Способ получения лигатуры алюминий-кремний-марганец в алюминиевом электролизере

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-КРЕМНИЙ-МАРГА11ЕЦ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ, включающий введение в электролизер сырья, содержащего кремний и марганец, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии за счет уменьшения падения йапряжения в Катоде путем исключения образования в катодном металле интерметаллкдов , процесс ведут при содержании марганца в катодном металле 5,0-9,0% и суммы марганца, и кремния 5,5-11,0% от массы катодного металла. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) 3(51) С 25 С 3 36 е

t вью »:..,;, . ..с

Pi.А ..g f (;=;,, j ») ° ° .. > 3

Б " .- г ву Г .. Б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

С.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3458149/22-02 (22) 23.06 ° 82 (46) 23.01 .84. Бюл. Р 3 (.72) В.Н.Сенин, В.В.Волков, (O.Н.Сте« панов, Ф.Д.Демидов-Полякман,.

Е.И.Сергии, П.А.Койнов и A.A.Êîñòûлев (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (3) 669.715.782.74(088.8) (56) 1. Патент ЧССР Р 156971, кл. С 22 С 21/02, опублик. 1975.

2. Патент США 9 3951764, .кл. 204-71, 1976. ,3. Патент ЧССР Р 91342, кл. 40 с 6/04, 1959. (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ

АЛЮМИНИЙ-КРЕМНИЙ-МАРГАНЕЦ В АЛЮМИНИЕВОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ, включающий ввадение в электролизер сырья, содержащего кремний и марганец, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения в катоде путем исключения образования в катодном металле интерметаллидов, процесс ведут при содержании марганца в катодном метал-, ле 5,0-9,0% и суммы марганца,и крем- ния 5,5-11,ОЪ от массы катодного металла.

1068546

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к произ водству алюминия, и может быть использовано для получения лигатуры алюминий-кремний;марганец в электролизерах.

В настоящее время лигатуру дпя приготовления алюминиевых сплавов производят как в нагревательных печах (электрические печи, индукционные печи), так и в электролизерах.

В первом случае возникает необходимость значительного перегрева алюминия и легирующих компонентов, что приводит к их потерям в виде уга ра до 15-20%. Более рациональным является производство лигатур в алюминиевых электролизерах, где используется тепло процесса электролиза.

Эффективность производства лигатур в алюминиевых электролйзерах зависит от содержания легирующих компонентов в катодном металле, так как при их содержании выше оптимального могут образовываться интерметаллиды. Осаждение интерметаллидов на угольном катоде приводит к уве;. личению сопротивления катода и повышенному расходу электроэнергии. Кроме того, повышенное содержание интерметаллидов в лигатуре ухудшает качество алюминиевых сплавов.

Известен способ получения лигатуры алюминий-кремний, согласно которому для получения лигатуры кремний вводится в электролизер в виде двуокиси кремния при весовом соотно-, шении с окисью алюминия 1:1 - 1:50.

Процесс ведут при напряжении до 5 R и непрерывном добавлении окислов (1g

Недостатком данного способа является повышенное напряжение на электролизере (нормальное напряжение составляет 4,2-4,4 В ) и необходимость установки дополнительного оборудования для непрерывного добавления окислов.

Известен также способ получения лигатуры алюминий-марганец, согласно которому для производства лигатуры в электролизер вводят окислы марганца C2 l.

Недостатком этого способа является необходимость дополнительного перемешивания для полного восстановления окислов марганца. Неполное восстановление окислов может привести к осаждению их на угольном катоде, что вызовет повышение сопротивления катода и увеличение расхода электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению является способ получения лигатуры алюминий-кремний-марганец в алюминиевом элейтролизере, включающий введение легирующих элементов в от\

20 тем, что согласно способу получения

5

40 дельности или в смеси непосредственно в злектролизер в точно дозированных количествах в определенные временные интервалы СЗЗ.

