Свинцовый сплав для решеток свинцовых аккумуляторов и способ его получения

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении свинцовых сплавов для решеток свинцовых аккумуляторов. Предложен сплав для решеток свинцовых аккумуляторов, содержащий легирующие компоненты: сурьму, олово, мышьяк и селен, при этом он дополнительно содержит в качестве легирующих компонентов медь и серу при следующем соотношении компонентов, мас. %: сурьма 0,7-3,5, олово 0,05-0,5, мышьяк 0,05-0,3, медь 0,01-0,1, сера 0,001-0,03, селен 0,01-0,15, свинец остальное. Также предложен способ получения свинцового сплава для решеток свинцовых аккумуляторов, включающий введение в свинец легирующих компонентов: сурьмы, олова, мышьяка, меди, серы, селена, при этом селен вводят в сплав при температуре 330-500^oС после введения всех легирующих компонентов. Технический результат - получение свинцового сплава высокой коррозионной стойкости и механической прочности с низким газовыделением продуктов на электродах аккумуляторных батарей. 2 с. п. ф-лы.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении свинцовых сплавов для решеток свинцовых аккумуляторов.

Сплавы, предназначенные для изготовления решеток свинцовых батарей, должны прежде всего обеспечивать минимальное газовыделение при разряде и хранении аккумуляторов, а также малую скорость саморазряда. Они должны обладать достаточно высокими механическими характеристиками, необходимыми для изготовления аккумуляторных электродов, и технологичностью, позволяющей осуществлять отливку токоотводов сложной конфигурации при сравнительно малой толщине, а также должны характеризоваться достаточной коррозионной стойкостью.

Рассмотрим известные из уровня техники решения, позволяющие получить свинцовые сплавы.

Известен свинцово-сурьмянистый сплав, легированный мышьяком, содержащий 3-5% сурьмы и 0,1-0,3% мышьяка (Дасоян М.А., Агуф И.А. Основы расчета конструирования и технологии производства свинцовых аккумуляторов, Л.: Энергия, 1978, с. 107).

Недостатки сплава: 1. Низкая коррозионная стойкость.

2. Высокий саморазряд.

3. Невысокое перенапряжение выделения водорода и кислорода, а следовательно, большое газовыделение.

Наиболее близким изобретению по технической сущности и достигаемому результату является свинцовый сплав для решеток свинцовых аккумуляторов (авторское свидетельство SU 467524, МПК С 22 С 11/08, опубликованное 15.04.1975 г.), который содержит сурьму, мышьяк, олово, селен, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сурьма - 1,0-3,5 Олово - 0,01-0,05 Мышьяк - 0,025-0,2 Селен - 0,005-0,1 Свинец - Остальное К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при получении известного свинцового сплава относят следующие: 1. Низкая механическая прочность сплава.

2. Высокая хрупкость.

3. Потеря литейных свойств.

Анализ описанных выше аналога и прототипа выявил, что ни в одном из них не достигается желаемый результат - получение свинцового сплава высокой коррозионной стойкости, механической прочности, пластичности и с хорошими литейными свойствами.

Авторами настоящей заявки на изобретение свинцовый сплав для решеток свинцовых аккумуляторов с достижением указанного технического результата создан.

Заявляемый свинцовый сплав дополнительно содержит в качестве легирующих компонентов медь и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сурьма - 0,7-3,5
Олово - 0,05-0,5
Мышьяк - 0,05-0,3
Медь - 0,01-0,3
Сера - 0,001-0,3
Селен - 0,01-0,15
Свинец - Остальное
Введение меди и серы в свинцовый сплав позволит значительно уменьшить хрупкость, увеличить механическую прочность и литейные свойства.

Достижение вышеупомянутого результата возможно только при получении заявляемого свинцового сплава способом, также являющимся объектом изобретения по настоящей заявке.

Патентуемые свинцовый сплав и способ его получения представляют собой группу изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, так как способ предполагает получение сплава, и только получение последнего с помощью заявляемого способа обеспечивает достижение заявляемого технического результата - получение свинцового сплава, обладающего низкой коррозией, высокой механической прочностью, уменьшенным газовыделением.

Известен способ получения свинцовых сплавов для решеток свинцовых аккумуляторов, который принят в качестве прототипа (Яп.заявка, кл. С 22 С 1/2, В 22 D 25/04, 56-47528, заявл. 27.9.79, 54-124409, опубл. 30.4.81). Свинцовый сплав, содержащий 2-3% сурьмы, расплавляют при температуре 310^oС, добавляют свинцовую проволоку, содержащую серу, селен или теллур в нужном количестве, герметизируют автоклав, быстро поднимают температуру до 420-450^oС и давление до 500 атм, при которых расплав выдерживают 10 минут.

Однако этот способ не может быть применен для получения заявляемого свинцового сплава, так как требует сложной аппаратуры, работающей под высоким давлением.

Указанных недостатков лишен заявляемый способ. Способ включает введения в свинец легирующих компонентов: сурьмы, олова, мышьяка, меди, серы, селена, причем селен вводят в сплав после введения всех легирующих компонентов при температуре 330-500^oС.

Нижние и верхние пределы содержания компонентов свинцового сплава выбраны исходя из достижения вышеприведенных положительных эффектов, что подтверждается опытными данными, приведенными ниже, а также из экономических соображений.

Заявляемый свинцовый сплав и способ его получения отвечают всем критериям патентоспособности. Они являются новыми, так как аналогичные известные из уровня техники решения не обладают тождественной совокупностью признаков, о чем свидетельствует проведенный выше анализ известных сплавов и способов их получения.

От прототипа заявляемый свинцовый сплав отличается тем, что он дополнительно содержит в качестве легирующих компонентов медь и серу.

