Способ рафинирования алюминиевых сплавов

Способ рафинирования алюминиевых сплавов включает обработку расплава при температуре 750-760°С брикетированным флюсом, содержащим органические или неорганические связующие, хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния. При использовании органических связующих флюс имеет следующий химический состав, вес.%: KCl 2,0-10,0; NaCl 2,0-10,0; органические связующие 2,0-3,0; SiO2 или Al2O3·2SiO2 - остальное. В качестве неорганического связующего используется 20-30% водный раствор солевой составляющей флюса. Обеспечиваются повышенная рафинирующая способность и производительность процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от газов, окислов и других неметаллических включений, и может быть использовано в металлургии вторичных цветных металлов при производстве алюминиевых сплавов.

Известен способ, в котором флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов содержит порошкообразные оксиды титана, бора, кальция, калия, натрия и кремния [а.с. 955706, C22B 9/10. Флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов. Степанов Ю.Н., Конягин А.И., Ивченков В.П. и др., 03.12.1980]. Целью этого изобретения является улучшение механических характеристик сплава за счет защиты его от воздействия окружающей среды, модифицирования эвтектики и рафинирования от неметаллических включений. Поставленная цель достигается тем, что флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов, содержащий окислы титана, бора, кальция, калия, натрия и кремния, указанные компоненты содержат в следующем соотношении, вес.%: двуокись титана 0,5-4,0; окись бора 30-40; окись кальция 0,5-4,0; окись калия 15-22; окись кремния 15-23; окись натрия - остальное. Недостатком данного способа является необходимость выдержки расплава под слоем флюса в течение 15-20 мин и невозможность обеспечения равномерного распределения флюса по объему расплава, что, соответственно, снижает его рафинирующую способность.

Известен способ рафинирования с использованием комбинированных флюсов. Комбинированный флюс состоит из 20-40% солевого флюса, применяемого по технологии серийной плавки, а 60-80% его массы заменяется другими технологическими добавками, имеющими целью усилить защитные, рафинирующие свойства флюса и его экологичность, улучшить температурный режим плавки. Технологическими добавками являются вещества, состоящие из оксидов Al2O3, SiO2, MgO и др., т.е. огнеупорные и теплоизоляционные материалы, например, молотый шамот, вспученные перлит, вермикулит и т.п. [Филиппов С.В., Колосков В.Ф. Опыт применения комбинированных флюсов. - Прогрессивные литейные технологии: Труды III Междунар. науч.-практ. конф. - Москва: МИСиС. 2005. - с.242-246]. Комбинированный флюс - порошкообразная, сыпучая масса, которая, равномерно покрывая зеркало металла сравнительно толстым слоем, закрывает расплав, предохраняет его от контакта с атмосферой цеха и испарения компонентов как сплава, так и флюса. Ввиду того что флюс наносится на зеркало расплава, данный способ рафинирования обладает недостатком, связанным с тем, что при последующей рубке флюса и замешивании его в расплав не удается равномерно распределить рафинирующие реагенты во всем объеме расплава, что существенно снижает рафинирующую способность флюса.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния [Пат. 2318029, C22B 9/10, C22C 1/06, C22B 21/06. Способ рафинирования алюминиевых сплавов. Панфилов А.В., Бранчуков Д.Н., Панфилов А.А. и др. 28.06.2006]. Целью этого изобретения является создание способа рафинирования, отличающегося повышенной рафинирующей способностью, низкой себестоимостью и экологической безопасностью. Поставленная цель достигается тем, что флюс замешивают в сплав, находящийся в твердожидком состоянии и нагревают его до температуры 720-730°C при следующем соотношении компонентов флюса, вес.%: KCl 1,9-9,4; NaCl 1,2-6,0; Na3AlF6 0,9-4,6; оксиды Al и Si - остальное.

Недостатками способа являются необходимость использования флюса в сыпучем порошкообразном состоянии и сложность технологического процесса рафинирования, обусловленная необходимостью строгого поддержания температуры расплава в твердожидком состоянии при замешивании флюса, а также длительность процесса.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения, является создание способа рафинирования, отличающегося высокой производительностью при повышенной рафинирующей способности, низкой себестоимости и экологической безопасности.

Этот технический результат достигается тем, что в способе рафинирования алюминиевых сплавов, включающем обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния, обработку проводят при температуре 750-760°C брикетированным флюсом, содержащим органические или неорганические связующие при следующем соотношении компонентов флюса, вес.%: KCl 2,0-10,0; NaCl 2,0-10,0; органические связующие 2,0-3,0 или неорганический 20-30% водный раствор солевой составляющей флюса; оксиды Al и Si до 100.

