RU2701248C1

RU2701248C1 - Method for flux-free melting of magnesium alloys of magnesium-aluminum-zinc-manganese system and device for its implementation

Info

Publication number: RU2701248C1
Application number: RU2018122942A
Authority: RU
Inventors: Борис Леонидович Бобрышев; Виктор Сергеевич Моисеев; Виталий Александрович Сидякин; Денис Владимирович Попков; Данила Борисович Бобрышев; Кирилл Викторович Моисеев
Original assignee: Борис Леонидович Бобрышев; Виктор Сергеевич Моисеев; Виталий Александрович Сидякин; Денис Владимирович Попков; Данила Борисович Бобрышев; Кирилл Викторович Моисеев
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2019-09-25

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for fluxless melting of magnesium alloys of magnesium-aluminum-zinc-manganese system. Protective gas medium above melt surface is created in the form of mixture of oxygen-free carbon-containing gases and inert gas in ratio (1–10)÷(1–20), which is supplied through a tube having holes in its lower ring-shaped part, wherein when creating protective atmosphere said mixture is supplied above surface of melt until reaching its temperature of 730–750 °C, and then performing melt modification and refining by immersion into melt of said lower annular part of tube, through which said mixture of gases is supplied for 10–20 minutes with simultaneous mixing of melt by means of mechanism for its mixing, and after completion of the modification and refining process, said mechanism and tube are removed from the melt and said mixture of gases is fed above the melt surface until the melt is poured into molds.EFFECT: invention makes it possible to create protective gas medium from active and inert gases for blowing melt, simultaneously performing modification and refining.5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при бесфлюсовой плавке магниевых сплавов системы магний-алюминий-цинк-марганец (Mg-Al-Zn-Mn).The invention relates to the field of metallurgy and can be used for flux-free melting of magnesium alloys of the magnesium-aluminum-zinc-manganese (Mg-Al-Zn-Mn) system.

Известен способ бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma, включающий расплавление магния, введение компонентов сплава в защитной газовой среде, продувку расплава модификатором при температуре 730÷750°С (см. напр. патент РФ 2623965, МПК B22D 1/00, опубл. 27.06.2017).A known method of flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Ma system, including the melting of magnesium, the introduction of alloy components in a protective gas environment, blowing the melt with a modifier at a temperature of 730 ÷ 750 ° C (see, for example, RF patent 2623965, IPC B22D 1 / 00, published on June 27, 2017).

Недостатком известного способа является то, что для создания защитной газовой среды и продувки расплава модификатором используют различные газы и их смеси, то есть необходима широкая номенклатура газов и соответственно усложняется процесс плавки за счет наличия этапа создания над расплавом защитной газовой среды, а только затем при достижении расплавом заданной температуры производят продувку расплава модификатором содержащим смесь других газов.The disadvantage of this method is that to create a protective gas environment and purge the melt with the modifier, various gases and their mixtures are used, that is, a wide range of gases is necessary and, accordingly, the melting process is complicated due to the stage of creating a protective gas environment over the melt, and only then when a melt of a given temperature purge the melt with a modifier containing a mixture of other gases.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа бесфлюсовой плавки магниевых сплавов путем использования предложенной смеси активного и инертного газов, которая создает защитную газовую среду и используется для продувки расплава, осуществляя одновременно модифицирующий эффект и рафинирование, и предложено устройство для осуществления предложенного способа.The basis of the invention is the task of improving the method of flux-free melting of magnesium alloys by using the proposed mixture of active and inert gases, which creates a protective gas environment and is used to purge the melt, while simultaneously modifying the effect and refining, and a device for implementing the proposed method is proposed.

