Способ рафинирования алюминиевых сплавов от магния

 

Изобретение относится к способам рафинирования алюминиевых сплавов от магния и может быть использовано при производстве алюминиевых сплавов из вторичного сырья. Лом алюминиевого сплава расплавляют и перегревают выше температуры ликвидуса на 150-300^oC, вводят при непрерывном перемешивании рафинирующий компонент, в качестве которого использованы оксиды металлов, входящих в состав алюминиевого сплава, а именно оксиды кремния, меди, цинка, в количестве, в 1,3-2,6 превышающем стехиометрически необходимое для окисления магния, взятые отдельно или в смеси. Оксиды взаимодействуют с магнием, который окисляется и переходит в шлак, а элемент оксида растворяется в металле, легируя его. Увеличивается скорость процесса рафинирования, создается возможность удаления магния при минимальных потерях алюминия, обеспечивается одновременно с рафинированием от магния легирование металла элементами, входящими в состав алюминиевых сплавов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от магния, и может быть использовано при производстве алюминиевых сплавов из вторичного сырья.

Алюминиевые промышленные отходы образуются в больших количествах и перед разработчиками стоит задача создания метода их использования, способствующего возвращению их в производство.

В настоящее время актуальной задачей является использование лома алюминиевых сплавов с высоким содержанием магния (5-10%) для получения готовых сплавов или полуфабриката с содержанием магния менее 1%, применяемого в дальнейшем для производства широкой гаммы алюминиевых сплавов.

Известны способы рафинирования алюминиевых сплавов от магния путем обработки расплава флюсом, содержащим фториды алюминия, калия [1,2], хлориды меди [3].

Недостатками данных способов являются использование дорогих реагентов, низкая производительность процесса и его малая эффективность при повышенном (> 5%) содержании магния, значительные затраты на безопасное хранение экологически вредных фтор- и хлорсодержащих отходов производства.

Известен также способ рафинирования алюминиевых сплавов от магния, заключающийся в том, что на расплавленный металл загружают покровный флюс. После расплавления флюса в расплав добавляют порошок закиси меди в количестве 0,3-0,5 мас. % металла и через расплав пропускают воздух. Образующийся при этом окись магния растворяется в покровном флюсе и после окончания процесса снимается со сплава [4].

Недостатком способа является низкая степень удаления магния, а именно, максимальное количество вводимой в расплав закиси меди 0,5 мас.% обеспечивает снижение содержания магния всего на 0,17%. Кроме того, продувка воздухом приводит к значительным потерям алюминия вследствие его окисления.

Наиболее близким к предлагаемому является способ удаления магния из алюминиевого сплава, состоящий из обработки магнийсодержащего сплава двуокисью кремния в количествах, превышающих количество магния по массе в расплаве в 5-25 раз (4-20 от стехиометрически необходимого). При этом двуокись кремния восстанавливается до металлического кремния, который растворяется в алюминиевом сплаве, легируя его, а магний окисляется до окиси магния, удаляемой со шлаком [5].

Реакции между сплавом и двуокисью кремния идут при непрерывном перемешивании.

Недостатки способа заключаются в следующем: 1. При обработке сплава с высоким содержанием магния использование кремнезема в количествах, предлагаемых прототипом, приводит к значительным потерям алюминия, например, при содержании магния в сплаве 7% избыток кремнезема в 4-20 раз более стехиометрически необходимого приводит к окислению алюминия в количестве 11,5-78% соответственно, что существенно снижает экономическую эффективность процесса рафинирования.

2. Рафинирование сплавов ведется при низких температурах 620-710^oC, что снижает производительность процесса, так как реакции окисления протекает медленно, снижается эффективность процесса.

3. Известный способ может быть использован только для получения продукта, используемого в дальнейшем для приготовления сплавов со значительным содержанием кремния.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является удаление при минимальных потерях алюминия, обеспечение высокой производительности процесса, а также обеспечение возможности использования полученного готового сплава полуфабриката для производства широкой гаммы алюминиевых сплавов.

Для решения поставленной задачи в способе рафинирования алюминиевых сплавов от магния, включающем обработку сплавов рафинирующим компонентом при непрерывном перемешивании, согласно изобретению, обработку оксидами металлов, являющихся компонентами алюминиевых сплавов, взаимодействие которых с магнием происходит при отрицательном значении изобарно-изотермического потенциала восстановительных процессов, а именно оксидами кремния, цинка, меди, взятыми отдельно или в смеси в количестве, превышающем стехиометрически необходимое, для окисления магния в 1,3-2,6 раза. Обработку ведут при начальной температуре сплава, на 150-300^oC превышающей температуру ликвидуса.

Использование в качестве рафинирующего компонента оксидов, являющихся компонентами алюминиевых сплавов, а именно оксидов кремния, меди, цинка, позволяет осуществлять рафинирование от магния одновременно с легированием.

Указанное количество вводимого компонента обеспечивает максимальную скорость удаления магния при минимальных потерях алюминия.

