Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», кафедра «Литейные технологии
и художественная обработка материалов», Москва, Россия:

А. В. Колтыгин, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: koltygin.av@misis.ru
А. В. Павлов, аспирант, эл. почта: pavloveone@mail.ru
В. Е. Баженов, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: v.e.bagenov@gmail.com
А. А. Никитина, учебный мастер I категории, эл. почта: nikitina.misis@gmail.com

В настоящей работе с помощью физических моделей с применением импеллера выполнено моделирование процесса продувки магниевого расплава инертным газом (аргоном) в модельных средах (жидкости и газе) в целях рафинирования расплава от неметаллических включений. В качестве модельных сред на основе принципа подобия выбраны 7%-ный водный раствор NaCl и воздух. Испытан прототип импеллера собственной конструкции, применены методы физического моделирования на прозрачной физической модели. Показано, что эффективность проработки объема жидкого металла зависит от плотности распределения пузырьков газа по объему, которая обусловлена скоростью вращения импеллера и расходом газа, а также геометрией импеллера. Установлено, что в случае использования разработанной конструкции импеллера число пузырьков, диспергируемых в жидкости, в значительной мере обусловлено скоростью вращения импеллера и в меньшей — уровнем расхода газа. Увеличение расхода газа выше определенной величины не приводит к росту числа пузырьков газа и объема прорабатываемой жидкости. В ходе исследований при использовании импеллера предложенной конструкции определен режим обработки металла, обеспечивающий распределение мелких пузырьков газа практически по всему объему образца, для цилиндрического тигля диаметром 660 мм, высотой 1140 мм промышленной магниевой плавильной печи (скорость вращения импеллера 488 мин^–1 при расходе аргона ~15,6 л/мин).

1. Polmear I. J. Magnesium alloys and applications // Materials Science and Technology. 1994. Vol. 10. P. 1–16.
2. Polmear I. J. Light alloys: from traditional alloys to nanocrystals. — Elsevier, 2005. — 421 р.
3. Шаломеев В. А. Улучшение макро- и микроструктуры авиационного литья из магниевых сплавов // Вестник двигателестроения. 2013. № 1. С. 127–132.
4. Игнатов М. Н., Пшеничников А. Ф., Мухина Е. В., Балахнин Н. И., Курганов А. А. и др. Очистка магниевых сплавов от твердых окислов путем продувки нейтральными газами // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика и технология материалов и конструкций. 2002. № 5. С. 39–43.
5. Мухина И. Ю. Литейные сплавы и техпроцессы при производстве магниевых отливок // Литейное производство. 2003. № 4. С. 18, 19.
6. Ghali E., Dietzel W., Kainer K.-U. General and localized corrosion of magnesium alloys: A critical review // Journal of Materials Engineering and Performance. 2004. Vol. 13. P. 7–23.
7. Balart M., Patel J., Fan Z. Melt protection of Mg – Al based alloys // Metals. 2016. Vol. 131, Iss. 6. DOI: 10.3390/met6060131
8. Mirak A. R., Davidson C. J., Taylor J. A. Study on the early surface films formed on Mg – Y molten alloy in different atmospheres // J. Magnes. Alloy. 2015. Vol. 3, Iss. 3. P. 173–179.
9. Xiong S., Wang X. Protection behavior of fluorine-containing cover gases on molten magnesium alloys // T. Nonferr. Metal. Soc. 2010. Vol. 20, Iss. 7. P. 1228–1234.
10. Мухина И. Ю., Дуюнова В. А. Основы технологии плавки магниевых сплавов в защитных средах // Литейное производство. 2021. № 1. С. 9–15.
11. Бобрышев Б. Л., Моисеев В. С., Александрова Ю. П., Моисеев К. В., Бобрышев Д. Б. и др. Совершенствование комплексной обработки магниевых сплавов при плавке // Технология легких сплавов. 2021. № 3. С. 35–44.
12. Волкова Е. Ф., Мухина И. Ю. Новые материалы на магниевой основе и высокоресурсные технологии их производства // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 28–34.
13. Бобрышев Б. Л., Моисеев В. С., Кипин И. А., Петров И. А. Структура и свойства сплава МЛ5 при различных способах модифицирования // Известия вузов. Цветная металлургия. 2019. № 4. C. 23–29.
14. Пат. 2701248 РФ. Способ бесфлюсовой плавки магниевых сплавов системы магний – алюминий – цинк – марганец и устройство для его осуществления / Бобрышев Б. Л., Моисеев В. С., Сидякин В. А., Попков Д. В., Бобрышев Д. Б. и др. ; заявл. 25.06.2018 ; опубл. 25.09.2019.
15. Пат. 2745049 РФ. Устройство для рафинирования жидкого магниевого сплава продувкой / Окулов А. Б., Юдин В. А., Колтыгин А. В., Баженов В. Е., Никитина А. А. и др. ; заявл. 07.08.2020 ; опубл. 18.03.2021.
16. Пат. 2173722 РФ. Устройство для обработки магниевых сплавов газами при бесфлюсовом приготовлении / Якимов В. И., Калинин А. Т., Якимов А. В. ; заявл. 27.07.2000 ; опубл. 20.09.2001.
17. Liu Y., Zhang Z., Masamichi S., Zhang J., Shacy P. et al. Improvement of impeller blade structure for gas injection refining under mechanical stirring // Journal Of Iron And Steel Research International. 2014. Vol. 21, Iss. 2. P. 135–143.
18. Hernández-Hernández M., Camacho-Martínez J. L., González-Rivera C., Ramírez-Argáez M. A. Impeller design assisted by physical modeling and pilot plant trials // Journal of Materials Processing Technology. 2016. No. 236. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.04.031
19. Zhang L., Lv X., Torgerson A. T., Long M. Removal of impurity elements from molten aluminum: A review // Miner. Process. Extr. Metll. Rev. 2011. Vol. 32, Iss. 3. P. 150–228.
20. Saternus M., Merder T. Physical modelling of aluminum refining process conducted in batch reactor with rotary impeller // Metals. 2018. No. 8. 726.
21. Saternus M., Merder T. Physical modeling of the impeller construction impact on the Aluminum Refining Process // Materials. 2022. No. 15. 575.