Способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения флюсов для плавки и литья магния или его сплавов. В способе осуществляют загрузку твердой соли в обогреваемую емкость, заливку на поверхность твердой соли расплавленного безводного карналлита, перемешивание и нагрев полученной смеси, загрузку фторида кальция и извлечение полученного флюса из емкости. В качестве твердой соли используют бромид натрия, полученную расплавленную смесь перемешивают осушенным сжатым воздухом до полного растворения бромида натрия, а после загрузки фторида кальция полученную расплавленную смесь вновь перемешивают осушенным сжатым воздухом. Полученный флюс содержит следующее содержание компонентов, мас.%: 20-40 MgCl₂, 10-30 NaBr, 2-10 CaF₂, 30-35 КСl, 5-10 NaCl. Изобретение позволяет получить флюс однородной структуры за счет использования вместо хлорида бария твердого бромида натрия с меньшей температурой плавления. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения флюсов для плавки и литья магния или его сплавов.

В настоящее время для плавки и рафинирования магния или его сплавов наиболее широко применяют стандартные флюсы из хлоридных солей, в основном, на базе безводного карналлита - двойная соль KCl×MgCl₂ с примесями хлорида натрия и хлорида кальция, которые позволяют очистить металлы от примесей и защитить поверхность расплавленных металлов от окисления кислородом воздуха.

Известен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов (кн. Плавка и литье сплавов цветных металлов. - М.Б.Альтман, А.А.Лебедев, М.В.Чухров. - М.: Металлург-издат, 1963, с.195-196), в котором в качестве основы служит плавленый карналлит, размолотый на шаровой мельнице и пропущенный через сито. К размолотому карналлиту добавляют оксид магния и размолотый и просеянный через сито фторид кальция. Смесь дробят на шаровой мельнице или в смесителе.

Недостатком данного флюса является высокая стоимость приготовления флюса, так как для приготовления флюсов предусматривается использование дорогостоящих реагентов, в частности оксида магния, фторида кальция.

Известен флюс для рафинирования и защиты от горения магния или его сплавов, содержащий хлорид магния, хлорид калия, фторид кальция, фторборат калия и бромид натрия (патент РФ №2217512, опубл. 27.11.2003). Предложенный флюс является экологически безопасным. В данном источнике не описан способ получения флюса и, если предположить, что флюс готовят в расплавленном виде, то фторборат калия будет разлагаться (температура разложения равна 529,5°С) до иона BF₃ и выноситься из миксера с отходящими газами.

KBF₄=BF₃+KF

Если же флюс готовить из твердых компонентов, то фторборат калия будет взаимодействовать со свободной влагой карналлита и гидролизоваться по схеме:

BF₄ ^-+H₂O=HF+OHBF₃ ^-

с выделением HF, который очень агрессивен и приводит к разрушению оборудования.

Недостатком данного флюса является наличие во флюсе фторбората калия, который при нагревании разлагается до иона BF₃ и затем уносится в атмосферу воздуха с отходящими газами миксера и в дальнейшем не может участвовать в процессе плавки и литья магния или его сплавов или гидролизуется с выделением агрессивного фтористого водорода.

Известен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов (кн. Производство безводного карналлита. - М.А.Эйдензон. - Свердловск: Из-во по черной и цветной металлургии, 1962, с.71-73), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип. Способ включает приготовление так называемого бариевого флюса в миксере печи СКН при последующей загрузке компонентов - на подину печи загружают твердый технический хлорид бария из расчета 100 кг на 1 тонну флюса, затем заливают расплавленный безводный карналлит. Миксер, заполненный расплавом, нагревают до 760°С, смесь перемешивают, выдерживают, загружают фторид кальция в виде флюоритового концентрата, содержащего не менее 95 мас.% CaF₂. Повышение температуры выше 760°С нежелательно, так как сильно перегретый флюс при заливке в барабаны дает усадку, вследствие чего они могут разорваться по шву.