Поставленная задача решается тем, что в способе бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma, включающем расплавление магния, введение компонентов сплава в защитной газовой среде, продувку расплава модификатором при температуре 730÷750°С, над поверхностью расплава располагают трубку с кольцеобразной нижней частью и через отверстия выполненные в кольцеобразной части подают смесь активного и инертного газов в соотношении (1÷10)÷(1÷20) над поверхностью расплава до достижения его температуры 730÷750°С, затем погружают кольцевую часть трубки в расплав и производят подачу смеси газов в течение 10÷20 минут с одновременным перемешиванием расплава, после завершения процесса подачи смеси газов непосредственно в расплав, извлекают мешалку и кольцевую часть трубки из расплава одновременно или в любой последовательности и проводят подачу смеси газов над поверхностью расплава до момента заливки расплава в формы, при этом в качестве активного газа могут подавать смесь бескислородных углесодержащих газов в виде бесхлоридного и хлорсодержащего фреонов в соотношении (1÷20)÷(1÷30), перемешивание расплава начинать и производить при температуре расплава 720÷730°С передопусканием кольцевой части трубки в расплав, во время подачи смеси активного и инертного газов непосредственно в объем расплава производят перемещение кольцевой части трубки в расплаве вверх-вниз.The problem is solved in that in the method of flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Ma system, including the melting of magnesium, the introduction of alloy components in a protective gas medium, the melt is purged with a modifier at a temperature of 730 ÷ 750 ° C, a tube with the ring-shaped lower part and through the holes made in the ring-shaped part serve a mixture of active and inert gases in the ratio (1 ÷ 10) ÷ (1 ÷ 20) above the surface of the melt until its temperature reaches 730 ÷ 750 ° C, then the ring part of the pipes is immersed and into the melt and produce a mixture of gases for 10 ÷ 20 minutes while stirring the melt, after the process of supplying a mixture of gases directly to the melt, remove the stirrer and the annular part of the tube from the melt simultaneously or in any sequence and supply the mixture of gases over the surface of the melt until the melt is poured into molds, the mixture of oxygen-free carbon-containing gases in the form of chloride-free and chlorine-containing freons in the ratio of (1 ÷ 20) ÷ (1 ÷ 30), variable melt sewing should be started and carried out at a melt temperature of 720–730 ° С by re-letting the annular part of the tube into the melt, while feeding the mixture of active and inert gases directly into the melt volume, the annular part of the tube will be moved up and down in the melt.

Поскольку над поверхностью расплава располагают трубку с кольцеобразной нижней частью и через отверстия выполненные в кольцеобразной части подают смесь активного и инертного газов в соотношении (1÷10)÷(1÷20) над поверхностью расплава до достижения его температуры 730÷750°С, затем погружают кольцевую часть трубки в расплав и производят подачу смеси газов в течение 10÷20 минут с одновременным перемешиванием расплава, после завершения процесса подачи смеси газов непосредственно в расплав, извлекают мешалку и кольцевую часть трубки из расплава одновременно или в любой последовательности и проводят подачу смеси газов над поверхностью расплава до момента заливки расплава в формы, при этом в качестве активного газа могут подавать смесь бескислородных углесодержащих газов в виде бесхлоридного и хлорсодержащего фреонов в соотношении (1÷20)÷(1÷30), перемешивание расплава начинать и производить при температуре расплава 720÷730°С перед опусканием кольцевой части трубки в расплав, во время подачи смеси активного и инертного газов непосредственно в объем расплава производить перемещение кольцевой части трубки в расплаве вверх-вниз, обеспечивается использование предложенной смеси активного и инертного газов для создания защитной газовой среды и для продувки расплава, осуществляя одновременно модифицирующий эффект и рафинирование, посредством устройства для осуществления способа бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma содержащем стойки и смонтированные в них с возможность возвратно-поступательного перемещения трубку с кольцеобразной нижней частью и механизм для перемешивания расплава, а также дополнительно содержащем блок автоматического контроля, управления и регулирования движениями трубки с кольцеобразной нижней частью и механизмом для перемешивания расплава, подачей смеси газов в зависимости от режимов плавки, при этом механизм для перемешивания расплава установлен на стойке с возможностью вхождения в кольцеобразную часть трубки при их относительных возвратно-поступательных перемещениях, а кольцеобразная часть трубки выполнена с отверстиями для круговой подачи смеси газов.Since a tube with an annular lower part is placed above the melt surface and a mixture of active and inert gases is supplied through holes made in the annular part in the ratio (1 ÷ 10) ÷ (1 ÷ 20) above the melt surface until its temperature reaches 730 ÷ 750 ° С, then immerse the annular part of the tube into the melt and produce a mixture of gases for 10 ÷ 20 minutes while stirring the melt, after the process of supplying the mixture of gases directly to the melt, remove the stirrer and the annular part of the tube from the melt o simultaneously or in any sequence, the mixture of gases is supplied above the melt surface until the melt is poured into molds, while the mixture of oxygen-free carbon-containing gases in the form of chloride-free and chlorine-containing freons in the ratio (1 ÷ 20) ÷ (1 ÷ 30 ), the melt mixing should be started and carried out at a melt temperature of 720 ÷ 730 ° C before lowering the annular part of the tube into the melt, while moving the mixture of active and inert gases directly into the melt volume, move to of the upper part of the tube in the melt up and down, it is possible to use the proposed mixture of active and inert gases to create a protective gas environment and to purge the melt, while simultaneously modifying and refining, using a device for implementing the method of flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn- system Ma containing racks and mounted in them with the possibility of reciprocating movement of the tube with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt, as well as an additional containing a block for automatic monitoring, control and regulation of tube movements with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt, supplying a mixture of gases depending on the melting conditions, while the mechanism for mixing the melt is mounted on a rack with the possibility of entering the annular part of the tube with their relative return - translational movements, and the annular part of the tube is made with holes for the circular supply of a mixture of gases.

