МПК 7 F27B 1/00 C21B 11/00

Способ рафинирования металла

Предлагаемый способ относится к металлургии и может быть применен в литейном производстве при получении металла для изготовления отливок.

Известен способ рафинирования металла, согласно которому через жидкий металл пропускают газ - аргон, а затем используют очищенный жидкий металл для заливки отливок (А.А.Абрамов, В.Г.Пегов, Г.А.Шматко «Производство стали», «Продувка стали аргоном в ковше новых конструкций» А.А.Абрамов, В.Г.Немченко, Н.Бастроков // Сталь,1973г. -№3, «Производство особой низкоуглеродистой стали путем продувки аргоном при обработке в порционном вакууматоре», Д.Я.Поволоцкий, О.К.Токовой, Р.Ф.Максутов и др., //Сталь,-1988г.-№7- с.34-36), согласно которому выравнивается температура и химический состав металла, снижается количество водорода в стали, частично удаляются неметаллические включения, что, в конечном счете, повышает механические и эксплуатационные свойства металла. Недостатком известного способа является то, что в жидком металле остается часть неудаленных неметаллических включений, а используемый для продувки жидкого металла газ – аргон имеет очень высокую стоимость, способ дорогой.

Из известных, наиболее близким по технической сущности, является способ рафинирования металла, согласно которому на жидком металле наводится «активный шлак», в который переходят из металла неметаллические включения, удаляемые вместе со шлаком, после чего жидкий металл используется для заливки отливок ( Трубин К.Г., Ойкс Г.Н. Метал-

150

лургия стали. Мартеновский процесс. - М.:Металлургиздат,1951, стр.110131; Шейн Я.П., Гудима Н.В. Краткий справочник металлурга по цветным металлам. - М.: Металлургия, 1964, стр.101). Однако, этот способ трудоемкий, длительный, мало эффективный, на его проведение затрачивается много энергии. Получаемый металл может быть не всегда достаточно чистым ( в нем могут оставаться неметаллические включения).

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение рафинирования металла, уменьшение затрат энергии, снижение трудоемкости этого процесса, повышение эффективности и полноты очистки металла от неметаллических включений, улучшение качества металла.

Сущность предлагаемого способа рафинирования металла заключается в том, что отдельно производят расплавление металла и соли, и расплавленный металл вливают в расплавленную соль, удельный вес которой меньше удельного веса металла, причем расплавленную соль подвергают вибрации.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет снизить трудоемкость процесса рафинирования металла, получать более чистый металл, улучшать качество металла, снизить энергозатраты и стоимость очистки металла.

Способ осуществляется следующим образом. Плавят соль, например, бариевую соль, и отдельно расплавляют металл, например, алюминий или алюминиевый сплав. Причем расплавленная соль должна иметь удельный вес меньше удельного веса металла, что и соответствует при использовании бариевой соли и алюминия. Расплавленную соль подвергают вибрации и в нее вливают расплавленный металл. Расплавленная соль, имея меньший удельный вес, чем металл, проходит через расплав металла, очищая металл от неметаллических включений. Вибрация расплава соли по-

151

вышает эффективность очистки металла от неметаллических включений. После прохождения через металл расплав соли скапливается на поверхности металла, вибрацию расплава прекращают, соль сливают с металла, и очищенный жидкий металл используют для заливки отливок. Этот процесс может быть неоднократным, что приводит к полной очистке металла от неметаллических включений. После использования соль охлаждают, растворяют в воде, удаляют из раствора перешедшие из металла неметаллические материалы, выпаривают воду, сушат очищенную соль, а затем плавят ее и повторно используют для осуществления изложенного выше способа. По извлеченным из раствора соли неметаллическим материалам определяют количество, вид и состав удаленных из металла неметаллических включений.

Выбор интенсивности вибрации расплавленной соли зависит от разности удельных весов расплава соли и очищаемого металла, а также от поверхности контакта расплавленной соли с расплавленным металлом, требуемой степени очистки металла от неметаллических включений. Чем меньше разность удельных весов соли и металла и меньше поверхность контакта соли и металла и чем чище требуется металл, тем должна быть больше интенсивность вибрации расплавленной соли. Удельный вес расплава соли должен быть в 1,5 –10,5 раза меньше расплавленного металла, вливаемого в расплавленную соль.

