Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов. Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включает введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, при этом перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия. Изобретение направлено на снижение содержания примесей в алюминиевых сплавах, повышение степени использования легирующих элементов при подготовке сплавов и снижение потерь сплава. 3 пр., 3 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов.

Сплавы на основе алюминия получают в миксерах, куда вначале загружают кремний и высокотемпературные металлы, марганец, никель, титан, в зависимости от марки сплава, прогревают, заливают часть алюминия, при этом проводят механическое перемешивание до полного растворения внесенных материалов, затем в ванну миксера добавляют оставшуюся часть алюминия и легирующие металлы (Зельберг Б.И., Рогозин Л.В. и др. Производство алюминия и сплавов на его основе, Иркутск, ИрНИТУ, 2015, С. 374-378). При таком способе приготовления сплавов часть мелких классов материалов окисляется и переходит в шлак. Структура сплавов, приготовленных данным способом, отличается неоднородностью, так как невозможно равномерно распределить легирующие компоненты сплава. Недостатком способа являются потери легирующих компонентов сплава в виде шлака.

Возросшие, в последние годы, требования к алюминиевым сплавам ограничивают содержание в сплавах таких элементов, как кальций, фосфор, которые вносятся легирующими элементами, такими как кремний. Удаление нежелательных примесей из сплавов приводит к потерям сплавов в виде шлака.

Известен способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (патент RU 2034927, С22С 1/02, опубл. 10.05.1995), включающий легирование расплава кремнием с перемешиванием, охлаждением и разливку, при этом легирование ведут в две стадии: сначала в расплав алюминия или его сплав вводят кремний с температурой 1350-1650°С с одновременным барботированием и охлаждением расплава инертным газом до температуры на 40-100°С выше температуры ликвидуса получаемого сплава, а затем вводят пылевидный кристаллический кремний струей инертного газа в количестве 5-16% от общего веса, вводимого в расплав кремния. Недостатком способа является низкая степень использования пылевидного кремния и ухудшение качества сплава из-за нахождения в расплаве окисленных пленок кремния, вносимых пылевидным кремнием.

Известен способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (патент RU 2041967, С22С 1/02, опубл. 20.08.1995), содержащих тугоплавкие и легкоплавкие металлы, включающий расплавление алюминия, введение в расплав кремния, который вводят в жидком виде частями вначале в количестве, достаточном для получения эвтектического состава, совместно с частью тугоплавких металлов, причем количество тугоплавких металлов определяют как 0,7-1,2 отношения содержания кремния в эвтектическом и конечном сплаве, затем расплав охлаждают до 620-680°С и легируют легкоплавкими металлами, после чего вводят оставшуюся часть жидкого кремния и тугоплавких металлов. Недостатком способа являеюся потери легирующих элементов из-за перегрева сплава при легировании.

Известен способ получения алюминиево-кремниевого сплава (патент RU 2432411, С22С 1/03, опубл. 27.10.2011), включающий подачу и растворение в жидком алюминии жидкой алюминиево-кремниевой лигатуры с содержанием кремния 25-45 вес. %, при этом количество кремния в лигатуре составляет не менее 60 вес. % от количества кремния в получаемом сплаве, а в жидкий алюминий дополнительно подают и растворяют твердый кремнийсодержащий компонент и в качестве алюминиево-кремниевой лигатуры используют жидкую алюминиево-кремниевую лигатуру, получаемую при температуре 1430-1520°С. Недостатком данного способа является ухудшение структуры сплава из-за использования твердых кремнийсодержащих материалов.

Известен способ получения доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (патент RU 2059010, С22С 1/02, опубл. 27.04.1996), содержащий тугоплавкие и легкоплавкие металлы, включающий введение в расплав алюминия кремния, перемешивание, при этом жидкий кремний с введенными в него тугоплавкими металлами вводят в количестве, соответствующем эвтектическому составу, затем расплав охлаждают до 620-680°С и при этой температуре вводят легкоплавкие металлы с последующим введением жидкого алюминия до получения сплава конечного состава. Недостатком способа являются потери легирующих элементов при перемешивании сплава во время легирования.

Известен способ получения алюминиевых сплавов (патент RU 2038398, С22С 1/02, опубл. 27.06.1995), включающий легирование расплава алюминия кремнием и тугоплавкими металлами с перемешиванием, при этом легирование осуществляют струей расплавленного кремния, а тугоплавкие металлы подвергают дополнительному перемешиванию в струе расплавленного кремния. По технической сущности, по наличию общих признаков данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога. Недостатком данного способа получения алюминиевых сплавов являются потери легирующих элементов при перемешивании сплава.

Раскрытие сущности изобретения.

В основу изобретения положена задача, направленная на повышение качества сплавов.

Техническим результатом способа является снижение содержания примесей в алюминиевых сплавах, повышение степени использования легирующих элементов при подготовке сплавов, снижение потерь сплава.

Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включающем введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, новым является то, что перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия.

Осуществление изобретения.

Ковш с жидким алюминием доставляют в отделение получения технического кремния. Жидкий кремний, выпускаемый из печи в ковш, подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, и после окончания рафинирования его заливают в ковш с алюминием для получения алюминиевого сплава. Затем в ковш со сплавом загружают легирующие тугоплавкие металлы в виде легкоплавких лигатур металл-флюс, температура плавления которых ниже температуры плавления чистых металлов. После загрузки легирующих тугоплавких металлов ковш со сплавом перевозят в литейное отделение. Для снижения потерь сплава при транспортировке, предотвращения его окисления зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, накрывают крышкой. После транспортировки сплав заливают в миксер, добавляют необходимое для получения заданной по технологии марки сплава количество алюминия.

После выливки сплава в миксер ковш взвешивают. По разнице веса ковша до заполнения его алюминием и после выливки расплава рассчитывают потери сплава при приготовлении и транспортировке.

По анализам состава готового сплава определяют степень усвоения всех легирующих элементов. По анализам сплава, состоящего из алюминия и кремния, перед подачей легирующих элементов в ковш определяют количество примесей кальция и фосфора в сплаве и определяют качество исходного кремния и сплавов.

По действующей технологии при транспортировке из литейного отделения в отделение получения кремния и обратно ковш с жидким алюминием накрывают крышкой. Потери сплава от охлаждения при транспортировке составляет 0,6-0,8%. Примеры осуществления способа.

Пример 1. Получение в миксере алюминиевого сплава, легированного кремнием, титаном. Ковш с жидким алюминием в количестве 3,01 т доставляют в отделение получения технического кремния. Температура доставленного алюминия составила 810°С. Кремний во время выпуска из печи подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, после этого кремний с температурой 1440°С заливают в ковш с алюминием, после заливки кремния (1,102 т) замеряют температуру сплава с содержанием кремния 26,8%, которая составила 930°С. После замера температуры в ковше растворяют титановую лигатуру Ti80F20, замеряют температуру сплава, которая составила 910°С. Зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, накрывают крышкой и перевозят в литейное отделение. В литейном отделении замеряют температуру, она составила 892°С, заливают сплав в миксер, добавляют необходимое для получения заданной по технологии марки сплава количество алюминия.

После выливки сплава в миксер ковш взвешивают. Результаты потерь сплава при приготовлении и транспортировке приведены в таблице 1.

Пример 2. Получение в миксере алюминиевого сплава, легированного кремнием, титаном, марганцем. Ковш с жидким алюминием в количестве 2,95 т доставляют в отделение получения технического кремния. Температура доставленного алюминия составила 840°С. Кремний во время выпуска из печи подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, после этого кремний с температурой 1455°С в количестве 1,205 т заливают в ковш с алюминием, после заливки кремния замеряют температуру сплава, которая составила 942°С. После замера температуры в ковше растворяют марганец, затем титановую лигатуру Ti80F20, замеряют температуру сплава, которая составила 926°С. Зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, накрывают крышкой и перевозят в литейное отделение. В литейном отделении замеряют температуру сплава (906°С) и заливают в миксер, добавляют необходимое для получения заданной по технологии марки сплава количество алюминия.

После выливки сплава в миксер ковш взвешивают. Результаты потерь сплава при приготовлении и транспортировке приведены в таблице 1.

Пример 3. Получение в миксере алюминиевого сплава, легированного кремнием, никелем, титаном, марганцем, медью. Ковш с жидким алюминием в количестве 3,04 т, температура 855°С, доставляют в отделение получения технического кремния. Кремний во время выпуска из печи подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, после этого кремний с температурой 1470°С заливают в ковш с алюминием, после заливки кремния (0,450 т) замеряют температуру сплава, она составила 890°С. Далее растворяют никелевую лигатуру ЛТ 12, после титановую лигатуру Ti80F20, замеряют температуру сплава, которая составила 865°С. После доливают в ковш жидкого кремния в количестве 0,70 т с температурой 1465°С и в сплаве с температурой 915°С растворяют марганец и медь. Зеркало сплава в ковше с температурой 904°С укрывают расплавленным силикатом натрия, накрывают крышкой и перевозят в литейное отделение. В литейном отделении замеряют температуру сплава (890°С), заливают сплав в миксер, добавляют необходимое для получения заданной по технологии марки сплава количество алюминия.

После выливки сплава в миксер ковш взвешивают. Результаты потерь сплава при приготовлении и транспортировке приведены в таблице 1.

При последующих испытаниях после заливки в миксер полученных в ковше сплавов, добавления необходимого для получения заданной по технологии марки сплава количество алюминия выполняют анализ состава сплава и определяют степень усвоения всех легирующих элементов сплавами. При этом соблюдаются все процедуры, описанные в примерах 1-3 испытаний по определению потерь сплава при приготовлении и транспортировке. Результаты испытаний по степени усвоения тугоплавких металлов при приготовлении сплавов для различных по составу легирующих элементов сплавов сведены в таблицу 2.