Устройство для осуществления способа бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma содержит стойки 6 и 8 и смонтированные в них с возможность возвратно-поступательного перемещения трубку 7 с кольцеобразной нижней частью и механизм для перемешивания расплава 5. Механизм 5 для перемешивания расплава установлен на стойке 6 с возможностью вхождения в кольцеобразную часть трубки 7 при ихотносительных возвратно-поступательных перемещениях, а кольцеобразная часть трубки 7 выполнена с отверстиями (на графическом материале условно не показаны) для круговой подачи смеси газов. Стойки 6 и 8 установлены на плавильной печи 1, внутри которой находится плавильный выемной тигель 2 с крышкой 3, которая имеет съемную часть 4, которой закрывают тигель после окончания модифицирования. Блок 9 автоматического контроля, управления и регулирования движениями трубки с кольцеобразной нижней частью и механизмом для перемешивания расплава, а также подачей смеси газов в зависимости от режимов плавки позволяет, в частности, точно соблюдать временные режимы плавки, особенно в части подачи газов при изменении температуры расплава.A device for implementing the method of flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Ma system contains racks 6 and 8 and a tube 7 with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt 5 mounted thereon with a possibility of reciprocating movement. A mechanism 5 for mixing the melt is installed on the stand 6 with the possibility of entering the annular part of the tube 7 with their relative reciprocating movements, and the annular part of the tube 7 is made with holes (on graphical material, conditionally not yet anes) for circular supply of the gas mixture. Racks 6 and 8 are installed on a melting furnace 1, inside of which there is a melting extraction crucible 2 with a cover 3, which has a removable part 4, which covers the crucible after completion of the modification. The unit 9 for automatic control, control and regulation of the movements of the tube with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt, as well as the supply of a gas mixture depending on the melting modes, allows, in particular, to accurately observe the temporary melting modes, especially in terms of gas supply when the melt temperature changes .

Способ бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma осуществляют следующим образом.The method of flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Ma system is as follows.

С тигля 2 помещенного в плавильную печь 1 убирают съемную часть 4 крышки 3 и в тигель 2 опускают трубку 7 с кольцеобразной нижней частью и подают смесь активного и инертного газов в соотношении (1÷10)÷(1÷20) над поверхностью расплава до достижения его температуры 730÷750°С, создавая защитную газовую среду. Затем посредством привода (на графическом материале условно не показан) погружают кольцевую часть трубки 7 в расплав и производят подачу смеси газов в течение 10÷20 минут с одновременным перемешиванием расплава механизмом 5, который может быть выполнен в виде мешалки с лопастями направленными навстречу друг другу. Механизм 5 имеет привод вращения и возвратно- поступательного перемещения (на графическом материале условно не показан) в стойке 6. Поскольку кольцевая часть трубки 7 выполнена с отверстиями, а мешалка с лопастями расположена над центром кольцевой части трубки 7, то это позволяет равномерно подавать смесь газов, как над расплавом, так и при погружении кольцевой части трубки 7 в расплав, обеспечивая полнообъемное равномерное распределение смеси газов в расплаве, учитывая, что при этом идет интенсивное перемешивание расплава механизмом 5. Все это в совокупности позволяет равномерно распределить углерод образующийся в процессе реакций по всему объему расплава и осуществлять одновременно модифицирующий эффект и рафинирование. Подачу смеси газов проводят в течение 10÷20 минут с одновременным перемешиванием расплава. Снабжение устройства для осуществления способа блоком 9 автоматического контроля, управления и регулирования движениями трубки с кольцеобразной нижней частью и механизмом для перемешивания расплава, а также подачей смеси газов в зависимости от режимов плавки позволяет, в частности, точно соблюдать временные режимы плавки, особенно в части подачи газов при изменении температуры расплава.The removable part 4 of the lid 3 is removed from the crucible 2 placed in the melting furnace 1 and the tube 7 with the ring-shaped lower part is lowered into the crucible 2 and a mixture of active and inert gases is fed in the ratio (1 ÷ 10) ÷ (1 ÷ 20) above the melt surface until its temperature is 730 ÷ 750 ° C, creating a protective gas environment. Then, by means of a drive (conventionally not shown on graphic material), the annular part of the tube 7 is immersed in the melt and the gas mixture is supplied for 10 ÷ 20 minutes while the melt is mixed by mechanism 5, which can be made in the form of a mixer with blades directed towards each other. The mechanism 5 has a rotation and reciprocating drive (not shown conventionally on the graphic material) in the rack 6. Since the annular part of the tube 7 is made with holes and the stirrer with blades is located above the center of the annular part of the tube 7, this allows a uniform mixture of gases both above the melt and when the annular part of the tube 7 is immersed in the melt, providing a full-volume uniform distribution of the gas mixture in the melt, given that there is intensive mixing of the melt with mechanism 5. All this together allows you to evenly distribute the carbon formed in the process of reactions throughout the volume of the melt and to simultaneously carry out a modifying effect and refining. The supply of a mixture of gases is carried out for 10 ÷ 20 minutes while stirring the melt. Providing the device for the implementation of the method with block 9 of automatic control, control and regulation of the movements of the tube with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt, as well as the supply of a mixture of gases depending on the melting modes, allows, in particular, to accurately observe the temporary melting modes, especially in terms of supply gases when the melt temperature changes.

