СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ Российский патент 1998 года по МПК C22B21/06 C22B9/10 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии рафинирования алюминия и приготовления легких сплавов преимущественно из вторичного алюминийсодержащего сырья.

При производстве качественных литейных сплавов на основе алюминия, например, AK 5 M7 и AK 6 М7 (по ГОСТ 1583-73 и ГОСТ 1131-76) проводят рафинирование чернового металла в расплавленном состоянии с добавкой легирующих компонентов до требуемого содержания.

При использовании вторичного алюминийсодержащего сырья расплав чаще всего требуется очищать от магния и вводить в него медь и кремний. При введении в расплав соединений меди происходит эффективная очистка металла от магния с одновременным легированием его медью.

Цель изобретения - уменьшение вредных выбросов и снижение затрат за счет повышения степени использования рафинирующего агента.

Это достигается тем, что хлорид меди (рафинирующий агент) сплавляют с хлоридом щелочного металла при соотношении меди и иона щелочного металла, равном 1: (0,9-1,1), и сплавленную смесь вводят в металлический расплав при 700-800^oC. В качестве хлорида щелочного металла используют хлористый калий или хлористый натрий.

При сплавлении летучих и легкоразлагающихся хлоридов металлов, например меди, с хлоридами щелочных металлов (калия, натрия) резко снижаются их парциальное давление и летучесть, они становятся более устойчивыми при высоких температурах за счет образования комплексных соединений. При этом активность взаимодействия их с восстановителями не ухудшается.

Известных технических решений с признаками, сходными с признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа, не найдено. На основании этого можно сделать вывод о том, что решение обладает новизной и существенными отличиями, т.е. заявленное техническое решение обладает свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равными сумме этих свойств.

Способ осуществляется следующим образом. В черновой расплав на основе алюминия с известным содержанием примесей и легирующих компонентов загружаются блоки или куски твердого переплавленного флюса, содержащего хлориды меди и хлориды щелочных металлов в соотношении Cu/Me⁺, равном 1:(0,9-1,1).

Удельный вес твердого флюса указанного состава превышает удельный вес расплавленного металла, поэтому загружаемые блоки или куски опускаются на дно ванны расплава. Так как температура плавления флюса предлагаемого состава не превышает 400^oC, куски его быстро плавятся при контакте с расплавленным металлом и за счет экзотермических реакций металлотермического восстановления ионов меди активными щелочными и щелочноземельными металлами (магния и натрия), входящими в состав чернового расплава. Образующаяся в результате реакции металлическая медь растворяется в металле, легируя его.

Содержание щелочных и щелочноземельных металлов, в частности магния и натрия, в металле снижается, так как они превращаются в хлориды, образующие жидкий шлак. Жидкий шлак, содержащий хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, легче расплавленного металла, поэтому собирается на поверхности ванны, защищая металл от воздействия атмосферного кислорода. При этом капли шлака, образующегося внизу на блоках флюса и поднимающегося на поверхность металла, пронизывают ванну чернового металла по всей высоте, что повышает эффективность процесса рафинирования от неметаллических включений. Готовый расплав сливают из печи через сифон, оставляя в ней расплав хлоридов, который выполняет роль покровного флюса в последующих плавках. Избыток покровного флюса периодически выводят из печи и направляют для переработки на магниевый завод.

Пример. Для испытаний предлагаемого способа рафинирования алюминия готовили смесь безводных солей, хлористого натрия и хлорной меди марки "Ч", смесь переплавляли в печи при 500^oC и охлаждали до твердого состояния. Плав дробили на куски размером 5-10 мм и использовал в качестве рафинирующего агента. Рафинирование сплавов проводили в обогреваемом графитовом тигле, загружая куски плава в предварительно расплавленный металл.

Партия исходного чернового сплава, использованного в опытах, содержала, мас.%: Mg 2,3; Na 0,1; Cu 1,1; Fe 0,5; Al остальное. Навески обрабатываемого сплава и рафинирующего агента в каждом опыте были одинаковыми и составляли соответственно 250 и 40 г. Температура расплавленного металла в период обработки составляла 730-770^oC. Время выдержки металла в печи после загрузки рафинирующего агента 15 мин.

Результаты испытаний представлены в таблице.

В опытах 1-5 содержание магния и меди в сплаве после рафинирования соответствовало требованиям к литейному сплаву AK 5 M7.

При обработке расплава флюсом, содержащим хлорид щелочного металла с соотношением Cu/Me⁺ меньше 1: 0,9, выделяется бурый дым, что указывает на возгонку хлоридов меди.

Увеличение соотношения Cu/Me⁺ более 1:1,10 в пользу хлорида щелочного металла приводит к росту температуры плавления флюса и снижению концентрации полезного компонента, что снижает скорость обработки расплава и вызывает необходимость увеличения дозировки флюса.

Степень использования рафинирующего агента (хлорида меди) в известном способе не превышает 70,3%.

Применение предлагаемого способа рафинирования алюминия и его сплавов обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества:
исключается выделение вредных газов и возгонов в воздух рабочей зоны при ведении процесса рафинирования;
достигается высокое использование (более 95%) рафинирующего агента - хлорида меди - за счет снижения ее летучести и исключения возгонки паров в окружающую среду;
достигаются полное использование легирующего компонента - металлической меди - и равномерное распределение ее в массе металла, так как процесс восстановления меди протекает на молекулярном уровне с перемешиванием расплава за счет конвекции.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и предназначено для получения алюминиевых сплавов из вторичного алюминийсодержашего сырья. Оно может быть использовано для уменьшения вредных выбросов и снижения затрат за счет повышения степени использования рафинирующего агента. Способ позволяет уменьшить летучесть хлорида меди при сплавлении хлорида меди с хлоридами щелочных металлов в соотношении Cu/Me⁺ 1 : (0,9 - 1,1). При обработке расплава алюминиевого сплава плавом хлоридов степень использования хлорида меди увеличивается с 70 до 95% и более. 1 табл.

Способ рафинирования алюминия и его сплавов, включающий введение в расплав хлорида меди при 700 - 800^oC, отличающийся тем, что хлорид меди вводят в расплав в виде сплавленной смеси с хлоридом щелочного металла при соотношении меди и щелочного металла 1 : (0,9 - 1,1).