Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0193

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0193
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Название доклада
Разработка теоретических и технологических решений снижения водорода в составе алюминия и низколегированных алюминиевых сплавов
Докладчик
Беляев Сергей Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Провести теоретические и экспериментальные исследования механизма загрязнения алюминия и его сплавов водородом и разработать инновационные технические решения по снижению содержания водорода в товарном алюминии и его сплавах менее 0,10 см3 /100 г алюминия для повышения качества, конкурентоспособности, ресурса и экспортного потенциала продукции алюминиевого производства на отечественном и мировом рынках
Актуальность и новизна исследования
Развитие научно-технического прогресса в алюминиевом производстве происходит в условиях жесткой конкурентной борьбы на мировом рынке, где основными требованиями является - неуклонное повышение эффективности и качества конечной продукции.
Главным вектором развития алюминиевой отрасли в последние годы стала тенденция увеличения продуктов высокого уровня обработки и продукции с добавленной стоимостью (ПДС), где самым востребованным продуктом на мировом рынке потребления алюминия являются алюминиевые сплавы.
Лидер Российской алюминиевой отрасли ОК РУСАЛ (UC RUSAL) – 4,2 млн. тонн/год или 7% мирового производства алюминия - активно развивает литейное производство и планирует довести долю сплавов до 75% в общем объеме выпуска продукции.
Одним из перспективных проектов ОК РУСАЛ является производство крупнотоннажных (плоских) слитков из низколегированных алюминиевых сплавов.
Существующие технологии данного производства не обеспечивают стабильного получения качественных характеристик по содержанию водорода в расплаве алюминия менее 0,1 см3 /100
Описание исследования

Для создания технических и технологических решений по снижению содержания водорода в товарном алюминии и его низколегированных сплавах менее 0,10 см3 /100 г в настоящей работе проведена количественная оценка изменения содержания водорода в жидком металле при его перемещения по технологической цепочке от алюминиевого электролизера до кристаллизатора на одном из металлургических заводах ОК РУСАЛ. Аппаратурно-технологическая схема транспортировки, подготовки и разливки металла на заводе включает следующие основные операции на современном металлургическом оборудовании:

  1. Выливка алюминия-сырца из электролизеров вакуум-транспортными ковшами со съемной крышкой.
  2. Транспортировка металла в вакуум-транспортных ковшах из корпусов электролиза в соединительный коридор на участок удаления шлака с поверхности алюминия.
  3. Удаление шлака с поверхности алюминия в ковшах, отбор пробы металла на спектральный анализ.
  4. Транспортировка металла из соединительного коридора в литейный цех, отстой в вакуум-транспортных ковшах в течение 20÷40 мин. перед заливкой в миксер.
  5. Заливка металла из вакуум-транспортных ковшей в миксер до его заполнения, совмещенная с переплавкой твердых промпродуктов производства.
  6. Введение и растворение в жидком металле легирующих и модифицирующих элементов.
  7. Обработка металла в миксере рафинирующими и покровными флюсами, удаление шлака с поверхности готового сплава.
  8. Технологический отстой расплава в миксере, отбор пробы металла на экспресс-анализ, доведение температуры металла в миксере до регламентированных значений.
  9. Разливка расплава из миксера в крупногабаритные слитки или мелкую чушку с поведением дегазации и фильтрации жидкого металла.

С учетом используемого на металлургическом заводе оборудования, технологии подготовки и разливки металла, была разработана методика и схема отбора проб металла для определения содержания водорода.

Пробы отливали в медную изложницу в соответствии с действующими на заводе инструкциями: в корпусах электролиза алюминия, на участке снятия шлака с ковшей и после отстоя металла в ковше проводили в литейном цехе - все по ГОСТ Р 50965.При отборе проб металла фиксировали время, температуру расплава и воздуха, а также технологические параметры, касающиеся подготовки металла в миксерах, модифицирования и рафинирования сплавов при литье товарной продукции. 

Для обследования аппаратурно-технологической схемы подготовки и разливки металла из миксеров выбран был деформируемый сплав 1ХХХ серии., который готовили в электрических отражательных миксерах емкостью по 80 т расплава каждый. Пробы сплава из миксеров отбирали из каждой форкамеры сразу после заполнения миксера алюминием и после приготовления сплава перед началом его разливки. Из сплавов 1ХХХ серии отливали плоские крупногабаритные слитки на литейной машине ПНГ 60-7,5 использованием литейной оснастки «Wagstaff».

