Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в процессах подготовки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния (силуминов) марок АК5М2, АК7, АК7пч, АК8М3, АК9, АК12 и других. Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов включает загрузку шихтовой смеси в электролизер и электролиз в расплаве электролита, при этом в качестве шихтовой смеси используют микросилику, которую загружают в алюминиевые контейнеры в количестве, соответствующем содержанию кремния в алюминиевом сплаве от 2 до 10 мас.%, контейнеры предварительно подогревают до температуры от 300 до 400°С, а затем вводят в электролизер под слой электролита, при этом электролиз проводят при непрерывной циркуляции расплава в электролите при температуре от 940 до 950°С и напряжении на электролизере от 4,25 до 4,30 В. Способ позволяет получать алюминиево-кремниевые сплавы непосредственно в электролизере, эффективно использовать отходы кремниевого производства при отсутствии пыления во время загрузки, снизить энегозатраты за счет прямого ввода микросилики в расплав, а также дает возможность управлять загрузкой шихтовых материалов в зависимости от заданного содержания кремния в сплаве. 6 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в процессах подготовки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния (силуминов) марок АК5М2, АК7, АК7пч, АК8М3, АК9, АК12 и других.

Известен способ получения литейных алюминиево-кремниевых сплавов (патент РФ №2322522, опубл. 20.04.2008 г.). Сущность способа состоит в том, что в качестве шихты используются первичный силумин, возврат песчано-глинистого литья, возврат кокильного литья при соотношении компонентов, мас.% соответственно (1÷1,6):(2,3÷3,6):(2÷2,6). Плавка осуществляется по следующей технологии: расплавление шихты, содержащей первичный силумин и возврат песчано-глинистого литья, перегрев расплава при температуре от 1000°С до 1050°С, охлаждение расплава за счет ввода от 60 до 70% массы возврата кокильного литья, последующая загрузка при температуре от 825°С до 875°С остатка возврата кокильного литья, рафинирование и разливка.

Недостатками способа являются высокие энергетические затраты на нагрев шихты и существенные потери сырья во время операций загрузки, а также низкий выход годной продукции.

Известен способ получения литейных алюминиевых сплавов из вторичного сырья (патент РФ №2351670, опубл. 10.04.2009 г.), включающий расплавление основной шихты, перегрев расплава при температуре от 990°С до 1000°С, выдержку расплава при температуре перегрева, охлаждение расплава загрузкой в него твердой металлической шихты: первая порция вводится при температуре перегрева и составляет от 8 до 10% от массы основной шихты; вторая порция вводится при температуре от 860°С до 870°С и составляет от 4 до 6% массы основной шихты, третья порция вводится при температуре от 750°С до 760°С и составляет от 4 до 6% массы основной шихты, рафинирование и разливку расплава.

Недостатками способа являются многостадийность процесса и большие энергетические затраты, поскольку способ предусматривает высокие температуры перегрева, также полученный сплав имеет низкий уровень механических свойств.

Известен способ получения силуминов (патент РФ №2094515, опубл. 27.10.1997 г.), включающий расплавление алюминия, введение в расплав шлака производства сплавов на основе алюминия или съемов, образующихся при получении отливок из алюминиево-кремниевых сплавов, а также ввод кварцевого песка и наводороживание расплава.

Недостатками способа являются трудоемкость и низкая эффективность процесса, а также высокий уровень содержания примесей в полученных сплавах.

Известен способ переплава пылевидных отходов кремния в среде твердожидкого алюминия (патент РФ №2180013, опубл. 27.02.2002 г.), включающий плавление алюминиевого расплава, введение кристаллического кускового кремния при температуре от 1350°С до 1650°С с одновременным барботированием и охлаждением расплава инертным газом, ввод пылевидного кристаллического кремния, смешанного с влажной алюминиевой стружкой, струей инертного газа в количестве от 5 до 16% общего веса вводимого в расплав кремния.

Недостатками способа являются низкая эффективность из-за неполного растворения пылевидного кремния, а также высокий уровень опасности при вводе в расплав отходов кремния с влажной алюминиевой стружкой.

Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов в алюминиевых электролизерах (патент РФ №2556188, опубл. 10.07.2015 г.), принятый за прототип, включающий подготовку путем механоактивации загружаемой шихтовой смеси, содержащей алюмосиликатное сырье, включающее отработанную подину, и оборотный электролит алюминиевого электролизера и глинозем, загрузку шихтовой смеси в электролизер с последующим электролизом в расплаве электролита.

