Способ получения магниевого сплава высокой чистоты

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения сплавов магния высокой чистоты методом литья. Предлагается способ, включающий загрузку твердого алюминия, заливку жидкого магния после прогрева металла, введение титансодержащего плава при постоянном перемешивании, загрузку марганца и цинка с последующей выдержкой и сливом полученного сплава, причем расплав после введения титансодержащего плава выдерживают, загружают со скоростью 0,005-0,1 м/с смесь марганца с флюсом, выдерживают при перемешивании и загружают цинк. Кроме того, марганец загружают в количестве 0,15-0,45% от массы расплава, а расплав выдерживают в течение 0,1-0,5 ч, при этом достигается максимально возможное снижение потерь марганца и цинка в процессе приготовления магниевых сплавов высокой чистоты, 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам приготовления магниевых сплавов методом литья.

Известен способ (патент PCT N 94/09168, опублик.) получения высокочистого сплава на основе магния, включающий введение в расплавленный магний легирующих компонентов в расплавленном состоянии. Для этого первичный магний и легирующие компоненты нагревают и плавят в отдельных тиглях. При этом производят легирование элементного марганца другими легирующими металлами перед их добавлением в расплавленный магний, что повышает эффективность очистки расплава от железа.

Недостатком способа является необходимость предварительного плавления марганца (температура плавления 1250^oC) и других легирующих компонентов, что усложняет технологию получения сплавов и аппаратурное оформление процесса.

Известны также способы (кн. Бондарев Б.И. Плавка и литье деформируемых магниевых сплавов. М. : Металлургия, 1973, с.119-122) введения марганца в магниевые сплавы с помощью магний-марганцевой лигатуры (температура легирования 740-760^oC), электролитического чешуйчатого марганца (температура легирования 890-910^oC) и хлорида марганца (температура легирования свыше 750^oC).

Недостатки данных способов заключаются в поддержании высокой температуры легирования сплавов, что приводит к перерасходу энергии на перегрев металла и высоким его потерям на угар, а также низкая степень усвоения марганца 30-75%.

Значительно более эффективным и близким к заявляемому способу (кн. Рафинирование и литье первичного магния.- Вяткин И.П. Кечин В.А., Мушков C.В. М. : Металлургия,1974, с.82-93) - прототип - является способ получения сплавов высокой чистоты, содержащих легирующие компоненты: алюминий, цинк, марганец. Способ предлагает различные варианты загрузки жидкого магния, легирующих компонентов, таких как алюминий, марганец, цинк, титансодержащего плава. Один из вариантов включает одновременную загрузку в тигель твердого алюминия и цинка, нагрев их до температуры свыше 100^oC, заливку жидкого магния-сырца, нагрев расплава до 700-710^oC и одновременное введение в него при постоянном перемешивании титанового плава и металлического марганца. Способ внедрен в производство отечественной магниевой промышленностью и позволил повысить степень усвоения марганца до 50-80% при одновременном снижении температуры легирования до 700-710^oC.

Основной недостаток способа по прототипу - по-прежнему достаточно высокие потери марганца (20-50%) на легирование магниевых сплавов.

Задача изобретения заключается в разработке способа, позволяющего максимально возможно снизить потери марганца и цинка при легировании магниевых сплавов высокой чистоты.

Выполнение задачи достигается тем, что в способе получения магниевых сплавов высокой чистоты, включающем загрузку твердого алюминия, разогрев, заливку жидкого магния, обработку расплава титансодержащим плавом при перемешивании, загрузку легирующих компонентов, таких как марганец и цинк, с последующим отстоем и сливом полученного сплава, новым является то что расплав после обработки титансодержащим плавом выдерживают, загружают с определенной скоростью смесь марганца с флюсом, выдерживают при перемешивании и загружают цинк.

Кроме того, выдержку осуществляют 0,1-0,5 час.

Кроме того, марганец загружают в количестве 0,15-0,45% от массы расплава.

Кроме того, смесь загружают со скоростью 0,005-0,1 м/сек.

Данная последовательность операций обусловлена тем, что марганец образует с железом, находящимся в расплавленном магнии, интерметаллиды, которые, выпадая в осадок, увеличивают расход дорогостоящего марганца. Поэтому предложено подавать смесь марганца с флюсом после обработки расплавленного магния титансодержащим плавом, что позволяет снизить расход дорогостоящего марганца.