Пример осуществления способа

Производили плавку водорастворимой бариевой соли в тигельной печи и отдельно в другой тигельной печи плавили алюминий. Объем расплава был одинаковый, емкость тиглей была больше двойного объема со-

152

ли и металла. Температуру расплавов повышали до 800˚С, затем включали вибратор, присоединенный к тиглю с расплавом соли, и вливали расплав алюминия в расплавленную соль. После прохождения соли через металл и скопления расплава соли на поверхности металла отключали вибратор и выливали расплав соли вместе с расплавом металла в тигель, в котором плавили алюминий. Далее расплавленную соль сливали с жидкого металла и металл использовали для заливки отливок. После остывания соль растворяли в воде, удаляли из раствора неметаллические материалы, анализировали их, выпаривали воду, сушили соль, полученную из раствора, снова плавили ее и использовали для процесса очистки алюминия от неметаллических включений.

При использовании предлагаемого способа количество неметаллических включений в металле было в 2-3 раза меньше, длительность процесса рафинирования металла была в 3,5 – 5 раз меньше, расход электроэнергии на процесс в 1,5 – 2,6 раз меньше, предел прочности на растяжение очищенного металла в 1,2 –1,5 раз выше, чем при рафинировании металла известными способами.

Предлагаемый способ можно применять для рафинирования не только алюминиевых сплавов, но и сплавов, содержащих медь, железо, олово, свинец, никель, хром, серебро, золото, платину и другие компоненты.

153

154

155

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Почему изобретения позволяют совершенствовать процессы и устройства?

2.В каких случаях изобретения существенно влияют на процессы?

3.Зачем выполняется математическое моделирование?

4.Почему интеллектуальные разработки надо защищать?

5.Зачем при моделировании надо делать матрицу ортогональной, от чего зависит количество коэффициентов ортогональности?

6.На основе чего и как выявляются коэффициенты ортогональности?

7.Можно ли определять коэффициенты регрессии независимо друг от друга, если матрица не будет ортогональной?

8.Почему рационально выполнять параллельные опыты на среднем уровне факторов, сколько надо проводить таких опытов, как определяется дисперсия опытов?

9.В чем преимущества независимого определения коэффициентов регрессии?

10.Почему дисперсия в определении коэффициентов регрессии рассчитываются независимо друг от друга, и как это делается?

11.Как определяют расчетные t-критерии, с чем их сравнивают, в каких случаях коэффициенты регрессии – значимые, а в каких – незначимые?

12.Зачем сравнивают введенные величины показателей с рассчитанными (по разностям и в процентах)?

13.О чем свидетельствует незначимость коэффициентов регрессии?

14.Как определяется адекватность и точность математической модели?

156

15.Как выявляются уравнения регрессии двухфакторного, трехфакторного, многофакторного процесса?

16.Почему совпадает количество опытов в плане и количество членов в уравнении регрессии?

17.Почему для каждого фактора отдельно выявляются коэффициенты ортогонализации?

18.Почему надо выполнять расчеты на ЭВМ с такой точностью, какую может обеспечить вычислительная машина?

19.В каких случаях рационально применять язык программирования Бейсик?

20.Каков алгоритм математического моделирования, почему надо до рассмотрения компьютерных программ изучить язык программирования Бейсик, можно ли не зная операторов языка Бейсик рассматривать и анализировать программы на этом языке?

21.Из каких частей состоят программы математического моделирования?

22.Почему расчеты по математическим моделям надо выполнять, используя общую программу математического моделирования?

23.Как выполняются расчеты по математическим моделям и графические построения?

24.Каковы преимущества представления результатов расчетов в абсолютных и относительных величинах, как выявляются максимальные и минимальные величины?

25.Почему выполнение программ надо заносить в файлы?

26.Можно ли оптимизировать, прогнозировать процессы, изобретать на основе моделирования?

157

27.Как выявляются факторы, существенно влияющие на показатели процесса, как можно уменьшить количество факторов, что дает применение комплексных факторов?

28.Почему надо изменять масштабы при графических построениях и что при этом достигается?

29.В каких случаях следует применять разные методы моделирования? 30.Какова эффективность моделирования, в чем заключаются преимущества изложенных выше методик математического моделирования? 31.Зачем в компьютерных программах предусмотрены различные переходы и можно ли их применять, если использовать не язык Бейсик, а

другие языки программирования?

32.Что дает применение в компьютерных программах управляющей величины Х?

33.Чем отличается аппроксимация от математического моделирования, в каких случаях надо применять многократно аппроксимацию?

34.Какие части компьютерных программ относятся к аппроксимации, выявлению математической модели, выполнению расчетов по математической модели, поиску максимальных и минимальных величин показателей, графическому построению зависимости показателя от фактора?

35.Почему по программе строятся графики и как это выполняется? 36.Можно ли многократно изменять масштабы графических построений

и если можно, то зачем это надо делать?

37.Почему для выбора показателей степени фактора в исходном уравнении надо несколько раз использовать часть компьютерной программы, которая предусматривает аппроксимацию и в каких случаях

158

после рассмотрения результатов аппроксимации можно переходить к математическому моделированию?

