Способ получения силуминов

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1