Флюс для обработки алюминиевых сплавов

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2758700:

Пискарев Денис Валерьевич (RU)
Ульянов Дмитрий Сергеевич (RU)
Тихонов Александр Валерьевич (RU)

Изобретение относится к флюсу для обработки алюминиевых сплавов и предназначено для обработки алюминиевых сплавов в литейном производстве. Флюс содержит смесь NaCl, KCl и источника фторида при соотношении компонентов в смеси, составляющем, мас. %: NaCl - 10-70, KCl - 10-45, KAlF₄ или NaAlF₄ - 10-80. Обеспечивается повышение эффективности флюса, степени рафинирования, и снижение температуры плавления флюса и стоимости флюса для обработки алюминиевых сплавов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Заявляемое техническое решение относится к области металлургии цветных металлов и предназначено для обработки алюминиевых сплавов в литейном производстве.

Известна, например, композиция солевого флюса [1] для плавки алюминиевого лома (US 6053959, 25.04.2000, [1]), содержащий, мас. %: хлористый калий - 47,5%, хлористый натрий - 47,5%, источник фторида (MAlF₄, M₃AlF₆, MF, CaF₂) - 5%, где источником фторида может быть KAlF₄.

Также известен флюс (Альтман М. Б. «Металлургия литейных алюминиевых сплавов. М. Металлургия», 1972, А. В. Курдюмов, М. В. Пикунов, В. М. Чурсин, Е. Л. Бибиков «Производство отливок из сплавов цветных металов». М. МИСиС, 1996, стр. 159, [2]), содержащий, мас. %: хлористый калий - 47, хлористый натрий - 30, гексафтороалюминат натрия - 23.

Указанный аналог [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению, поэтому он принят в качестве прототипа.

Решаемой технической проблемой является необходимость повышения степени рафинирования и снижения температуры плавления флюса. Температура плавления является одним из важнейших свойств флюса и должна быть ниже рабочих температур приготовления алюминиевых сплавов. Это объясняется кинетическими закономерностями протекания реакций, поскольку большинство металлургических реакций гетерогенные, то они протекают на границе раздела фаз. В случае твердого флюса данная граница раздела (поверхность контакта) значительно меньше, чем в случае жидкости. По этой причине увеличение площади контакта фаз (плавление флюса) приводит к большей эффективности протекания реакции, чем быстрее расплавится флюс и вступит во взаимодействие с расплавом, тем лучше.

Недостатком аналога [1] является то, что содержание KAlF₄составляет 5% - такого количества KAlF₄ недостаточно для необходимого рафинирующего эффекта в части удаления неметаллических включений и водорода.

У прототипа [2] температура плавления гексафтороалюмината натрия составляет 1013°C, что увеличивает температуру плавления флюса. Кроме того, известное содержание хлористого калия 47% и хлористого натрия 30% повышает стоимость флюса, так как хлорид калия стоит примерно в пять раз дороже хлорида натрия.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение эффективности флюса для обработки алюминиевых сплавов.

Другим техническим результатом является снижение температуры плавления флюса.

Технический результат заявленного технического решения достигается тем, что флюс для обработки алюминиевых сплавов содержит смесь NaCl, KCl и источника фторида. Отличается тем, что источником фторида является KAlF₄ или NaAlF₄, при этом соотношение компонентов в смеси составляет, масс. %:

NaCl	10 - 70
KCl	10 - 45
KAlF₄или NaAlF₄	10 - 80.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.

В частном предпочтительном случае соотношение компонентов в смеси составляет, масс. %:

NaCl	47
KCl	30
KAlF₄или NaAlF₄	23.

Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технических результатов.

Осуществление технического решения.

В составе предлагаемого флюса используются следующие соотношения компонентов (мас.%):

NaCl	10 - 70
KCl	10 - 45
KAlF₄ или NaAlF₄	10 – 80.

Соотношение компонентов в данном флюсе объясняется следующим.

Температура плавления тетрафтороалюмината калия KAlF₄ составляет 560°С, при этом температура плавления тетрафтороалюмината натрия NaAlF₄ составляет 720°C. В ходе эксперимента установлено, что содержание KAlF₄ или NaAlF₄ в количестве 23% является оптимальным для снижения температуры плавления флюса и улучшения рафинирующего эффекта в части удаления неметаллических включений и водорода, по сравнению с аналогами.

Полученные температуры плавления флюсов указаны в таблице 1.

Таблица 1

Содержание компонентов, %	Температура плавления, °C
NaCl	KCl	KAlF₄	NaAlF₄	Na₃AlF₆
47	30	23	-	-	622
47	30	-	23	-	635
30	47	-	-	23	686
Al металлический	659,5

В таблице 2 представлены показатели рафинирования сплава флюсами.