После завершения процесса подачи смеси газов непосредственно в расплав, извлекают механизм 5 и кольцевую часть трубки 7 из расплава одновременно или в любой последовательности и проводят подачу смеси газов над поверхностью расплава до момента заливки расплава в формы. В качестве активного газа подают смесь бескислородных углесодержащих газов в виде бесхлоридного и хлорсодержащего фреонов в соотношении (1÷20)÷(1÷30).After completion of the process of supplying the gas mixture directly to the melt, the mechanism 5 and the annular part of the tube 7 are removed from the melt simultaneously or in any sequence, and the gas mixture is fed above the surface of the melt until the melt is poured into molds. As an active gas, a mixture of oxygen-free carbon-containing gases in the form of chloride-free and chlorine-containing freons is fed in the ratio (1 ÷ 20) ÷ (1 ÷ 30).

Перемешивание расплава в некоторых случаях, что является ноу-хау, начинают и производят при температуре расплава 720÷730°С перед опусканием кольцевой части трубки 7 в расплав.Mixing of the melt in some cases, which is know-how, is started and performed at a melt temperature of 720–730 ° C before lowering the annular part of the tube 7 into the melt.

Предложенный способ бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Ma и устройство для его осуществления позволяют обеспечить использование заявленной смеси газов и в определенном их соотношении использовать эту смесь для создания защитной среды, как модификатор и осуществлять рафинирование. Выполнение устройства с блоком 9 автоматического контроля, управления и регулирования движениями трубки с кольцеобразной нижней частью и механизмом для перемешивания расплава, а так же подачей смеси газов в зависимости от режимов плавки позволяет осуществлять временной, температурный контроли, осуществлять изменение состава смеси газов и ее давления, то есть проводить полный контроль над режимом плавки и протекании соответствующих процессов.The proposed method for flux-free melting of magnesium alloys of the Mg-Al-Zn-Ma system and a device for its implementation make it possible to use the claimed gas mixture and to use this mixture in a certain ratio to create a protective environment as a modifier and to carry out refining. The implementation of the device with block 9 for automatic control, control and regulation of the movements of the tube with an annular lower part and a mechanism for mixing the melt, as well as the supply of a gas mixture depending on the melting conditions, allows for temporary, temperature control, change the composition of the gas mixture and its pressure, that is, to carry out full control over the melting mode and the course of the corresponding processes.

Claims

1. A method for flux-free melting of magnesium alloys of the magnesium-aluminum-zinc-manganese system, comprising introducing and melting the alloy components in a crucible of a melting furnace in a protective gas medium created above the melt surface, modifying and refining, characterized in that the protective gas medium is above the melt surface create in the form of a mixture of oxygen-free carbon-containing gases and inert gas in the ratio (1-10) ÷ (1-20), which is fed through a tube having holes in its lower annular part, while creating a protective the atmosphere, the mixture is fed above the surface of the melt until it reaches a temperature of 730-750 ° C, and then the melt is modified and refined by immersing the aforementioned lower annular part of the tube through which the said gas mixture is fed for 10-20 minutes while stirring the melt by means of a mechanism for mixing it, and after completion of the process of modification and refining, the above-mentioned mechanism and tube are removed from the melt and the mixture of gases is fed over the surface of the melt until the melt is poured into molds.

2. The method according to p. 1, characterized in that the ratio of chloride-free and chlorine-containing freons in a mixture of oxygen-free carbon-containing gases is (1-20) ÷ (1-30).

3. The method according to p. 1, characterized in that the melt mixing is started and produced at a melt temperature of 720-730 ° C before lowering the annular part of the tube into the melt.

4. The method according to p. 1, characterized in that during the supply of the said mixture of gases directly into the volume of the melt, the lower annular part of the tube is moved up and down in the melt.

5. Device for flux-free melting of magnesium alloys of the magnesium-aluminum-zinc-manganese system, containing a melting furnace with a crucible for melting alloy components in a protective gas environment, characterized in that it is equipped with racks mounted on the melting furnace, mounted in them with the possibility of return - translational movement by a tube having in the annular lower part of the hole for supplying gases to the crucible, and a mechanism for mixing the melt, and a unit for automatic control, control and regulation of movements notifications mentioned tube and feed mechanism and said mixture of gases depending on melting conditions, wherein said mechanism is mounted at the front to come into an annular portion of the tube in their relative reciprocating movement.