В примерах 1-3 при проведении испытаний определяли качество сплава, состоящего из алюминия и кремния, перед подачей легирующих элементов в ковш, определяли количество примесей кальция и фосфора в сплаве. Сравнили с типичным способом получения сплава, когда в алюминий заливают технический кремний, не прошедший процесс рафинирования. Результаты измерений качества исходного кремния и сплавов приведены в таблице 3.

Сравнение предлагаемого способа получения алюминиевых сплавов не только со способом по прототипу, но и с ближайшими аналогами показывает:

- что известно получение алюминиевых сплавов смешением жидкого алюминия и жидкого кремния;

- известно введение тугоплавких металлов в струю жидкого кремния;

- известно охлаждение сплава перед введением в него легкоплавких легирующих металлов.

Сравнение предложенного способа получения алюминиевых сплавов с действующими технологиями показало преимущество предложенного технического решения.

Новая совокупность признаков позволяет получить технический результат более высокого уровня по сравнению с известными, а именно:

- сплав из алюминия и рафинированного кремния обладает меньшим содержанием нежелательных примесей, а именно кальция и фосфора, что значительно увеличивает потребительские свойства алюминиевых сплавов, повышается качества сплавов;

- легирование сплава тугоплавкими металлами в виде легкоплавких лигатур увеличивает степень усвоения этих металлов и уменьшает потери легирующих материалов;

- укрытие зеркала сплава в ковше расплавленными легкоплавкими силикатами щелочных металлов уменьшает теплоотдачу и приводит к снижению потерь сплава и легирующих элементов при транспортировке сплава с места приготовления в литейное отделение;

- во время переливки в миксер приготовленного сплава с введенными тугоплавкими металлами из ковша происходит улучшение структуры сплава за счет равномерного распределения легирующих элементов по массе сплава.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критериям изобретения изобретательский уровень и промышленная применимость.

Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включающий введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, отличающийся тем, что перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стальному листу с покрытием из сплава на основе Al, нанесенным погружением в расплав, имеющему высокую обрабатываемость. Слой покрытия из сплава на основе Al, нанесенный погружением в расплав, содержит от 1,0 до 12,0 мас.% кремния и от 0,002 до 0,080 мас.% бора и образован на поверхности стального листа-подложки, причем слой покрытия имеет соотношение IMAX/I0, равное 2,0 или более, полученное измерением профиля по глубине с помощью оптической эмиссионной спектрометрии c тлеющим разрядом (GDS) от наружной поверхности в глубину слоя покрытия, где IMAX является максимальной интенсивностью обнаружения бора в зонах с глубиной распыления от 0 до 1,0 мкм, а I0 является средней интенсивностью обнаружения бора в пределах глубины распыления от 1,0 до 5,0 мкм.

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.

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 и может быть использовано при получении лигатур для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов, содержащих цирконий и титан.

Изобретение относится к изготовлению твердосплавных сферических тел на основе карбида вольфрама c карбидным покрытием. Способ включает смешивание твердосплавной смеси ВК8 с пластификатором, ее прессование, размол прессовки, ситовое разделение на фракции с отсевом гранул до 400 мкм и не менее 130 мкм, смешивание отсеянных гранул с порошком более мелкодисперсной инертной неспекаемой засыпкой, отжиг и выделение спеченных гранул путем ситового отсева инертной порошковой засыпки.

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению лигатур и сплавов алюминия с редкоземельными металлами, и может быть использовано для получения лигатуры алюминий-эрбий.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов с повышенными антифрикционными свойствами, а также материалов электротехнического назначения, щеток, вставок пантографов, токосъемников.
Группа изобретений относится к композитам с алюминиевой матрицей и упрочняющими наночастицами карбида титана. Композит содержит упрочняющие наночастицы карбида титана округлой формы размером 5-500 нм в количестве 1-50 об.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к лигатурам, предназначенным для легирования сплавов на основе титана. Лигатура для выплавки титановых сплавов, содержит, масс.

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.

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 цветной металлургии, а именно к технологии производства алюминиевых сплавов. Способ получения алюминиевого сплава, легированного кремнием, включает введение в расплав алюминия кремния и тугоплавких металлов, при этом перед введением в расплав алюминия жидкий кремний подвергают окислительному рафинированию от кальция и фосфора, смешивают с жидким алюминием, тугоплавкие металлы вводят в расплав в виде легкоплавких лигатур, после чего зеркало сплава в ковше укрывают расплавленным силикатом натрия, транспортируют, заливают в миксер и добавляют необходимое для получения заданного состава сплава количество алюминия. Изобретение направлено на снижение содержания примесей в алюминиевых сплавах, повышение степени использования легирующих элементов при подготовке сплавов и снижение потерь сплава. 3 пр., 3 табл.

Наверх