Способ получения лигатуры алюминий - стронций и электролизер для его осуществления

 

Использование: получение алюминий-стронциевых лигатур, применяемых для модифицирования алюминиевых сплавов. С целью увеличения выхода по току и повышения качества лигатуру получают электролизом на жидком алюминиевом катоде при 700 - 850 С, катодной плотности тока 0.05-1.2 А/см² и межэлектродном расстоянии 10 - 15 см. Перемешивание катодного металла осуществляют со скоростью 0,05 - 16,0 м/с, а питание хлоридом стронция 1 - 2 раза в сутки. Электролизер для получения лигатуры алюминий-стронций содержит средство перемешивания и дополнительные электроды. Токоподвод к жидкому катоду покрыт материалом, не взаимодействующим с лигатурой. Анодные газы удаляют из электролизера через отверстия в аноде. Лигатуру выливают через отверстие у подины электролизера. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и касается получения алюминий-стронциевой лигатуры, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов.

Известен способ получения лигатуры алюминий-стронций сплавлением под слоем покровного флюса при температуре 750-880^оС (1). Таким образом получают лигатуру, содержащую не более 4% стронция.

Разработана также вакуумная технология изготовления алюминиево-стронциевой лигатуры, которая может содержать практически любое соотношение стронция и алюминия (2). Однако данный способ обладает рядом существенных недостатков, получаемая лигатура содержит не менее 1% бария, технология требует наличия дорогостоящего вакуумного оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу является электролитический способ получения лигатуры алюминий-стронций (2).

Этот способ выбран авторами в качестве прототипа.

Однако данный способ имеет существенные недостатки: - низкий выход по току; - плохое качество получаемой лигатуры.

В настоящее время стронций получают известным способом в электролизере из смеси хлоридов калия и стронция. Однако данное устройство не позволяет получать лигатуру алюминий-стронций.

Наиболее близким к заявляемому устройству является электролизер для получения лигатуры алюминий-стронций, содержащий ванну с подиной, анод, катод и токоподводы.

Это устройство выбрано авторами в качестве прототипа.

Однако данное устройство имеет ряд недостатков: получаемая лигатура имеет плохое качество; низкий выход стронция по току.

Целью настоящего изобретения является увеличение выхода по току и повышение качества лигатуры.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве расплава используют смесь хлоридов стронция и калия, взятых в соотношении 1: 9-1: 3, электролиз проводят на жидком алюминиевом катоде при 700-850^оС, катодной плотности тока 0,05-1,2 А/см², межэлектродном расстоянии 10-50 см, при перемешивании катодного металла со скоростью 0,05-16,0 м/с и периодическом введении хлорида стронция в расплав.

На фиг. 1 представлен общий вид электролизера для получения лигатуры алюминий-стронций.

Электролизер состоит из стального кожуха 1 футерованного внутри огнеупорным кирпичом 2. Через крышку 3 внутрь электролизера устанавливается графитовый анод 4 с каналами 5 для вывода анодных газов и средство перемешивания 6 катодного металла 7, которое может быть выполнено в виде установленной на подину замкнутой трубы 8 с отверстиями 9 под углом 45о. Катодом служит жидкий металл 7, подвод тока 10 к которому выполнен с покрытием 11 из материала, не взаимодействующего с лигатурой. С целью поддержания требуемой температуры в электролизере предусмотрены дополнительные электролиты 12 с покрытием 13 из не взаимодействующего с электролитом материала. Выливку лигатуры осуществляют через отверстие 14 у подины электролизера.

Проведенный литературный и патентный поиск показал, что отсутствуют способы и устройства для получения лигатуры алюминий-стронций, сходных с предложенным техническим решением, следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".

По имеющимся у заявителя данным в известных технических решениях не обнаружено признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение проверено в укрупненном масштабе и промышленно применимо.

