СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ТИТАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК C22C35/00 C22C1/02 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, для получения лигатур для производства сплавов на основе алюминия.

Модифицирующие и одновременно легирующие элементы в алюминиевые сплавы, как правило, вводят в виде лигатур - промежуточных сплавов алюминия с упомянутыми элементами. Лигатуры должны хорошо растворяться в жидком алюминии, иметь однородный химический состав и достаточно дисперсные включения первичных интерметаллидов.

Для получения алюминиевых сплавов, в частности АМг6, Д16, АДО, используют лигатуру алюминий-титан.

Известен способ получения лигатуры алюминий-титан путем введения титана в алюминиево-титановый расплав с исходной концентрацией титана 4-5 мас.% при температуре расплава на 150-350°C ниже температуры ликвидуса с доведением его концентрации в расплаве до 7,2-13,7 мас.%, после чего расплав разбавляют алюминием до исходной концентрации титана, а при разливке лигатуры оставляют часть расплава, равную 0,33-0,54 общего его объема, которую используют в качестве алюминиево-титанового расплава для введения титана (авторское свидетельство СССР №1836471, C22C 1/03, 23.08.1993). Получаемая лигатура имеет концентрацию титана 4-5 мас.%. Недостатком известного способа является высокая себестоимость лигатуры вследствие использования дорогих чистых компонентов, а также его многостадийность.

Известен способ получения лигатуры алюминий - титан алюмотермическим восстановлением оксида титана в присутствии бифторида щелочного металла (натрия или калия) и хлорида щелочного металла, в частности хлорида калия в качестве флюса при соотношении бифторида щелочного металла к оксиду титана от 4:1 до 2:1 (патент США №2955935, C22C 21/00, 11.10.1960). Известен также способ получения лигатуры алюминий-титан алюмотермическим восстановлением фтортитаната калия при температуре 750-770°C с получением сфероидальных интерметаллидов. К недостаткам описанных способов можно отнести получение лигатуры с крупными до 300 мкм интерметаллидами, а также высокий процент безвозвратных потерь титана.

Задачей изобретения является получение однородных слитков лигатуры с размерами интерметаллидов до 15-30 мкм, снижение безвозвратных потерь титана до 7-9%, улучшение экологических характеристик процесса.

Техническим результатом изобретения является повышение качества получаемых сплавов на основе алюминия при снижении количества лигатуры.

Технический результат для первого варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фторид титана, хлорид калия и фторид натрия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:

Фторид титана 16-29 Хлорид калия 51-75 Фторид натрия 9-21

Технический результат для второго варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид титана, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:

Оксид титана 7-15 Фторид алюминия 7-15 Фторид натрия 10-20 Хлорид калия 51-75

Технический результат для третьего варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фтортитанат или оксифтортитанат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, восстановление осуществляют при температуре 800-1050°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:

Фтортитанат или оксифтортитанат   щелочного или щелочно-земельного   металла 25-49 Хлорид калия или натрия остальное

Для предохранения от окисления и насыщения водородом, а также для интенсификации процесса, в каждом из вариантов предусмотрено осуществление восстановления под слоем хлоридного покровного флюса, проведение выдержки в течение 15-30 минут, а в качестве покровного хлоридного флюса использование флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

Хлорид калия 42-45 Хлорид натрия остальное

Введение в расплавленный алюминий галогенидов щелочных металлов (фторида натрия и хлорида калия), а также введение или образование в процессе восстановления фтортитаната щелочного или щелочноземельного металла, фторида алюминия обеспечивает ускорение растворения образовавшегося титана в алюминии, упрощение технологии.

Заявленные соотношения компонентов смеси, вводимых в расплав алюминия для восстановления, обеспечивают получение богатой по титану лигатуры. Содержание титана в лигатуре составляет 10 мас.%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 870°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 43 мас.% хлорида калия и 57 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:

Хлорид калия 60 Фторид натрия 15 Фторид титана 25

После расплавления смеси температура снижается до 820°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti с извлечением последнего 93%.

Примеры 2-6 проводились аналогично примеру 1. Данные в таблице 1.

Пример 7

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 880°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:

Хлорид калия 65 Фторид натрия 10 Фторид алюминия 15 Оксид титана 10

После расплавления смеси температура снижается до 830°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 92%.

Примеры 8-12 проводились аналогично примеру 7. Данные в таблице 2.

Пример 13

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 850°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:

Фтортитанат калия 40 Хлорид калия 60

После расплавления смеси температура снижается до 800°C. Расплав выдерживают в течение 25 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 91%.

Примеры 14-15 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 3.

Примеры 16-17 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 4.

Полученную лигатуру использовали для получения алюминиевого сплава. Количество лигатуры для получения соответствующего сплава представлено в таблице 4.

Таблица 5. Марка сплава Содержание титана, % Расход лигатуры на тонну сплава, кг/т АМг6 0,02-0,1 2-10 Д16 0,02-0,1 2-10 АД0 0,02-0,05 2-5

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Для получения лигатуры алюминий-титан осуществляют алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Титан восстанавливают из его фторида или оксида, а также из фтортитаната или оксифтортитаната щелочного или щелочноземельного металла в присутствии хлорида калия, фторида натрия и фторида алюминия, вводимых в расплав или образовавшихся в процессе алюмотермии. Температура процесса составляет 850-1150°С. Восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: хлорид калия 42-45, хлорид натрия - остальное. Расплав выдерживают в течение 15-30 минут и разливают в слитки. Изобретение позволяет получать слитки лигатуры с однородной структурой с интерметаллидами до 15-30 мкм, снизить безвозвратные потери титана до 7-9%, улучшить экологические характеристики процесса. Получаемые с использованием заявленной лигатуры алюминиевые сплавы характеризуются высоким качеством при снижении количества лигатуры. 3 н. и 9 з.п. ф-лы., 17 пр., 5 табл.

1. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь фторида титана, хлорида калия и фторида натрия, а восстановление смеси осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Фторид титана 16-29 Хлорид калия 51-75 Фторид натрия 9-21

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Хлорид калия 42-45 Хлорид натрия Остальное

5. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид титана, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, а восстановление осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Оксид титана 7-15 Фторид алюминия 7-15 Фторид натрия 10-20 Хлорид калия 51-75

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Хлорид калия 42-45 Хлорид натрия Остальное

9. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фтортитанат или оксифтортитанат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, а восстановление осуществляют при температуре 800-1050°С, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Фтортитанат или оксифтортитанат   щелочного или щелочно-земельного металла 25-49 Хлорид калия или натрия 51-75

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.

11. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Хлорид калия 42-45 Хлорид натрия Остальное