Предлагаемая для патентной защиты группа изобретений имеет изобретательский уровень, так как ее сущность для специалиста, занимающегося производством свинцовых сплавов, явным образом не следует из известного уровня техники, т.е. не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемой группы, а значит, и не может быть подтверждена известность отличительных признаков на указанный заявителем технический результат.

Заявляемая группа изобретений является промышленно применимой, она может быть использована в производстве АО "Уралэлектромедь", т.е. для получения свинцовых сплавов для решеток свинцовых аккумуляторов. Ни один признак, взятый в отдельности, ни вся совокупность признаков группы изобретений не противоречат возможности их применения в промышленности и не препятствуют достижению усматриваемого заявителем технического результата.

Получение сплава по данному способу производят следующим образом.

Исходным сырьем для производства свинцового сплава является черновой свинец, лом свинца и свинцовых сплавов, олово первичное или лом оловосодержащий, сурьма или свинцово-сурьмянистая лигатура, мышьяк или мышьяковистая лигатура, а также сера, медь и селен.

Черновой свинец и лом свинца и свинцовых сплавов загружают в котел, при необходимости рафинируют (доводят содержание примесей до нужного количества). После чего в свинец вводят сурьму или свинцово-сурьмянистую лигатуру в нужном количестве, производят перемешивание сплава до полного растворения и анализируют полученный сплав. При достижении необходимой концентрации сурьмы в сплав вводят олово или лом оловосодержащий, гомогенизируют сплав и вводят мышьяк или его сплав со свинцом, а также медь и серу. Доводка по содержанию мышьяка и олова в сплаве производится по результатам экспресс-анализа и химического состава шихтовых материалов путем расчета и загрузки в котел необходимого количества по каждому из материалов. После расплавления для усреднения химического состава производится перемешивание сплава.

Введение вышеуказанных легирующих компонентов можно производить и одновременно до операции загрузки селена.

После получения сплава нужного состава по легирующим компонентам в него вводят селен, засыпая в бункер вертикальной мешалки. Мешалку устанавливают в котел, опускают в расплав, включают, перемешивают в течение 10 минут и в образовавшуюся воронку на поверхности металлического расплава загружают селен. После его загрузки перемешивание расплава ведут в течение 10 минут, периодически изменения направление вращения. По завершении операции мешалку извлекают из котла, сплаву дают отстояться в течение 5 минут, после чего отбирается проба на экспресс-анализ. Температуру в процессе получения сплава поддерживают в пределах 330-500^oС.

Изобретение иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1.

Для получения 5 тонн свинцового сплава загружают в котел необходимое количество свинца и расплавляют при температуре 328^oС, потом загружают свинцово-сурьмянистую лигатуру. Одновременно вводят олово, мышьяковую лигатуру, серу и селен, медь. Включают мешалку. Поскольку свинец находится на грани замерзания, он обладает высокой вязкостью, а следовательно, все диффузионные процессы заторможены. Получить сплав с равномерным распределением легирующих компонентов не удалось.

Пример 2.

Загружают в котел необходимое количество свинца и расплавляют при температуре 510^oС, включают мешалку, вводят легирующие компоненты. Сурьма и олово полностью растворяются. Так как селен и сера обладают высокой упругостью пара, то ввести их в сплав очень сложно. Получен сплав с содержанием селена в 10 раз ниже необходимого.

Пример 3.

Загружают в котел необходимое количество свинца, расплавляют и устанавливают температуру 400^oС. После этого вводят сурьму, олово и мышьяк, медь в виде соответствующих лигатур и включают мешалку. На поверхность металлического расплава загружают серу. Ведут перешивание до полной гомогенизации сплава 15-20 минут. После отбора проб на экспресс-анализ и получения состава сплава необходимой концентрации по легирующим компонентам вводят селен в образовавшуюся воронку на поверхности металлического расплава. Затем ведут перемешивание в течение 10 минут, периодически изменяя направление вращения. Получен сплав следующего состава, мас.%:
Сурьма - 1,7
Олово - 0,1
Мышьяк - 0,1
Медь - 0,03
Сера - 0,002
Селен - 0,02
Свинец - Остальное
Из полученного сплава были отлиты решетки и собраны аккумуляторные батареи, обладающие низким газовыделением, высокими прочностными и литейными характеристиками и низкими коррозионными свойствами.

Пример 4.

Получен сплав с содержанием меди более 0,3 мас.%, серы более 0,3 мас.%. Введение в сплав селена более 0,15 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение содержания селена в сплаве не приводит к возрастанию положительных механических и прочностных характеристик сплава.

Пример 5.

Получен сплав с содержанием меди менее 0,01 мас.%, серы менее 0,001 мас. %. Из полученного сплава были отлиты решетки для аккумуляторных батарей. Испытания показали низкую механическую прочность, хрупкость решеток и высокую коррозию в электролите.

Положительные результаты испытания способа в условиях работы ОАО "Уралэлектромедь" позволяют считать заявляемый способ получения сплава для решеток свинцовых аккумуляторов промышленно применимым.

Формула изобретения

1. Свинцовый сплав для решеток свинцовых аккумуляторов, содержащий легирующие компоненты: сурьму, олово, мышьяк и селен, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве легирующих компонентов медь и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сурьма 0,7-3,5

Олово 0,05-0,5

Мышьяк 0,05-0,3

Медь 0,01-0,1

Сера 0,001-0,03

Селен 0,01-0,15

Свинец Остальное

2. Способ получения свинцового сплава для решеток свинцовых аккумуляторов, включающий введение в свинец легирующих компонентов: сурьмы, олова, мышьяка, меди, серы, селена, отличающийся тем, что селен вводят в сплав при температуре 330-500°С после введения всех легирующих компонентов.