоф, Кодрон, Пупе,
Виноградов, Гавриленко, Верещагин, Лисс, Петров
и др. Появились полуэмпирические зависимости, со-
держащие всякого рода поправочные коэффици-
енты, и со временем было утрачено первоначальное
физическое значение смещенного объема, которое
Финк придавал своей ставшей широко известной
формуле. Образовалась группа методов, в основе ко-
торых лежат признаки объемного течения металла,
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49946 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:54:08Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. 2013-09-30T22:46:14Z 2013-09-30T22:46:14Z 2010 Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом / В.Л. Найдек, Д.М. Беленький, Н.С. Пионтковская, А.В. Наривский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 24-27. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49946 669.715:66.096 Рассмотрены результаты физического моделирования новой технологии газофлюсового рафинирования алюминиевых сплавов, показаны преимущества разработанного процесса рафинирования. Розглянуто результати фізичного моделювання нової технології газофлюсового рафінування алюмінієвих сплавів, показано переваги розробленого процесу рафінування. The results of physical modelling of the new technology of gas-flux refining aluminum alloys were considered. The advantages of the developed process of refining are shown. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом Комбінована обробка алюмінієвих cплавів продувкою інертним газом та рідким флюсом The combined processing of aluminum alloys by purging with inert gas and liquid flux Article published earlier |
| spellingShingle | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом Найдек, В.Л. Беленький, Д.М. Пионтковская, Н.С. Наривский, А.В. |
| title | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| title_alt | Комбінована обробка алюмінієвих cплавів продувкою інертним газом та рідким флюсом The combined processing of aluminum alloys by purging with inert gas and liquid flux |
| title_full | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| title_fullStr | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| title_full_unstemmed | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| title_short | Комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| title_sort | комбинированная обработка алюминиевых сплавов продувкой инертным газом и жидким флюсом |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49946 |
| work_keys_str_mv | AT naidekvl kombinirovannaâobrabotkaalûminievyhsplavovproduvkoiinertnymgazomižidkimflûsom AT belenʹkiidm kombinirovannaâobrabotkaalûminievyhsplavovproduvkoiinertnymgazomižidkimflûsom AT piontkovskaâns kombinirovannaâobrabotkaalûminievyhsplavovproduvkoiinertnymgazomižidkimflûsom AT narivskiiav kombinirovannaâobrabotkaalûminievyhsplavovproduvkoiinertnymgazomižidkimflûsom AT naidekvl kombínovanaobrobkaalûmíníêvihcplavívproduvkoûínertnimgazomtarídkimflûsom AT belenʹkiidm kombínovanaobrobkaalûmíníêvihcplavívproduvkoûínertnimgazomtarídkimflûsom AT piontkovskaâns kombínovanaobrobkaalûmíníêvihcplavívproduvkoûínertnimgazomtarídkimflûsom AT narivskiiav kombínovanaobrobkaalûmíníêvihcplavívproduvkoûínertnimgazomtarídkimflûsom AT naidekvl thecombinedprocessingofaluminumalloysbypurgingwithinertgasandliquidflux AT belenʹkiidm thecombinedprocessingofaluminumalloysbypurgingwithinertgasandliquidflux AT piontkovskaâns thecombinedprocessingofaluminumalloysbypurgingwithinertgasandliquidflux AT narivskiiav thecombinedprocessingofaluminumalloysbypurgingwithinertgasandliquidflux |