Цинк легко испаряется при повышенных температурах (парциальное давление паров цинка более чем на два порядка превышает давление паров алюминия), поэтому, осуществляя загрузку цинка в последнюю очередь, уменьшается его расход на приготовление сплава.

Подача марганца в количестве 0,15-0,45% от массы расплава обусловлена тем, что при таком количестве степень усвоения марганца в сплавах магния максимальна.

Подача марганца в магний с определенной скоростью 0,005-0,1 м/сек позволяет повысить степень усвоения марганца и тем самым снизить потери дорогостоящего марганца.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечисленных заявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Новизна заявленного способа заключается в новой последовательности действий, что позволяет снизить расход дорогостоящих компонентов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Пример осуществления способа.

Проверку способа проводили в промышленных условиях на действующем технологическом оборудовании. В качестве шихтовых компонентов использовали электролитический магний-сырец (ТУ 05785388-010-98), алюминий (марки А7 по ГОСТ 11069-74), металлический марганец (ГОСТ 6008-90), цинк (ГОСТ 3640-79), титановый плав (СТП 26-96) и бариевый флюс (ТУ 48-10-10-77).

Результаты опытов приведены в таблице.

Опыт 1. Опыт выполнен по существующей технологии (ТИ 33-41-96) приготовления сплава AZ91D в соответствии с действующими расходными нормами на легирующие компоненты. Последовательность выполнения технологических операций была следующей. На дно прогретого тигля, установленного в печь СМТ-2, загружали 10-15 кг бариевого флюса и расчетные нормы алюминия и цинка. Включили печь. При начале плавления металла в тигель заливали из вакуум- ковша магний-сырец. При достижении температуры металла 700-710^oC в тигель устанавливали прогретую мешалку и после ее включения вводили из совка в смеси с защитным флюсом в соотношении 1:1 предварительно прогретые навески марганца и титанового плава. Перемешивание производили в течение 20 минут, после чего мешалку удаляли и отбирали пробу на экспресс-анализ для определения в сплаве содержания алюминия, цинка и марганца. Металл отстаивали 30 минут, отбирали пробу на определение содержания железа и после получения результатов анализа металл сливали на литейном конвейере в чугунные изложницы.

Опыт 2.

В данном опыте этот же сплав приготавливали по предлагаемому изобретению. Первоначально загрузили в тигель навеску чушкового алюминия и нагрели металл до начала плавления. Затем залили в тигель жидкий магний-сырец и после достижения температуры расплава 700^oC в металл при постоянном его перемешивании ввели навеску титанового плава в соотношении 1:1 с флюсом. Через 0,1 часа перемешивания загрузили в тигель навеску металлического марганца в соотношении 1:1 с флюсом со скоростью 0,005-0,1 м/сек в количестве 0,15-0,45% от массы расплава и еще через 0,1 часа загрузили цинк. После этого расплав перемешивали еще 0,1 часа и мешалку удалили из тигля. Остальные операции были аналогичны первому опыту.

Анализ таблицы показывает, что снижение расчетной доли марганца в шихте с 0,50% до 0,39% при одновременном изменении порядка ввода в расплав (после очистки магния от железа с помощью титанового плава) позволило повысить степень усвоения марганца с 64,0% до 94,9%. При этом снижение времени пребывания цинка в тигле привело к уменьшению его потерь и соответственно увеличению степени усвоения с 88,1% до 95,6%.

Таким образом, сравнение результатов опытов показывает, что предлагаемая технология позволяет значительно повысить степень усвоения марганца с 64,0% до 94,9% и степень усвоения цинка с 88,1% до 95,6%.

Формула изобретения

1. Способ получения магниевого сплава высокой чистоты, включающий загрузку твердого алюминия, заливку жидкого магния после прогрева металла, введение титансодержащего плава при постоянном перемешивании, загрузку марганца и цинка с последующей выдержкой и сливом полученного сплава, отличающийся тем, что расплав после введения титансодержащего плава выдерживают, загружают с определенной скоростью смесь марганца с флюсом, выдерживают при перемешивании и загружают цинк.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь марганца с флюсом загружают в расплав со скоростью 0,005 - 0,1 м/с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что марганец загружают в количестве 0,15 - 0,45% от массы расплава.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав выдерживают в течение 0,1-0,5 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1