38.Что дает использование аппроксимации в комплексных компьютерных программах, как проверяется точность полученных результатов аппроксимации, а затем и математических моделей?

39.Почему использование файлов упрощает компьютерные программы на языке Бейсик, как выполняется анализ результатов выполнения программ при рассмотрении файлов, можно ли из файлов исключить ненужные сведения и добавлять необходимые для разъяснения полученных данных?

40.Как достигается универсальность компьютерных программ?

41.Почему математическое моделирование позволяет выполнять фундаментальные научные исследования, какие результаты моделирования рационально вносить в научные отчеты и использовать при разработке изобретений?

159

ЛИТЕРАТУРА

1.Черный А.А. Математическое моделирование в литейном производстве: Учеб.пособие – Пенза: Пенз.гос.ун-т, 2006. – 215 с.

2.Пат. № 2284976 Российская Федерация. МПК С04В 35/657, С04В 5/00. Способ получения неметаллической отливки [Текст]/Черный А.А., Черный В.А., Соломонидина С.И., Брилевич М.С.; заявитель и патентообладатель Пензенский государственный университет. - № 2005113639/03, заявл. 04.05.05; опубл. 10.10.06. Бюл. № 28. – 3 с.

3.Черный А.А. Каменное литье, его производство, применение и совершенствование: Учебное пособие. – Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та, 2007.

–79 с.

4.Пат. 2290381 Российская Федерация. МПК С04В 32/00, С03С 10/00. Способ получения искусственного камня [Текст] / Черный А.А., Черный В.А., Соломонидина С.И.; заявитель и патентообладатель Пензенский государственный университет - № 2005116384/03; заявл. 30.05.05; опубл. 27.12.06. Бюл. № 36. – 4 с.

5.Черный А.А. Математическое моделирование при планировании экспериментов на четырех уровнях факторов: учебное пособие/А.А. Черный.

–Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та, 2006. – 86 с.

6.Пат. 2292253 Российская Федерация. МПК В22D 25/00. Способ получения литых деталей [Текст]/Черный А.А., Черный В.А., Соломонидина С.И.; заявитель и патентообладатель Пензенский госудерственный университет. - № 2005113640/02, заявл. 04.05.05; опубл. 27.01.07. Бюл. №3. – 4 с.

7.Черный А.А. Математическое моделирование при планировании экспериментов на двух уровнях факторов: учеб. пособие / А.А. Черный. – Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2006. – 36 с.

8.Черный А.А. Математическое моделирование при планировании экспериментов на трех уровнях факторов: учеб. пособие / А.А. Черный. – Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2006. – 80 с.

9.Черный А.А. Компьютерные программы математического моделирования и расчетов по математическим моделям: учеб. пособие. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. – 197 с.

10.Пат. 2287022 Российская Федерация. МПК С22В 9/10, С21С 7/076. Способ рафинирования металла [Текст] / Черный А.А., Моргунов В.Н., Соломонидина С.И.; заявитель и патентообладатель Пензенский государственный университет - № 200511103/02; заявл. 15.04.05; опубл.10.11.06.Бюл. №31.–3с.

11.Пат. 2283724 Российская Федерация. МПК В22D 27/18. Способ получения отливки [Текст] / Черный А.А., Черный В.А., Соломонидина С.И., Ковалева А.В.; заявитель и патентообладатель Пензенский государственный университет - № 2005112432/02; заявл. 25.04.05; опубл. 20.09.06. Бюл № 26. – 4 с.

12.Калугина К.В. Прогнозирование технологии производства стали / К.В. Калугина, С.К. Михайлов, Б.К. Святкин, Е.И. Белякова. – М.: Металлургия, 180. – 200 с.

161

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………. 3

ИЗОБРЕТЕНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПОЛУЧЕНИЮ НОВЫХ МАТЕРИ-

АЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ………………………………………………………..4

РАЗРАБОТКИ ПО ЭФФЕКТИВНОМУ СЖИГАНИЮ ТОПЛИВА В ТЕП-

ЛОВЫХ АГРЕГАТАХ ……………………………………………………….71

СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ……….148 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ……………………………………………….155

ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………..159

162

Черный Анатолий Алексеевич, Черный Вадим Анатольевич, Дурина Татьяна Анатольевна, Соломонидина Светлана Ивановна

СБОРНИКЭФФЕКТИВНЫХИЗОБРЕТЕНИЙ(НОВЫЕСПОСОБЫ,УСТРОЙСТВАПРИМЕНИТЕЛЬНОКЛИТЕЙНОМУПРОИЗ-

ВОДСТВУ,ТЕПЛОТЕХНИКЕ)

Учебное пособие

Пензенский государственный университет 440026, Пенза, Красная, 40

163