Однако известный способ не нашел широкого практического применения из-за необходимости вводить в электролизер дорогостоящие чистые металлы (кремний, марганец). Отсутствие рекомендаций по содержанию компонентов в катодном металле приводит к повышению расхода электроэнергии и трудозатрат за счет образования интерметаллидов.

Целью изобретения является снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения падения напряжения в като"де путем исключения образования в катодном металле интерметаллидов.

Поставленная цель достигается лигатуры алюминий-кремний-марганец в алюминиевом электролизере, включающему введение в электролизер сырья, содержащего кремний и марганец, процесс ведут при содержании марганца в катодном металле 5,0

9,0Ъ и суммы кремния и марганца

5,5-11,0Ъ от массы катодного металла °

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в там, что за счет выдерживания оптимальных концентраций легирующих элементов в катодном металле исключается образование в нем интерметаллидов. Это позволяет повысить качество сплавов, снизить расход . электроэнергии и трудовые затраты.

Для определения оптимальных условий производства лигатуры проводили серию лабораторных опытов при температуре нормального процесса электролиза (965 С ) . В качестве. электролитической ячейки использовали графитошамотные тигли, помещаемые в электрическую печь сопротивления. Анодами служили угольные электроды с ме.таллическими стержнями, катодом— жидкий металл;. дно тигля, металлический стержень (токоотвод ), электролитом — криолит — 5Ъ М 0 . В качестве легирующего сырья использовали силикомарганец марки СМН17 (ГОСТ 4756-70 ) и силуминовые шлаки состава 75 мас.Ъ алюминия,12 мас.З окиси алюминия и 12 мас.В кремния.

В ячейку загружали в твердом виде

100 г алюминия и 50 г электролита.

После их расплавления вводили заданные количества оиликом=.рганца, силуминовых шлаков,и начинали электролиз, Анодная и катодная плотность тока соответствовали промышленному электролизу соотвественно 0,8 A/ñì и

1 А/см . Время опыта 45 мин. За дветри минуты до окончания опыта измеря

1068546 ной кислоте и переходят в осадок-.

Полученный осадок взвешивали, анализировали на содержание марганца, кремния, алюминия и исследовали рентгенографическич методом для

5 определения вида интерметаллических соединений.

Результаты опытов приведены в табл. 1..Таблица 1

Падение напряжения в катоде, мВ

Кол-во

Mny„S iAlq в катодном металле, мас.Ъ

Фазовый состав осадка

Вес осадка на 10 г металла, r

После опыта

«4

Расчетное

Si Mn сумма

Si+Mn сумма

S i Мп 8i+Mn

2,0 $зМп SiAQ 0,26

430+10

440+10

450+10

430+10

540+10

590+10

2,3 0,31

0,44

2,6

0,20

12 3,1 8 8 11,9

5 3 9

1,03

3,3

3,6

1,71

Как видно из табл.1, в примерах 1-4 не наблюдается заметного i 35 образования тройного интерметаллического соединения Mn8SiAlg . Количество этого интерметаллического соединения изменяется от 0,20% до

0,44% от массы катодного металла. 4О

При этом падение напряжения в катоде в примерах 1-4 составляет .

430-450 мВ и изменяется в пределах погрешности измерений.

В примере 5, когда сумма содер- 45 жаний кремния и марганца составляет 11,9%,,количество интерметаллического соединения в 3-4 раза больше (1,03%), чем в примерах 1-4, соответственно заметно возросло падение напряжения в катоде до

530+10 мВ.

При дальнейшем увеличении суммы содержаний кремния и марганца до 14,1% (пример 6 ) количество ин- . терметаллида в металле и падение напряжения в катоде продолжают. увеличиваться. При содержании марганца в лигатуре на верхнем пределе (9%) наибольшее влияние на об- разование тройного интерметаллического соединения и падение напряженйя в катоде оказывает содержайие кремния. Так, увеличение содержания кремния до 2Ъ ((пример 3) до ЗВ (пример 5 ) приводит к существенным уве-,65 ли перепад напряжения в катоде милливольтметром М45М с классом точности 1,0.