Примеры осуществления способа в предполагаемом устройстве (фиг. 1): П р и м е р 1. Электролиз на жидком алюминиевом катоде 7 с токоподводом 10, покрытом диборидом титана 11, вели при температуре 780^оС, плотности тока 0,4 А/см², межэлектродное расстояние составляло 15 см. Электролит содержал 75% хлорида калия и 25% хлорида стронция. Перемешивание катодного металла осуществляли газовой струей с помощью средства перемешивания 6. Загрузка хлорида стронция проводилась два раза в сутки. Температура в электролизере поддерживалась с помощью дополнительных электродов 12, покрытых нитридом алюминия 13. Анодные газы удаляются через отверстия 5 в аноде 4. Полученную лигатуру сливали через отверстие 14 у подины электролизера.

Лигатура анализировалась на содержание стронция и примесей атомно-адсорбционным методом.

Полученная лигатура содержала 8,2% стронция, суммарное содержание примесей не превысило 0,08% . Выход по току составил 86% .

П р и м е р 2. Электролиз на жидком алюминиевом катоде 7 с токоподводом 10, покрытом боридом циркония 11 вели при температуре 820^оС, плотности тока 0,9 А/см², межэлектродном расстоянии 30 см. Электролит содержал 85% хлорида калия и 15% хлорида стронция. Перемешивание катодного металла осуществляли механической мешалкой со скоростью 0,2 м/с. Загрузка хлорида стронция проводилась два раза в сутки. Температура в электролизере поддерживалась с помощью дополнительных электродов 12 покрытых диборидом титана 13. Анодные газы удалялись через отверстие 5 в аноде 4. Лигатура сливалась через отверстие 14 у подины электролизера.

Лигатура анализировалась на содержание стронция и примесей атомно-адсорбционным методом. Содержание стронция составило 7,6% , суммарное содержание примесей составило 0,09% . Выход по току составил 78,1% .

Как показали проведенные испытания дополнительное перемешивание катодного металла и условия осуществления способа позволяют повысить выход по току, максимальное значение которого составило 86% .

Использование покрытия на катоде показало, что содержание карбидов в лигатуре снизилось в два раза, что повысило качество конечного продукта.

Кроме этого, перемешивание катодного металла, поддержка температуры процесса с помощью дополнительных и электродов, а также соблюдение технологических требований позволяют снизить содержание калия в лигатуре до 0,001% . (56) Альтман М. Б. Модифицирование силуминов стронцием. Наука и техника. Минск, 1985, с. 70.

Баймаков Ю. З. , Ветюков М. М. Электролиз расплавленных солей. Металлургия. М. , 1966, с. 265.

Формула изобретения

1. Способ получения лигатуры алюминий - стронций электролизом расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода стронция по току и повышения качества лигатуры, в качестве расплава используют смесь хлоридов стронция и калия, взятых в соотношении 1: 9 - 3, электролиз ведут на жидком алюминиевом катоде при 700-850^oС, катодной плотности тока 0,05-1,2А/см², межэлектродном расстоянии 10-50 см, при перемешивании катодного металла со скоростью 0,05-16,00 м/с и периодическом введении хлорида стронция в расплав.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание проводят электромагнитным воздействием.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют магнитодинамическим воздействием.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют воздействием на катодный металл газовой струи.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемешивание проводят механическим воздействием.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлорид стронция вводят 1-2 раза в сутки.

7. Электролизер для получения лигатуры алюминий - стронций, содержащий ванну с подиной, анод, катод и токоподводы, отличающийся тем, что он снабжен средством перемешивания и дополнительными электродами с покрытием из материала, не взаимодействующего с электролитом, катод выполнен из жидкого алюминия, катодный токоподвод имеет покрытие из материала, не взаимодействующего с лигатурой, анод выполнен с каналами для вывода анодных газов, а ванна у подины выполнена с отверстием для выливки лигатуры.

8. Электролизер по п. 7, отличающийся тем, что средство перемешивания выполнено в виде установленной на подину замкнутой трубы с отверстиями под углом 45^o.

9. Электролизер по п. 7, отличающийся тем, что покрытие катодного токоподвода выполнено из борида, карбида или нитрида переходного металла IY-YI групп.

10. Электролизер по п. 7, отличающийся тем, что покрытие дополнительного электрода выполнено из борида, карбида или нитрида переходного металла IY-YI групп.

11. Электролизер по п. 7, отличающийся тем, что покрытие дополнительного электрода выполнено из борида, карбида или нитрида алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3