Эффективность флюсовой обработки расплава сравнивали с качеством исходного металла. Представленные результаты исследований свидетельствуют о высокой эффективности рафинирования сплавов заявленными флюсами при обработке расплава заявленным флюсом - в результате степень рафинирования по водороду повысилась в 4,82 раза, по неметаллическим включениям в 11,6 раз (в сравнении образцов № 1 и 4), а цена снизилась примерно на 25% (в сравнении образцов № 2 и 4).

Таблица 2

Флюс	NaCl - 47,5 KCl - 47,5 KAlF₄- 5	NaCl - 30 KCl - 47 Na₃AlF₆- 23	NaCl - 47 KCl - 30 NaAlF₄ - 23	NaCl - 47 KCl - 30 KAlF₄ - 23	NaCl - 47 KCl - 47 NaAlF₄ - 10	NaCl - 47 KCl - 47 KAlF₄ - 10
Номер образца	1 (аналог 1)	2 (прототип 2)	3	4	5	6
Марка сплава	6063	6063	6063	6063	6063	6063
Содержание водорода до рафинирования, см³/100 г	0,27	0,27	0,27	0,28	0,26	0,27
Содержание водорода после рафинирования, см³/100 г	0,25	0,20	0,20	0,18	0,23	0,23
Степень рафинирования по водороду, %	7,40	25,92	25,92	35,71	11,53	14,81
Содержание включений до рафинирования, мм²/кг (PoDFA)	1,0147	1,0255	1,0183	1,0124	1,0196	1,0279
Содержание включений после рафинирования, мм²/кг (PoDFA)	0,9579	0,3912	0,3776	0,3563	0,8124	0,8535
Степень рафинирования по неметаллическим включениям, %	5,59	61,85	62,92	64,80	20,32	16,96
Содержание металла в шлаке, %	37,0	32,5	24,8	22,2	26,4	28,9
Шлакообразование, кг/т	5,5	4,5	4,1	4,0	4,3	4,3
Расход флюса для рафинирования, кг/т	1	1	1	1	1	1
Расход флюса для обработки шлака, кг/ кг шлака	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25

Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенным выше примером. При содержании KAlF₄или NaAlF₄ более 50% флюс может быть использован как рафинирующий реагент для очистки расплава от щелочных и щелочноземельных металлов по реакциям:

2KAlF₄ + Mg = 2KF + 3MgF₂ + 2Al

2KAlF₄ + Ca = 2KF + 3CaF₂ + 2Al

KAlF₄ + 3Li = KF + 3LiF + Al

KAlF₄ + 3Na = KF + 3NaF + Al

2NaAlF₄ + Mg = 2NaF + 3MgF₂ + 2Al

2NaAlF₄ + Ca = 2NaF + 3CaF₂ + 2Al

NaAlF₄ + 3Li = NaF + 3LiF + Al

Заявленный флюс используют для снижения содержания металла в шлаке, шлакообразования и очистки от неметаллических включений и водорода. Приготовление сплавов ведут в печи (миксере) под слоем расплавленного флюса, чтобы предотвратить окисление алюминия в атмосфере печи (миксера) и/или обрабатывают шлак в конце плавки для коалесценции расплавленного алюминия с целью максимального извлечения металла из шлака и снижения шлакообразования. Для рафинирования расплава от неметаллических включений и водорода флюс замешивают по всей глубине ванны после снятия шлака и дают технологическую выдержку 20 минут для всплытия включений.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых материалов и нашло широкое применение для плавки и рафинирования алюминиевых сплавов.

1. Флюс для обработки алюминиевых сплавов, содержащий смесь NaCl, KCl и источника фторида, отличающийся тем, что источником фторида является KAlF₄ или NaAlF₄, при этом соотношение компонентов в смеси составляет, мас. %:

NaCl	10 - 70
KCl	10 - 45
KAlF₄ или NaAlF₄	10 - 80

2. Флюс по п. 1, отличающийся тем, что соотношение компонентов в смеси составляет, мас. %:

NaCl	47
KCl	30
KAlF₄ или NaAlF₄	23

Изобретение относится к технологии извлечения и концентрирования редких металлов, легких, щелочноземельных и редкоземельных металлов из красного шлама - отхода глиноземного производства. Комплексная переработка красного шлама включает кучное выщелачивание, фильтрацию и разделение извлекаемых целевых продуктов.

Деформируемый сплав на основе алюминия // 2755836

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для использования в виде деформированных полуфабрикатов в качестве электропроводного конструкционного материала, в частности для токопроводящих элементов, а также в качестве заготовки для получения электропроводов.