При количестве оксидов, взятых менее 1,3 к стехиометрически необходимому, наблюдается существенное снижение скорости процесса - уменьшение содержания магния в единицу времени. При избытке оксидов более 2,6 скорость процесса не возрастает, а увеличиваются окисление алюминия и его потери.

При температуре перегрева менее 150^oC производительность процесса снижается из-за замедления реакции окисления магния. Повышение температуры перегрева более 300^oC не приводит к заметному увеличению скорости процесса.

Способ осуществляют следующим образом.

Лом алюминиевого сплава с содержанием в сплаве от 5 до 10% магния расплавляют и перегревают на 150-300% выше температуры ликвидуса. Вводят рафинирующий компонент, в качестве которого используются оксиды металлов, являющихся компонентами алюминиевых сплавов, взаимодействие которых с магнием происходит при отрицательном значении изобарно-изотермического потенциала восстановительных процессов, например, оксиды кремния, цинка, меди, взятые отдельно или в смеси, в количестве, превышающем стехиометрически необходимое для окисления магния в 1,3-2,6 раза. Оксиды или их смесь вводят в виде дисперсных порошков крупностью менее 0,5 мм. Одновременно осуществляют перемешивание рафинирующего компонента с расплавом известными методами (механическое, электромагнитное перемешивание и др.). Идет взаимодействие оксидов с магнием, последний окисляется и переходит в шлак, а элемент оксида растворяется в металле, легируя его.

По окончании процесса удаляется шлак и металл разливается в изложницы.

В примерах 1-9 приведены экспериментальные данные по влиянию на эффективность удаления от магния количества рафинирующего компонента и температуры перегрева сплава перед его введением в сплав.

В тигельной печи сопротивления расплавляли 105 кг алюминиевого сплава, содержащего 7,3 мас.% магния.

В примерах 1-7 (табл.1) в качестве рафинирующего компонента использован молотый кварцит фракции менее 0,3 мм с содержанием двуокиси кремния более 97%.

При сравнении плавок NN 1,2 видно, что увеличение температуры перегрева сплава перед введением кварцита при его неизменном количестве привело к снижению содержания магния на 2% и повышению скорости процесса с 0,52 до 1,4%/ч.

Увеличение количества рафинирующего компонента от стехиометрически необходимого в плавке N 2 до 1,3 в плавке N 3 при неизменной температуре перегрева 150^oC привело к повышению скорости процесса с 1,4 до 2,32 %/ч.

Повышение температуры перегрева от 150^oC в плавке N 3 до 300^oC в плавке N 4 при неизменном избытке рафинирующего компонента 1,3 повышает скорость процесса с 2,32 до 3,54 %/ч.

Увеличение избытка двуокиси кремния до 2,6 в плавке N 5 по сравнению с 1,3 в плавке N 4 при неизменной температуре перегрева 300^oC дает дальнейшее повышение скорости процесса с 3,54 до 4,25 %/ч.

Дальнейшее увеличение избытка количества двуокиси кремния до 3 в плавке N 6 по сравнению с 2,6 в плавке N 5 при неизменной температуре перегрева практически не влияет на скорость процесса - 4,07 и 4,25 %/ч соответственно и приводит к дальнейшему повышению содержания кремния за счет восстановления двуокиси кремния алюминием.

Увеличение перегрева сплава до 350^oC в плавке N 7 при избытке рафинирующего компонента 1,3 по сравнению с плавкой N 4 (перегрев 300^oC, избыток количества SiO₂ - 1,3) влияет на скорость процесса незначительно - 3,34 и 3,54 %/ч соответственно, одновременно приводя к увеличению угара алюминия.

В табл. 2 приведены примеры использования в качестве рафинирующего компонента смеси оксидов кремния и цинка (плавка N 8) и смеси оксида кремния и меди (плавка N 9), которые подтвердили эффективность удаления магния с одновременным легированием сплава цинком и медью.

Преимущества заявляемого технического решения по сравнению с прототипом следующие: увеличение скорости процесса с 0,5 %/ч (в прототипе) до 3-4 %/ч (по заявляемому решению); удаление магния при минимальных потерях алюминия; осуществление одновременно с рафинированием от магния легирования металла элементами, входящими в состав алюминиевых сплавов, что ведет к снижению затрат на шихтовые материалы; обеспечение возможности использования получаемого готового сплава полуфабриката для производства широкой гаммы алюминиевых сплавов.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования алюминиевых сплавов от магния, включающий обработку расплава рафинирующим компонентом при непрерывном перемешивании, отличающийся тем, что в качестве рафинирующего компонента используют оксиды металлов, входящих в состав алюминиевых сплавов, взаимодействие которых с магнием происходит при отрицательном значении изобарно-изотермического потенциала восстановительных процессов, в количестве, в 1,3 2,6 раза превышающем стехиометрически необходимое для окисления магния, и обработку расплава ведут при его начальной температуре на 150 300^oС выше температуры ликвидуса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рафинирующего компонента используют оксиды кремния, меди или цинка, взятые отдельно или в смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1