Недостатками способа являются высокие энергетические затраты, необходимые для реализации процессов взаимодействия всех шихтовых компонентов с расплавом, необходимость перегрева расплава, а также высокий выход угольной пены, который при нагреве сопровождается науглероживанием электролита алюминиевого электролизера и образованием криолит-глиноземных осадков на подине.

Техническим результатом изобретения является снижение энергетических затрат при получении алюминиево-кремниевых сплавов, упрощение технологического процесса, а также вовлечение в производство алюминиевых сплавов отходов кремниевого производства (микросилики).

Технический результат достигается тем, что в качестве шихтовой смеси используют микросилику, которую загружают в алюминиевые контейнеры в количестве, соответствующем содержанию кремния в алюминиевом сплаве от 2 до 10 мас. %, контейнеры предварительно подогревают до температуры от 300°С до 400°С, а затем вводят в электролизер под слой электролита, при этом электролиз проводят при непрерывной циркуляции расплава в электролите при температуре от 940°С до 950°С и напряжении на электролизере от 4,25 до 4,30 В.

Способ осуществляется следующим образом. Микросилику загружают в алюминиевые контейнеры-трубы с таким расчетным количеством, чтобы выйти на заданный уровень содержания кремния в алюминии (от 2% до 10%), с учетом усвоения кремния равным от 91% до 92%. Затем контейнеры, сжатые по концам с двух сторон, помещают в раздатчик стандартной фурмы и подогревают над проделанным окном в криолит-глиноземной корке до температуры от 300 до 400°С. После подогрева контейнеры вводятся в расплав при помощи стандартной фурмы в специально подготовленные «окна» в корке электролизной ванны. Ввод происходит при температуре от 940 до 950°С и напряжении от 4,25 до 4,30 В. Алюминиевые контейнеры расплавляются в слое металла за 5-8 сек, при этом частички микросилики, под действием движущегося в ванне металла со скоростью от 15 до 20 см/сек, всплывают и попадают в межфазную границу «алюминий-электролит», где происходит электрохимическое восстановление.

Использование электролизера для получения алюминиево-кремниевых сплавов обеспечивает стабильную температуру металла, при этом жидкие фторалюминаты натрия оказывают модифицирующее и рафинирующее действие на сплав, а непрерывная циркуляция металла в электролизере за счет динамического потока расплава под действием электромагнитных сил создает условия для полного растворения микросилики без ее всплытия на поверхность электролита.

Расчетные величины между содержанием кремния и алюминия и их предельным количеством определяются в каждом конкретном случае в зависимости от заданной марки силумина. При превышении содержания примесей в условиях электролитического получения алюминия возможны различные варианты корректировки химического состава.

Для подготовки алюминиевого сплава выбирается группа из 2 электролизеров. В качестве основы используют расплав первичного алюминия марки А7Е, получаемый в электролизерах для производства алюминия. Количество металла в электролизере от 6 до 6,5 т.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. В электролизер марки С8БМ при наличии в нем 6500 кг катодного алюминия ввели по предлагаемому способу 780 кг микросилики. Ввод происходил при температуре 940°С и напряжении 4,25 В. После замера уровня металла производился отбор проб металла для определения химического состава. На подготовку алюминиевого сплава затрачивается 60 мин. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержанием Si 5,02 мас. %, соответствующего марке АК7.

Процент усвоения кремния составил 93,2%.

Пример 2. Способ осуществляют идентично примеру 1. В электролизер с катодным алюминием массой 6000 кг ввели по предлагаемому способу 1500 кг микросилики. Ввод происходит при температуре 950°С и напряжении 4,25 В. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержанием Si 10,1 мас. %.

Процент усвоения кремния составил 92,5%.

Пример 3. Способ осуществляют идентично примеру 1. В электролизер с катодным алюминием массой 6000 кг ввели по предлагаемому способу 1500 кг микросилики. Ввод происходит при температуре 940°С и напряжении 4,30 В. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержанием Si 10,06 мас. %

Процент усвоения кремния составил 93,6%.

Пример 4. Способ осуществляют идентично примеру 1. В электролизер с катодным алюминием массой 6000 кг, ввели по предлагаемому способу 1500 кг микросилики. Ввод происходит при температуре 950°С и напряжении 4,30 В. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержание Si 9,9 мас. %.

Процент усвоения кремния составил 92,4%.