Для определения количества интерметаллидов стружку в количестве

10 r растворяли s 50%-ной соляной кислоте. Интерметаллиды и кремний в отличие от металлических алюминия и марганца не растворяются в соляПри- Содержание легирующих элемер ментов в металле, мас.%

1 2 5 7 2 3 4 8 7,1

2 2 7 9 2,1 6,6 8,7

3 2 9 11 2,1 8,9 11,0

4 5 5 . 10 4,9. 4,5 .9,4

6 5 9 14 5 2 8,9 14,1 личениям количества интерметаллидов ((примерно в 2,5 раза) и падению на-, пряжения в катоде (примерно íà 99+10).

Способ получения тройной лигатуры алюминий-кремний-марганец был проверен на Богословском алюминиевом заводе в электролиэере на силу тока 70 кА.

Для испытаний испольэовали электролизер, в котором переплавляли силуминовые шлаки состава: 75% алюминия, 12% окиси алюминия и 123 кремния, снятые при разливке силумина на.мелкие чушки. В качестве марганцесодержащего сырья использовали силикомарганец марки СМН17 (ГОСТ

4756-70) .

Легирующее сырье загружали один раз в сутки или в двое суток на поверхность криолито-глиноземной корки электролизера разовой порцией в количестве шлаков 50-80 кг,: силико-марганца — 20-200 кг.

После прогрева легирующего,сырья (через 1-3 ч) производили обработку, криолито-глиноземной корки, в результате чего легирующее сырье погружалось в электролит и далее в металл массой примерно 8 т.

Выпивку лигатуры осуществляли один раз в двое суток в количестве примерно одной тонны. Пробы лигатуры на

1068546

Таблица 2

Падение напряжения в подине (катоде), мВ

Содержание легирующих элементов в катодном металле,Ъ

11pH= мер сумма

Я 4Мп

50-80 20-200 О, 8-1,8 2, 5-7, 2 3, 3-9, 0

160-200 55-320 3,2 8,3 11,5

400-480

520-600

1 70

2 70

Составитель В.Бадовский

Редактор В.Иванова Техред A.A÷ Корректор О.Тигор

Заказ 11421/25 Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4,содержание кремния и марганца отбирали во время выливки.

Длительность испытаний составила около двух месыцев, содержание кремния изменилось в интервале 0,8-1,8Ъ от массы металла, содержание марганца 2,5-7,2Ъ, сумма содержаний кремния и марганца 3,3-10Ъ от массы металла.

В период испытаний электролизер работал стабильно без каких-либо тех-- о ,нологических нарушений. Температура электролита, перепад напряжения в, подине не отличались от значений для рядовых электролизеров, производящих алюминий, и составляли соот- 15 ветственно 970-983 С и 400-480 мВ.

При этом чистка подины производилась не чаще чем на рядовых электролизерах.

Сила тока Разовая загрузка леэлектроли гирующего сырья, кг зера, кА

Силумино- Силико вые шлаки марганец

Как видно из данных табл.2, увеличение суммы кремния и марганца в катодном металле выше 11Ъ пример 2) приводит к резкому увеличению расхода- 40 электроэнергии.. Использование предлагаемого способа позволит улучшить качество сплаДополнительно были проведены промышленные испытания по получению в электролизере лигатуры состава, мас.Ъ: Я 3, Еп 8,5. Разовая загрузка легирующего сырья колебалась в пределах силуминовых шлаков 160200 кг, силикомарганца 55-320 кг, Испытания вели в |течение одной недели.

B процессе электролиза с таким составом лигатуры падение напряжения в подине возросло до 520-600 мВ несмотря на то, что приходилось ежедневно затрачивать много труда на чистку подины от интерметаллидов и осадков. Во избежание серьезного, расстройства технологии электролизера испытания были прекращены.

Результаты промышленной проверки приведены в табл . 2. вов за счет повышения качества лигатуры, снизить расход электроэнергии на 700-800 квт/ч на тонну лигатуры за счет .снижения перепада напряжения в угольном катоде примерно на

200 мВ, снизить трудовые затраты за счет сокращения чистки угольного катода.