В качестве органических связующих используются растительное масло или 30-40% раствор полистирола. Выбор органических связующих компонентов обусловлен тем, что при температурах ввода брикета 750-760°C образующиеся газообразные и твердые продукты деструкции органических связующих практически полностью выгорают или всплывают на поверхность расплава в течение 15-20 сек. В связи с этим нет оснований для опасений, связанных с возможным насыщением расплава водородом и частицами карбида алюминия. Использование в качестве связующего водного раствора солевой составляющей позволяет получить брикет без использования дополнительных технологических добавок, который при вводе в расплав полностью разрушается, не выделяя продуктов деструкции. Граничные значения связующих компонентов определяются тем, что при содержании связующего ниже 2% не обеспечивается достаточная прочность брикета, а при содержании связующего выше 3% брикет разрушается в расплаве не полностью, что отрицательно сказывается на его рафинирующей способности.

Для реализации предлагаемого способа рафинирования в расплав при температуре 750-760°C вводят брикет рафинирующей смеси в количестве до 2,5 вес.% с последующим замешиванием в течение 2-3 мин, что обеспечивает ее равномерное распределение в расплаве. При температуре менее 750°C не обеспечивается полное разрушение брикета, а при температуре более 760°C увеличиваются окисляемость расплава и энергозатраты. При дальнейшей выдержке расплава в течение 10-12 мин происходит активное взаимодействие флюса с расплавом, в результате которого частицы рафинирующего реагента всплывают на поверхность, адсорбируя при этом находящиеся в расплаве газы, окислы и др. неметаллические включения, и образовывают покровный слой, защищающий расплав от дальнейшего окисления. Сокращение времени выдержки расплава под флюсом до 10-12 мин обусловлено тем, что при температуре 750-760°C происходит более интенсивное отделение рафинирующих компонентов от расплава.

ПРИМЕР 1

Рафинирование сплава АК12 (ГОСТ 1583-93) порошкообразным комбинированным флюсом по известной технологии. Состав флюса, вес.%:

KCl - 9,4
NaCl - 6,0
Na3AlF6 - 4,6
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 80,0

Длительность выдержки расплава под флюсом 15-20 мин.

ПРИМЕР 2

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного флюса состава, вес.%:

KCl - 2,0
NaCl - 2,0
30-40% раствор полистирола - 3,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 93,0

При рафинировании сплава АК12 брикет рафинирующего флюса вводился в количестве 2,5% по массе сплава. Введение брикета осуществлялось при T=750-760°C с последующим замешиванием в течение 2-3 мин. После выдержки расплава в течение 10-12 мин с поверхности расплава снимали сухой шлак и отливали стандартные образцы по ГОСТ 1583-93 для последующих механических испытаний и для анализа на содержание водорода.

ПРИМЕР 3

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного флюса состава, вес.%:

KCl - 10,0
NaCl - 10,0
30-40% раствор полистирола - 2,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 78,0

Рафинирование осуществлялось аналогично способу, описанному в примере 2. Длительность выдержки расплава 10-12 мин.

ПРИМЕР 4

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного флюса состава, вес.%:

KCl - 2,0
NaCl - 2,0
Растительное масло - 3,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 93,0

Рафинирование осуществлялось аналогично способу, описанному в примере 2. Длительность выдержки расплава 10-12 мин.

ПРИМЕР 5

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного флюса состава, вес.%:

KCl - 10,0
NaCl - 10,0
Растительное масло - 2,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 78,0

Рафинирование осуществлялось аналогично способу, описанному в примере 2. Длительность выдержки расплава 10-12 мин.

ПРИМЕР 6

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного флюса состава, вес.%:

KCl - 2,0
NaCl - 2,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 96,0
H2O до 20-30% концентрации
солевой составляющей

Рафинирование осуществлялось аналогично способу, описанному в примере 2. Длительность выдержки расплава 10-12 мин.

ПРИМЕР 7

Рафинирование сплава АК12 по предлагаемой технологии брикетом комбинированного

KCl - 10,0
NaCl - 10,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 - 80,0
H2O до 20-30% концентрации
солевой составляющей

Рафинирование осуществлялось аналогично способу, описанному в примере 2. Длительность выдержки расплава 10-12 мин.