Пример 5. Способ осуществляют идентично примеру 1. В электролизер марки С8БМ при наличии в нем 6500 кг катодного алюминия ввели по предлагаемому способу 780 кг микросилики. Ввод происходил при температуре 880°С и напряжении 4,1 В. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержанием Si 4,1 мас. %

Процент усвоения кремния составил 73,4%.

Пример 6. Способ осуществляют идентично примеру 1. В электролизер с катодным алюминием массой 6000 кг ввели по предлагаемому способу 1500 кг микросилики. Ввод происходит при температуре 1030°С и напряжении 4,4 В. После растворения кремниевого сырья во время электролитического процесса получили алюминиево-кремниевый сплав с содержанием Si 8,0 мас. %.

Процент усвоения кремния составил 70,1%.

Преимуществами способа являются получение алюминиево-кремниевых сплавов непосредственно в электролизере, снижение энергозатрат при производстве сплавов в литейных отделениях, эффективное использование отходов кремниевого производства, отсутствие пыления во время загрузки, а также возможность управлять загрузкой шихтовых материалов в зависимости от заданного содержания кремния в сплаве. Применение технологии прямого ввода микросилики обеспечивает повышенный срок службы за счет уменьшения количества трещин и пор в катодной футеровке при реакции микросилики с углеродом на подине электролизной ванны.

Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий загрузку шихтовой смеси в электролизер и электролиз в расплаве электролита, отличающийся тем, что в качестве шихтовой смеси используют микросилику, которую загружают в алюминиевые контейнеры в количестве, соответствующем содержанию кремния в алюминиевом сплаве от 2 до 10 мас.%, контейнеры предварительно подогревают до температуры от 300 до 400°С, а затем вводят в электролизер под слой электролита, при этом электролиз проводят при непрерывной циркуляции расплава в электролите при температуре от 940 до 950°С и напряжении на электролизере от 4,25 до 4,30 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к созданию плакированного алюминием стального листа, используемого для горячего прессования, который имеет превосходные смазывающую способность в горячем состоянии, коррозионную стойкость после нанесения красочного покрытия и пригодность к точечной сварке.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к многослойному алюминиевому листу для высокотемпературной пайки. Многослойный лист для бесфлюсовой высокотемпературной пайки содержит сердцевину из алюминиевого сплава, покрытую промежуточным слоем алюминиевого сплава, и нанесенный на промежуточном слое припой из алюминиевого сплава.

Изобретение относится к способам получения металлической бутылки с горлышком с резьбой. Способ производства изготавливаемой прессованием путем ударного выдавливания металлической бутылки с резьбой для напитков включает получение заготовки из алюминиевого сплава, смешанного из скрапа алюминиевого сплава и относительно чистого алюминиевого сплава, при этом указанный скрап алюминиевого сплава содержит: между около 0,20 мас.

Изобретение относится к металлургии, а именно к модифицированию алюминиево-кремниевых сплавов доэвтектического и эвтектического составов и может быть использовано в технологии приготовления алюминиево-кремниевых сплавов для получения фасонных отливок.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении высоконагруженных паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой для пайки алюминия и его сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: кремний 6,0÷10,0; германий 7,0÷20,0; стронций 0,005÷0,2; натрий 0,005÷0,05; бериллий 0,005÷0,1; железо 0,15÷0,3; хром 0,005÷1,5; цирконий 0,005÷1,5; по крайней мере один элемент из группы, содержащей марганец, никель, кобальт и молибден при суммарном содержании от 0,5 до 3,4; алюминий - остальное, при этом соотношение содержания хрома и циркония в сплаве составляет 1:1, а содержание никеля не превышает 0,8 мас.%.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 5-13, медь 1-13,5, цинк 2-10, никель 0,5-4,5, олово 0,1-0,3, по меньшей мере один элемент из группы, включающей стронций 0,001-0,2, натрий 0,001-0,2, титан 0,001-0,1, ванадий 0,001-0,2, по меньшей мере один элемент, выбранный из группы кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, бериллий 0,001-0,1, алюминий остальное.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Изобретение может быть использовано при получении паяных конструкций из алюминия и его сплавов. Припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 8-13, медь 0,1-10, германий 1,5-8, железо 0,5-3, хром 0,1-2,1, марганец 0,5-3, кобальт 0,001-0,8, молибден 0,001-0,8, стронций 0,001-0,2, бериллий 0,001-0,1, титан 0,001-0,1, натрий 0,001-0,2 и ванадий 0,001-0,2, алюминий остальное.

