Способ получения силуминов Советский патент 1992 года по МПК C22C1/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при получении сплавов на основе алюминия, в частности, силуминов.

Известные способы получения сплавов на основе алюминия предусматривают растворение легирующих присадок (кремния, меди, магния и т.п.) в жидком алюминии. Для приготовления силуминов в качестве присадки применяют кристаллический кремний

Недостатками известных способов являются:

Применяется дорогостоящий кристаллический кремний.

Подготовка шихтового кремния к плавке (дробление) сопровождается образованием кремнистой пыли, нерастворяющейся в алюминий, я отделение ее от шихтового кремнич приводит к дополнительным расходам.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому резулыаг, является способ, согласно которому в р.ч( плавленный члюминий при 900 1100ПГ шюдят кремнезем в количестве

5-10% от массы расплава, продувают расплав водяным пэром в течение 20-30 мин и цикл обработки повторяют.

Основным недостатком способа является низкая скорость процесса восстановления кремнезема.

Целью изобретения является интенсификация процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем расплавление алюминия и циклическую обработку расплава путем продувки водяным паром и введения кремнезема, повторение цикла обработки, согласно изобретению, в расплав вводят присадку в виде шлака производства сплавов на основе алюминия. Кроме того, расплав продувают водяным паром после введения присадки в количестве 1-5% от массы расплава, причем присадка вводится в каждом цикле обработки.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Известно, что при обработке кидкого алюминия водяным паром наблюдается насыщение расплава водородом, образующимся по реакции:

И

4 Ю

О 00

2AI t 3H20 + 6Н(1)

При этом образующийся водород растворяется в алюминии и частично моляризу- ется и удаляется в атмосферу, т.е. теряется активный восстановитель - водород. Уменьшая потери водорода в атмосферу, можно увеличить скорость процесса восстановления кремнезема за счет увеличения текущей концентрации водорода. Поскольку реакция (1) является гетерогенной и протекает на границе раздела расплав - водяной пар, то степень усвоения расплавом водорода может определяться двумя основными факторами:

1.Диффузией водорода вглубь расплава.

2. Водородной емкостью расплава, определяемой предельной концентрацией водорода, достигаемой в конкретных условиях проведения процесса (температура, состав и др.).

Управление диффузией водорода путем повышения температуры (коэффициент диффузии водорода возрастает) или изменением состава расплава (легирование) не эффективно, Следовательно, уменьшение потерь водорода в основном надо решать путем повышения водородной емкости расплавленного металла.

Одним из возможных направлений увеличения текущего содержания водорода в металлическом расплаве является введение оксидов, адсорбирующих водород, например, оксида алюминия. При згом компоненты такой присадки должны быть мелкодисперсными и смачиваться расплавом. С другой стороны водородная емкость расплава в большой степени зависит от характера распределения мелкодисперсных оксидных частиц и, очевидно, максимальна при равномерном (однородном) их распределении в объеме расплава. Исходя из последнего положения, оксиды металлов предпочтительно вводить в расплав в аиде лигатуры на основе металлов, растворяющихся в жидком алюминии. В качестве такой лигатуры можно использовать шлаки, образующиеся при получении сплавов на основе алюминия. Причем введение присадки после операции продувки водяным паром не достаточно эффективно, поскольку не в полной мере выполняется ее основная функция - адсорбция водорода на поверхности оксидов из-за отсутствия источника водорода.

Оптимальное количество присадки, вводимой в одном цикле обработки, составляет 1-5% от массы расплава. Введение присадки в количестве менее 1% от массы расплава не обеспечивает необходимого содержания водорода в расплаве, что приводит к снижению скорости реакции восстановления кремнезема. Увеличение количества присадки более 5% сопровождается снижением скорости восстанозитель- ного процесса вследствие усиления процесса коагуляции частиц и соответственного уменьшения их удельной поверхности.

Введение присадки в каждом цикле обработки является оптимальным. Разовое введение присадки но обеспечивает необходимого содержания водорода в расплаве на последующих циклах обработки, что приводит к снижению скорости процесса.

Способ осуществляется следующим образом. 8 расплавленный алюминий при температуре 780-820°С вводят шлак производства сплавов на основе алюминия

в количестве 1-5% от массы расплава и продувают расплав водяным паром в течение 3-5 мин. Затем в расплав вводят кремнезем в количестве 5-10% от массы расплава и выдерживают расплав в течение 15-25 мин

и цикл обработки повторяют.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример Получали силумин по предлагаемому способу В алундовом тигле

расплавляли алюминий А (1000 г) и при 800иС вводили Ю г шлака производства силумина, имеющего следующий состав, мас.%: 50 Ai, 10 Si, 36 AtzQa. Затем расплав продували водяным паром в течение 4 мин

и вводили 80 г кремнезема, а после выдержки расплава при температуре опь.та в течение 20 мик цикл обработки повторяли. Общая длительность одного цикла обработки расплава составляла 30 мин. Было проведено 3 цикла обработки, после чего сливали металл и удаляли шлак, При этом контролировали: содержание кремния в силумине (Csi) и массу сплава (Рс). Скорость процесса восстановления (V) оценивали по уравнению:

Ре.

V- -, г/мин

С

где Psi - масса кремния в силумине, определяемая произведением:

Csi PC, f - длительность процесса, мин (в данном случае 90 мин). Дополнительно рассчитывали удельный выход силумина по уравнению:

В- -|- 100%,

г AI

где PAI - масса исходного алюминия, г.

Полученные результаты приведены в таблице (опыт 1).

5

П р и м е р 2. Получали силумин по методике примера 1, при этом количество вводимой присадки составляло 30 г (опыт 2) и 50 г (опыт 3).

П р и м е р 3. Получали силумин по методике примера 1. Присадку вводили в количестве 5 г (ниже заявляемого предела, опыт 4) и 70 г (выше заявляемого предела, опыт 5).

П р и м е р 4, Получали силумин по методике примера 1 но присадку в количестве 50 г вводили в одком (первом) цикле обработки (опыт 6).

П р и м е р 5. Получали силумин по прототипу при 800°С. Количество кремнезема, вводимого в одном цикле обработки,, составляло 80 г. а время продувки расплава водяным пэром составляло 25 мин. Проведено 3 цикла обработки расплава при длительности процесса 90 мин.

П р и м е р 6. Получали силумин по методике примера 1, но присадку вводили после продувки расплава водяным паром (пример 8).

Из представленных данных видно, что введение шлака производства силуминов позволяет увеличить скорость восстановления кремнезема на 15-20%, при этом откло- нение от заявляемых пределов приводит к снижению скорости восстановительного процесса (опыты 4-6 и 8). Следует отметить, что за счет интенсификации процесса достигается увеличение удельного выхода силу- мина на 15-20%.

Интенсификация процесса, увеличение удельного выхода целевого сплава с использованием дешевой присадки позволяют снизить затраты на получение силумина по принципиально новой технологии.

Формула изобретения

Способ получений силуминов, включающий расплавление алюминия, введение кремнезема, продувку водяным паром и по- вторение цикла обработки, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, в расплав дополнительно вводят шлак производства силуминов в количестве 1-5% от массы расплава.

Использование: металлургия литейных алюминиевых сплавов, в частности производство силуминов. Способ включает циклическую обработку расплавленного алюминия путем введения присадки в виде шлака производства сплавов на основе алюминия, например силумина, в количестве 1-5% от массы расплава, продувки расплава водяным паром, введения кремнезема и выдержки расплава в течение 15-25 мин. Использование предлагаемого способа позволит увеличить скорость восстановления кремнезема на 15-20%. 1 табл.