Уменьшение огнеупорной составляющей флюса менее 78% ведет к увеличению количества солей в составе флюса без увеличения его рафинирующей способности. Также повышенное количество солевой составляющей отрицательно воздействует на стенки тигля, футеровку печи и ухудшает экологическую обстановку в цехе. С другой стороны, уменьшение солевой составляющей менее 4% в составе флюса увеличивает прямые потери металла со шлаком, т.к. не обеспечивает эффективного разделения металла и шлака.

Эффективность рафинирования сплава брикетированными комбинированными флюсами оценивали по механическим свойствам сплава - временному сопротивлению разрыву σв, МПа и относительному удлинению δ, %, а также по результатам анализа на содержание в сплаве водорода. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1
Способ рафинирования (состав флюса в вес.%) Временное сопротивление разрыву σв, МПа Относительное удлинение δ, % Водород (ppm, 1×10-4%)
1 Рафинирование комбинированным флюсом по технологии по известной технологии (9,4% KCl; 6,0% NaCl; 4,6% Na3AlF6; 80% SiO2 или Al2O3·2SiO2) 208 6,5 0,15
2 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (2,0% KCl; 2,0% NaCl; 3,0% 30-40% раствор полистирола; 93,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2) 209 6,5 0,14
3 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (10,0% KCl; 10,0% NaCl; 2,0% 30-40% раствор полистирола; 78,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2) 212 6,8 0,14
4 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (2,0% KCl; 2,0% NaCl; 3,0% растительное масло; 93,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2) 208 6,5 0,13
5 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (10,0% KCl; 10,0% NaCl; 2,0% растительное масло; 78,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2) 210 6,7 0,14
6 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (2,0% KCl; 2,0% NaCl; 96,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2; H2O до 20-30% 208 6,5 0,13
концентрации)
7 Рафинирование брикетированным комбинированным флюсом (10,0% KCl; 10,0% NaCl; 80,0% SiO2 или Al2O3·2SiO2; H2O до 20-30% концентрации) 211 6,8 0,12

Результаты испытаний показывают, что при использовании брикетированных комбинированных флюсов, заявленных в изобретении, повышается эффективность процесса рафинирования алюминиевых сплавов. Применение брикетированных флюсов упрощает технологический процесс рафинирования алюминиевых сплавов и повышает производительность процесса за счет сокращения длительности выдержки расплава под флюсом.

1. Способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния, отличающийся тем, что обработку проводят при температуре 750-760°С брикетированным флюсом, содержащим органические связующие при следующем соотношении компонентов, вес.%:

KCl 2,0-10,0
NaCl 2,0-10,0
органические связующие 2,0-3,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используется водный раствор солевой составляющей флюса при следующем соотношении компонентов, вес.%:

KCl 2,0-10,0
NaCl 2,0-10,0
SiO2 или Al2O3·2SiO2 остальное,

при этом H2O до 20-30% концентрации солевой составляющей флюса.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам для высоконагруженных узлов трения. .

Изобретение относится к металлургическому производству и может быть использовано для получения легирующих добавок вида твердый раствор замещения-внедрения для производства сплавов.

Изобретение относится к металлургии легких металлов, в частности к получению литий-борного композита. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным композиционным материалам. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе алюминия. .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при приготовлении титансодержащих алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористого никелида титана для использования в изделиях медицинской техники, например, в устройствах, замещающих костные структуры в медицине.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам изготовления материалов в виде плит пеноалюминия большой толщины, и может быть использовано в лифтостроении, авиации, судостроении и строительстве.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе интерметаллида Nb. .
Изобретение относится к области производства распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники. .
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве различных марок стали для их раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования как при внепечной обработке стали, так и в процессе разливки.
Изобретение относится к способу огневого рафинирования меди при переработке вторичных медьсодержащих материалов. .
Изобретение относится к способу рафинирования серебряно-золотых сплавов от селена, теллура, меди и свинца. .
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов. .
Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для рафинирования алюминия и его сплавов от наиболее вредных примесей, в частности неметаллических включений, водорода, растворенных примесей щелочных и щелочно-земельных металлов.
Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов и может быть использовано для удаления магния из алюминиевых сплавов. .
Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов и может быть использовано для удаления магния из алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к устройствам для рафинирования магния. .

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении разнообразных изделий методами фасонного литья, в частности, корпусных деталей автомобильного двигателя, дисков автомобильных колес, корпусов радиаторов.

Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов, в частности к составу рафинирующего флюса для удаления магния из алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам для рафинирования расплавленных металлов и сплавов, преимущественно алюминиевых, методом фильтрации. .

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от газов, окислов и других неметаллических включений, и может быть использовано в металлургии вторичных цветных металлов при производстве алюминиевых сплавов

Наверх