СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛУМИНОВ Российский патент 1996 года по МПК C22C1/02 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к получению сплавов алюминия с кремнием.

В промышленной практике приготовления силуминов предусматривается растворение кристаллического кремния в жидком алюминии (Альтман М.Б. и др. Плавка и литье алюминиевых сплавов. М. Металлургия, 1983, 351 с.). Замена шихтового кремния на кремнезем достигается в способе получения силуминов, включающем расплавление алюминия, введение в расплав кремнезема в количестве 5 10% от массы расплава, наводороживание расплава водяным паром и повторение цикла обработки (авт. св. СССР, кл. C 22 C 1/02, N 1264589, 1986).

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому расплавленный алюминий наводороживают и вводят в расплав кремнезема при 780 850^oC в количестве 5.10% от массы расплава и повторяют цикл обработки (авт. св. СССР N 1772198, кл. C 22 C 1/02, опубл. 30.10.92, бюл. N 40).

Недостатком способа является относительно низкий выход силумина, не превышающий 71%
Задачей изобретения является исключение окисления алюминия, что повышает выход силумина.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения силуминов, включающем наводороживание расплавленного алюминия и введение в расплав кремнезема, согласно изобретению наводороживание расплава осуществляют введением в него шлака производства силуминов в количестве 5.10% от массы расплава.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Технология приготовления сплавов на основе алюминия предусматривает ряд операций, осуществляемых в условиях контакта жидкого металла с воздушной атмосферой, т.е. создаются условия образования и попадания в расплав γ-Al₂O₃ (Г. Б. Строганов. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. М. Металлургия, 1985, с. 122). Однако известно, что модификация g-Al₂O₃ устойчива до 850^oC (Химическая энциклопедия, М. 1988, с. 119), поэтому при сливе алюминия из электролита в ковш и его транспортировке в ковше в литейное отделение возможно образование активной к водороду модификации g-Al₂O₃. Таким образом, оксиды алюминия в шлаках производства алюминиевых сплавов, например силуминов, присутствуют в различных модификациях, в том числе и g-Al₂O₃. В свою очередь, g-Al₂O₃ адсорбируют водород, источниками которого являются металлический расплав, контактирующий со шлаком, и печная атмосфера, что приводит к насыщению шлака водородом. К этому надо добавить то, что при введении кремния в жидкий алюминий растворимость водорода в расплаве уменьшается (Д.Ф. Чернега и др. Газы в цветных металлах и сплавах. М. Металлургия, 1982, с. 59), и соответственно ускоряется процесс перехода водорода из расплава в шлаковую фазу.

Исходя из представленных рассуждений, можно считать, что шлаки производства сплавов на основе алюминия являются источником водорода, необходимого для осуществления процесса восстановления кремнезема. При этом в отличие от прототипа введение в расплав шлаков не сопровождается окислением алюминия, что и определяет увеличение выхода силумина.

Оптимальное количество шлака, вводимого в расплав в одном цикле обработки, составляет 5 10% от массы расплава. Отклонение от указанных пределов как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения приводит к уменьшению выхода силумина, что объясняется или малой концентрацией водорода в расплаве (менее 5% шлака), или усилением процесса вывода избыточного водорода из расплава за счет его молизации (более 10% шлака).

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "Изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом. В разогретый до 780 850^oC алюминий вводят шлак в количестве 5 10% от массы расплава. После растворения шлака в расплав вводят кремнезем в количестве 5 10% от массы расплава. Выдерживают расплав в течение 20 30 мин и цикл обработки повторяют или сливают расплав.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1. Получали силумин по предлагаемому способу. Навеску алюминия А7 (масса 1 кг) расплавили в алундовом тигле в лабораторной электрической печи сопротивления.

При 800^oC в расплав ввели 5% шлака (50% Al, 10% Si и 32% Al₂O₃) и после его растворения ввели 5% кремнезема. После выдержки расплава при 800^oC в течение 20 мин цикл обработки повторили. Проведено 4 цикла обработки. Полученный сплав взвешивали и определяли выход силумина по уравнению

где P_спл. масса сплава,
P_Al масса алюминия с учетом алюминия, вводимого со шлаком.

Результаты опыта представлены в таблице (опыт N 1).

Пример 2. Получили силумин по методике примера 1 в два цикла обработки, а количество вводимого шлака и кремнезема составляло 10% (опыт N 2).

Пример 3. Получили силумин по методике примера 1 в три цикла обработки. Количество вводимого шлака составляло 8% а кремнезема 7% (опыт N 3).

Пример 4. Получали силумин по методике примера 1, а количество вводимого шлака составляло 4% (ниже заявляемого предела, опыт N 4) и 12% (выше заявляемого предела, опыт N 5).

Пример 5. Получали силумин по известному способу при 800^oC в три цикла обработки, масса алюминия 1 кг. Количество вводимого шлака составляло 1% от массы расплава, а количество кремнезема 8% от массы расплава. Время обработки водяным паром составляло 4 мин при общей длительности одного цикла, равной 30 мин (опыт N 6).

Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа позволяет увеличить выход силумина на 3.7% причем отклонение от заявляемых пределов приводит к снижению выхода силумина (опыты 4 и 5).

Применение предлагаемого способа позволит снизить на 5 10% материальные затраты на приготовление силумина по принципиально новой технологии, при этом используются шлаки, являющиеся отходами производства силуминов. ТТТ1

Использование: получение силуминов. Сущность: силумины получают путем наводороживания расплава алюминия и введения кремнезема. Наводороживание расплава осуществляют введением в него шлака производства силуминов в количестве 5 - 10% от массы расплава. 1 табл.

Способ получения силуминов, включающий расплавление алюминия, наводороживание расплава введением шлака производства силуминов и введение кремнезема, отличающийся тем, что шлак производства силуминов вводят в количестве 5 10% от массы расплава.