СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ АЛЮМИНИЙ-ЦИРКОНИЙ (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 1557, 1577пч, 1201, АМг63, АМг61 используют лигатуру алюминий-цирконий.

Известен способ получения лигатуры алюминий-цирконий, включающий металлотермическое восстановление циркония из его галогенидов, находящихся в смеси с хлоридами щелочных металлов, при содержании в смеси 35-50% четыреххлористого циркония и 65-50% хлоридов натрия и калия. Полученная лигатура содержит до 5 мас.% циркония (Авторское свидетельство СССР №254090, С22С 1/02, 07.10.1969). Недостатком способа является получение бедной по цирконию лигатуры, а также высокие безвозвратные потери циркония.

Известен способ получения лигатуры алюминий-цирконий, включающий металлотермическое восстановление циркония из фторцирконата калия путем введения упомянутого фторцирконата в два приема: сначала соль забрасывают на поверхность расплавленного алюминия при температуре 1100-1200°С и замешивают соль в расплав, и перед второй присадкой соли повторно нагревают расплав до 1200°С (Бондарев Б.И. и др. Модифицирование алюминиевых деформируемых сплавов. Москва, Металлургия, 1979, с.134-135). К недостаткам известного способа следует отнести высокую температуру процесса, вызывающую угар циркония, приводящую к высоким безвозвратным потерям циркония.

Задачей изобретения является получение однородных слитков с размерами интерметаллидов до 15-30 мкм, снижение безвозвратных потерь циркония 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-цирконий, включающем алюмотермическое восстановление циркония из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фторид циркония, хлорид калия и фторид натрия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:

Фторид циркония 18-30 Хлорид калия 49-72 Фторид натрия 10-23

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

Оксид циркония 13-21, Фторид алюминия 10,5-17,5, Фторид натрия 8-12, Хлорид калия 57-64.

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

Фторцирконат или оксифторцирконат   щелочного или щелочноземельного   металла 20-60 Хлорид калия или натрия остальное

Для предохранения от окисления и насыщения водородом, а также для интенсификации процесса в каждом из вариантов восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса выдержку расплава ведут в течение 15-30 минут, а в качестве покровного хлоридного флюса используют флюс, содержащий 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 фторцирконата щелочного или щелочноземельного металла фторида алюминия обеспечивает ускорение растворения образовавшегося циркония в алюминии, упрощение технологии.

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

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 850°С наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 43 мас.% хлорида калия и 57 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 560 кг смеси, содержащей, мас.%:

Хлорид калия 60 Фторид натрия 15 Фторид циркония 25

После расплавления смеси температура снижается до 800°С.Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Zr с извлечением последнего 93%.

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

Таблица 1 № при
мера Состав восстанавливае
мой смеси, мас.% Состав покровного флюса, мас.% Температуpa выдержки,°С Время выдержки, мин Температуpa алюмотермичес
кого Извлечение циркония, %   ZrF₄ NaF KCl KCl NaCl     восстанов
ления,                   °С   2 18 10 72 42 58 790 15 850 91 3 18 23 59 44 56 800 20 880 90 4 30 21 49 45 55 820 30 990 93 5 30 10 60 45 55 840 25 1150 92

Пример 7

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 850°С наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 560 кг смеси, содержащей, мас.%:

Хлорид калия 60 Фторид натрия 8 Фторид алюминия 15 Оксид циркония 17

После расплавления смеси температура снижается до 810°С. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру А1- Zr с извлечением последнего 93%.

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

Таблица 2 № приме
ра Состав восстанавливаемой смеси, мас.% Состав покровного флюса, мас.% Температура выдержки, °С Время выдержки, мин Температуpa алюмотермичес
кого восстановления, °С Извлечение циркония, % ZrO₂ AiF₃ NaF KCl KCl NaCl 8 16 14 10 60 42 58 850 15 910 94 9 13 17,5 8 61,5 44 56 840 25 900 91 10 21 10,5 11,5 57 45 55 860 30 920 88 11 13,5 10,5 12 64 43 57 820 20 880 93 12 18 16 9 57 45 55 855 25 1150 89

Пример 13

В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 840°С наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 560 кг смеси, содержащей, мас.%:

Фторцирконат калия 40 Хлорид калия 60

После расплавления смеси температура снижается до 790°С. Расплав выдерживают в течение 25 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Zr с извлечением последнего 91%.

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

Таблица 3 № при
м ера Состав восстанавлива
емой смеси, мас.% Состав покровного флюса, мас.% Температуpa выдержки, °C Время выдержки, мин Температуpa алюмотермичес
кого восстановления, °С Извлечение циркония, % Фторцирконат щелочного или щелочноземельного металла КСl КСl NaCl 14 20 80 42 58 780 15 800 92 15 60 40 45 55 780 30 1050 91

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

Таблица 4 Марка сплава Содержание циркония, % Расход лигатуры на тонну сплава, кг/т буквенная цифровая - 1557 0,2-0,35 20-35 - 1577пч 0,15-0,25 15-25 АМг63 - 0,15-0,35 15-35 АМг61 - 0,002-0,12 0,2-12 - 1201 0,1-0,25 10-25

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Для получения лигатуры алюминий-цирконий осуществляют алюмотермическое восстановление циркония из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Цирконий восстанавливают из его фторида или оксида, а также из фторцирконата или оксифторцирконата 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 получить слитки лигатуры с однородной структурой с размерами интерметаллидов до 15-30 мкм, при этом снижаются безвозвратные потери циркония до 7-9%, улучшаются 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, 15 пр., 4 табл.

1. Способ получения лигатуры алюминий-цирконий, включающий алюмотермическое восстановление циркония из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь фторида циркония, хлорида калия и фторида натрия, а восстановление смеси осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Фторид циркония 18-30 Хлорид калия 49-72 Фторид натрия 10-23

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 расплав выдерживают в течение 15-30 мин.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве покровного хлоридного 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-цирконий, включающий алюмотермическое восстановление циркония из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид циркония, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, а восстановление осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Оксид циркония 13-21 Фторид алюминия 10,5-17,5 Фторид натрия 8-12 Хлорид калия 57-64

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 расплав выдерживают в течение 15-30 мин.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве покровного хлоридного 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-цирконий, включающий алюмотермическое восстановление циркония из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фторцирконат или оксифторцирконат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, а восстановление осуществляют при температуре 800-1050°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Фторцирконат или оксифторцирконат   щелочного или щелочноземельного   металла 20-60 Хлорид калия или натрия остальное

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 расплав выдерживают в течение 15-30 мин.

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