Отливку плоских слитков на литейном агрегате «Wagstaff» осуществляли с кристаллизатором «Epsilon». Литье слитков производили с применением термоформованных распределителей металла с глухим дном - «Сombo-bag». Расплав при литье слитков рафинировали продувкой инертным газом-аргоном в двухроторной установке внепечного рафинирования SNIF P-140UHB. Дополнительную фильтрацию алюминия производили в трубчатом металлофильтре (MTF), тип 2803 японской фирмы «Mitsui». Завершали очистку фильтрацией металла через пенокерамический фильтр (ПКФ) с пористостью 40 ppi (размер пор 1250÷1500 мкм). Для модифицирования макроструктуры металла использовали прутковую лигатуру AlTi5B1 производства «КВМ Affilips» из расчета 2 кг на тонну готовой продукции.

 

Результаты исследования

В результате проведенных исследований было установлено повышенное содержание водорода в расплаве, и для решения данной проблемы были определены следующие направления по совершенствованию аппаратурно-технологической схемы  металлургического производства плоских слитков, направленной  на снижение содержания водорода в алюминии и его сплавах:

  1. Устранение контакта расплава с внешней средой при наборе алюминия-сырца из электролизера в вакуум-транспортный ковш, когда среднее содержание водорода в металле увеличивается c 0,125 до 0,180 см3/100 г, несмотря на снижение средней температуры металла примерно с 960ºС до 860ºС. Следует отметить, что анализ динамики насыщения алюминия и его сплавов водородом был проведен при температуре атмосферного воздуха +2÷-3ºС. При такой температуре содержание водяного пара в воздухе составляет 1÷2 г/нм3. Поэтому прирост содержания водорода в металле при открытых переливах составил всего 0,015÷0,055см3/100 г Al. В теплый период года при температуре воздуха +25÷+30ºС, концентрация водяного пара в нем возрастает более чем в 10 раз, что неминуемо приведет к дополнительному насыщению расплава водородом. Увеличение содержания водорода в алюминии-сырце при наборе расплава в ковш обусловлено взаимодействием открытой струи расплава с влагой воздуха, а также эжекцией пузырьков влажного воздуха струей переливаемого металла в объем перелитого металла и является следствием открытого перелива алюминия при его выливке.

2) Интенсификация процесса дегазации за счет применения МГД-устройства при последующей выдержке алюминия-сырца в ковшах перед заливкой в миксеры, когда температура металла снижается с 860ºС до 790ºС, что сопровождается недостаточным понижением концентрации водорода в металле с 0,180 до 0,140 см3/100 г. Для рафинирования алюминия в вакуум-транспортном ковше рекомендуется совместить отстаивание металла с МГД и вакуумной обработкой. Во время отстаивания металла в ковшах, их накрывают крышкой и создают разрежение над поверхностью металла в ковше. Снижение общего давления над расплавом вызывает рост газовых пузырьков, обогащение их растворенным водородом и всплывание этих пузырьков к открытой поверхности расплава. Вместе с водородными пузырьками всплывают и инородные частицы нерастворимых примесей, поры и трещины в которых служили центрами выделения растворенного газа.

3) Интенсификация процесса дегазации за счет применения УЗК-устройства в металлотрактах непосредственно перед заливкой расплава в кристаллизатор

4) Для повышения точности измерений содержания водорода в расплаве необходимо изменить методику отбора пробы: исключить перелив металла из пробоотборной ложки в изложницу и использовать изложницу непосредственно в качестве пробоотборника

Практическая значимость исследования
Полученные теоретические и экспериментальные результаты исследований будут использованы (исследования только начались с 03.10.2016 г.) для разработки комплекса организационно-технических мероприятий, в т. ч. на базе интеллектуальной собственности, направленных на совершенствование аппаратурно-технологической схемы подготовки и разливки металла на отечественных алюминиевых заводах. Это позволит разработать технические решения (аппаратурно-технологическая схема транспортировки, подготовки и разливки жидкого металла), которые создают условия для снижения содержания водорода в товарном алюминии и его сплавах до 0,10 см3/100 грамм Al и менее.