Недостатком данного флюса является то, что температура плавления хлорида бария составляет 960°С, а процесс получения флюса проводят при температуре 760°С, поэтому хлорид бария в процессе получения флюса не плавится и остается в твердом состоянии. Это не позволяет получить флюс однородного состава по содержанию хлорида бария даже при тщательном перемешивании, что негативно сказывается на дальнейшем процессе рафинирования магния. Нерастворимый в расплаве твердый хлорид бария осаждается в шлам при отстаивании флюса, что приводит к увеличению его количества и к повышению затрат на переработку и обезвреживание шлама, так как присутствие в шламе хлорида бария является экологически опасным для окружающей среды. Кроме того, во флюсе за счет осаждения твердого хлорида бария в шлам снижается его концентрация, что приведет к снижению рафинирующей способности флюса. На существующих агрегатах для получения расплавленных бариевых флюсов обеспечить температуру расплава 960°С и выше очень затруднительно.

Технический результат направлен на получение флюса однородной структуры за счет применения вместо хлорида бария утяжелителя - твердого бромида натрия с меньшей температурой плавления, не снижая при этом свойств флюса, пригодных для повышения степени рафинирования магния или его сплавов от примесей, на снижение количества шлама, образующегося в процессе получения флюса, и тем самым на снижение затрат на переработку и обезвреживание шлама.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов, включающий загрузку твердой соли в обогреваемую емкость, заливку на поверхность твердой соли расплавленного безводного карналлита, перемешивание и нагрев полученной смеси, загрузку фторида кальция и извлечение полученного флюса из емкости, при этом в качестве твердой соли используют бромид натрия, полученную расплавленную смесь перемешивают осушенным сжатым воздухом до полного растворения бромида натрия, а после загрузки фторида кальция полученную расплавленную смесь вновь перемешивают осушенным сжатым воздухом.

Кроме того, в качестве фторида кальция используют концентрат плавикошпатовый металлургический крупностью частиц менее 3 мм.

Кроме того, бромид натрия смешивают с безводным карналлитом при соотношении, равном (0,06-0,26):1.

Кроме того, бромид натрия содержит не более 26 мас.% воды.

Кроме того, расплавленную смесь перемешивают сжатым воздухом в течение 5-30 минут.

Кроме того, смесь бромида натрия с безводным карналлитом нагревают до температуры, на 10°С превышающей температуру плавления бромида натрия.

Кроме того, флюс содержит компонент при следующем соотношении, мас.%: 20-40 MgCl₂, 10-30 NaBr, 2-10 CaF₂, 30-35 KCl, 5-10 NaCl.

Предложенная совокупность операций и последовательность этих операций в способе получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов позволяет получить флюс однородного состава и снизить количество образования шлама в процессе получения флюса.

Использование в качестве твердой добавки - утяжелителя - бромида натрия за счет низкой температуры плавления позволяет получить бромид натрия в расплавленном состоянии и тем самым улучшить однородность структуры флюса и снизить количество шлама.

Применение для перемешивания осушенного сжатого воздуха позволяет также уменьшить количество шлама за счет снижения образования Mg(OH)Cl.

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 источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения флюса, изложенных в пунктах формулы изобретения. 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. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