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано для изготовления дисков автомобильных колес. Литейный сплав на основе алюминия, содержащий кремний, магний, марганец, железо, дополнительно содержит, мас.%: кремний 10,0-13,0, магний не более 0,15, железо не более 0,5, марганец не более 0,5, элементы-модификаторы для измельчения эвтектики из ряда Sb, Sr, Na, K, Ca в сумме не более 0,05, элементы-модификаторы для измельчения α-твердого раствора из ряда Ti, B, Zr, Sc в сумме не более 0,12, алюминий - остальное, при соотношении железа к марганцу 1:1.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в которой получают многокомпонентные металлические сплавы, содержащие алюминий, цинк и кремний. Способ включает размещение предварительно сформированной и содержащей соединения всех перечисленных выше элементов исходной сырьевой смеси во внутреннем объеме применяемого для ее переработки устройства.

Группа изобретений относится к получению тела из металлической пены, которое содержит подложку, изготовленную по меньшей мере из одного металла или металлического сплава A и слой металла или металлического сплава B, присутствующего на по меньшей мере одном участке поверхности подложки, причем A и B отличаются размером зерна металла или металлического сплава.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным материалам на основе меди. Может использоваться для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения.

Изобретение относится к получению пористого сплава на основе никелида титана. Способ включает спекание шихты из порошка никелида титана марки ПВ-Н55Т45С в электровакуумной печи.

Изобретение относится к изделиям из алюминиевого сплава и способу их получения в виде полосы, которая, в частности, является заготовкой для корпусов банок или их торцов.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов. Может использоваться в машиностроении.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления эффективных термо- и вторичноэмиссионных катодов для мощных приборов СВЧ-электроники, в частности ламп бегущей волны, магнетронов и т.п.

Изобретение относится к области полупроводниковых материалов с модифицированными электрическими свойствами. Способ получения низкотемпературного термоэлетрика на основе сплава Bi88Sb12 с добавками гадолиния включает помещение навески сплава Bi88Sb12 и металлического гадолиния в количестве 0,01-0,1 ат.% в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух до 10-3 мм рт.

Изобретение относится к получению металлокерамической порошковой композиции, использующейся для изготовления деталей методом аддитивных технологий. Способ включает приготовление порошковой смеси и механический синтез смеси в планетарной мельнице.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля. Способ включает получение полуфабриката методом центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси, содержащей оксид никеля, алюминий, легирующие и функциональные добавки, и последующий двухстадийный переплав полуфабриката с получением на первой стадии рафинированного дегазированного слитка, а на второй стадии - электрода.

Изобретение относится к изготовлению распыляемой композитной мишени из сплава Гейслера Co2FeSi. Способ включает механическое смешивание порошков компонентов сплава Гейслера Co2FeSi с получением однородной порошковой смеси и ее спекание.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к лигатурам, предназначенным для легирования сплавов на основе титана. Лигатура для выплавки титановых сплавов, содержит, масс. %: ванадий 45-60; железо 6-10; углерод 2,5-3,5; алюминий и неизбежные примеси - остальное. Лигатура характеризуется низким содержанием кислорода, а также низкой механической прочностью лигатуры, что облегчает процесс ее дробления и очистки от шлака. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому производству алюминия, и может быть использовано в процессах подготовки алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния марок АК5М2, АК7, АК7пч, АК8М3, АК9, АК12 и других. Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов включает загрузку шихтовой смеси в электролизер и электролиз в расплаве электролита, при этом в качестве шихтовой смеси используют микросилику, которую загружают в алюминиевые контейнеры в количестве, соответствующем содержанию кремния в алюминиевом сплаве от 2 до 10 мас., контейнеры предварительно подогревают до температуры от 300 до 400°С, а затем вводят в электролизер под слой электролита, при этом электролиз проводят при непрерывной циркуляции расплава в электролите при температуре от 940 до 950°С и напряжении на электролизере от 4,25 до 4,30 В. Способ позволяет получать алюминиево-кремниевые сплавы непосредственно в электролизере, эффективно использовать отходы кремниевого производства при отсутствии пыления во время загрузки, снизить энегозатраты за счет прямого ввода микросилики в расплав, а также дает возможность управлять загрузкой шихтовых материалов в зависимости от заданного содержания кремния в сплаве. 6 пр., 1 табл.

Наверх