Способ получения лигатуры для приготовления композиционных материалов на основе алюминия или алюминиевых сплавов (варианты) // 2746701

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения упрочненных алюминиевых материалов путем литейных технологий. Лигатуру получают путем помещения углеродных нанотрубок в полость герметичной алюминиевой оболочки, затем путем создания вакуума в полости герметичной алюминиевой оболочки и ее нагрева с поверхности углеродных нанотрубок удаляют часть адсорбированных газов с обеспечением массового соотношения нанотрубок и адсорбированных газов, составляющего не менее 100, деформируют герметичную алюминиевую оболочку с находящимися в ней углеродными нанотрубками деформируют до внедрения углеродных нанотрубок в материал оболочки, или смесь углеродных нанотрубок и порошка металла помещают в полость герметичной алюминиевой оболочки, затем создают вакуум в полости герметичной алюминиевой оболочки и нагревают, подвергают деформации герметичную алюминиевую оболочку с находящейся в ней смесью с образованием лигатуры в виде заготовки, в которой часть нанотрубок не имеет контакта с внешней поверхностью заготовки и с порами, сообщающимися с внешней поверхностью заготовки.

Лигатура для приготовления композиционных материалов на основе алюминия или алюминиевых сплавов и способ получения лигатуры (варианты) // 2734316

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для приготовления композиционных материалов на основе алюминия или алюминиевого сплава с использованием литейных технологий. Лигатура содержит алюминий и углеродные нанотрубки (УНТ), поверхность которых содержит адсорбированные газы при массовом соотношении УНТ и адсорбированных газов не менее 100, причем по меньшей мере часть УНТ расположена в объеме алюминия или его сплава без контакта с окружающей средой.

Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений // 2731948

Изобретение относится к способу очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и неметаллических включений. Способ включает перегревание расплава алюминия или его сплава после расплавления до температуры 750-800°С и заливку его во вращающуюся изложницу, предварительно раскрученную до достижения у внешней стенки вращающейся изложницы значения гравитационного коэффициента, равного 170-200.

Способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений // 2727478

Изобретение относится к области металлургии и представляет собой способ очистки алюминия и его сплавов от интерметаллидов и иных неметаллических включений. Расплав алюминия или его сплава перегревают до температуры 750-800°С, заливают в предварительно раскрученную изложницу кристаллизатора и обеспечивают отбор тепла от внешней стенки изложницы для перемещения интерметаллидов и неметаллических включений давлением плоского фронта кристаллизации в направлении к оси вращения изложницы кристаллизатора.

Способ и система обработки шлака // 2719982

Изобретение относится к переработке шлака (дросса), который образуется в процессе переработки алюминия. Извлекают алюминий из шлака путем транспортировки первой шлаковой чаши, содержащей перемешанный шлак, со станции перемешивания в агрегате для обработки шлака, на которой был перемешан шлак в первой шлаковой чаше так, чтобы отделить желательный извлекаемый металл от шлака, на станцию прессования в этом же агрегате для обработки шлака, позиционирование второй шлаковой чаши, содержащей шлак, на станции перемешивания и одновременное перемешивание шлака во второй шлаковой чаше с помощью станции перемешивания и прессование шлака в первой шлаковой чаше с помощью станции прессования так, чтобы дополнительно отделить желательный извлекаемый металл от шлака.

Способ получения металлургического глинозема кислотно-щелочным способом // 2705071

Изобретение может быть использовано при переработке низкосортного высококремнистого алюмосодержащего сырья. Для получения металлургического глинозема каолиновые глины выщелачивают в автоклаве соляной кислотой в течение 60-180 мин при температуре 130-190°C.

Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров // 2688025

Изобретение относится к порошковым материалам для получения покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления. Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров получен электроэрозионным диспергированием отходов алюминия в дистиллированной воде при ёмкости разрядных конденсаторов 55 мкФ, напряжении 100 В и частоте импульсов 140 Гц.

Усовершенствование способов обработки и установки для обработки // 2687912

Изобретение относится к способу и установке для обработки, в частности к обработке шлака для извлечения из него одного или более полезных компонентов. Способ обработки материала, который представляет собой верхний слой из процесса плавки металла, причем указанный верхний слой представляет собой шлак и содержит одну или более солей и один или более металлов, включающий: а) подачу шлака в пресс для шлака и прессование шлака; б) подачу прессованного шлака на стадию измельчения, включающую стадию дробления; где стадии (а) и (б) осуществляют до того, как температура шлака, извлеченного из печи, понизится ниже 350°C; указанный способ также включает: в) подачу шлака на стадию выщелачивания; г) получение продукта выщелачивания со стадии выщелачивания; д) подачу продукта выщелачивания на стадию распылительной сушки; е) получение твердого вещества со стадии распылительной сушки.