Производство флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов осуществляют в обогреваемой емкости, например в тигле, установленном в шахту печи сопротивления, производительностью 100 кг. В тигель загружают твердый утяжелитель - 5,0 кг кристаллического бромида натрия (ТУ 24.1-05444552-043-2004) с содержанием воды до 25,9 мас.%. На поверхность твердой соли бромида натрия заливают 60,0 кг расплавленной соли - безводного карналлита с содержанием мас.%: 51,8 MgCl₂, 39,5 KCl, 8,7 NaCl, получаемого в процессе хлорирования обезвоженного карналлита в хлораторе для получения металлического магния (ГОСТ 804-93). Загрузку безводного карналлита осуществляют при соотношении 1:0,25 к твердому бромиду натрия. Полученную смесь нагревают до температуры 760°С, что на 10°С превышает температуру плавления бромида натрия (температура плавления равна 750°С). Смесь постоянно перемешивают осушенным сжатым воздухом в течение 15 минут до полного растворения бромида натрия. Сжатый воздух предварительно сушат на установке типа УОВ-100 до точки росы минус 40°С и затем подают с помощью барботажной трубки под слой расплава с помощью компрессора. Осушка воздуха необходима для избежания образования продуктов гидролиза типа Mg(OH)Cl, которые негативно скажутся на дальнейшем процессе плавки и литья магния или его сплавов. Затем в миксер СКН добавляют загуститель - фторид кальция в количестве 5,0 кг. В качестве фторида кальция используют шпат плавиковый дробленный размером частиц 2 мм, содержащий, мас.%: 90,0 CaF₂, 8 SiO₂, 2,0 H₂O (ГОСТ 4421). После загрузки фторида кальция смесь расплавленных солей хлоридов магния, калия и бромида натрия и твердых частиц (CaF₂) вновь перемешивают в течение 15 минут путем барботажа сжатым воздухом, подаваемым через барботажную трубку компрессором под слой расплава, с получением флюса, содержащего, % мас: 38,9 MgCl₂, 18,8 NaBr, 6,3 CaF₂, 28,7 KCl, 6,5 NaCl (остальное примеси SiO₂, CaO, TiO₂ и др.). Полученный флюс испытали на переделе рафинирования металлического магния, полученного в процессе электролиза хлормагниевых солей. Для этого магний-сырец загружают в тигель, нагревают до температуры 700-710°С. При перемешивании мешалкой в тигель загружают расплавленный флюс в количестве, равном 0,9 кг на 1 тонну магния-сырца. Смесь перемешивают в течение 15 минут, отстаивают 40 минут, выбирают расплавленный металлический магний и направляют на процесс литья. Полученный после рафинирования магний соответствует ГОСТ 804-93, сорта Mg90. После литья металлический магний сорта Mg90 в изломах не содержит шлаковых включений. Расплавленный флюс можно также сливать в короба емкостью 1,5 м³ или в барабаны емкостью 0,05 м³ и отправлять потребителю.

Таким образом, предложенный способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов направлен на получение флюса однородной структуры за счет применения вместо хлорида бария утяжелителя - твердого бромида натрия с меньшей температурой плавления, не снижая при этом свойств флюса, пригодных для повышения степени рафинирования магния или его сплавов от примесей, на снижение количества шлама, образующегося в процессе получения флюса, и тем самым на снижение затрат на переработку и обезвреживание шлама.

1. Способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов, включающий загрузку твердой соли в обогреваемую емкость, заливку на поверхность твердой соли расплавленного безводного карналлита, перемешивание и нагрев полученной смеси, загрузку фторида кальция и извлечение полученного флюса из емкости, отличающийся тем, что в качестве твердой соли используют бромид натрия, полученную расплавленную смесь перемешивают осушенным сжатым воздухом до полного растворения бромида натрия, а после загрузки фторида кальция полученную расплавленную смесь вновь перемешивают осушенным сжатым воздухом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фторида кальция используют концентрат плавикошпатовый металлургический крупностью частиц менее 3 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бромид натрия смешивают с безводным карналлитом при соотношении, равном (0,06-0,26):1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что бромид натрия содержит не более 26 мас.% воды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленную смесь перемешивают осушенным сжатым воздухом в течение 5-30 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь бромида натрия с безводным карналлитом нагревают до температуры, на 10°С превышающей температуру плавления бромида натрия.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что флюс содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: 20-40 MgCl₂, 10-30 NaBr, 2-10 CaF₂, 30-35 КСl, 5-10 NaCl.