Способ получения лигатуры алюминий-титан (варианты)
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Для получения лигатуры алюминий-титан осуществляют алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Титан восстанавливают из его фторида или оксида, а также из фтортитаната или оксифтортитаната щелочного или щелочноземельного металла в присутствии хлорида калия, фторида натрия и фторида алюминия, вводимых в расплав или образовавшихся в процессе алюмотермии. Температура процесса составляет 850-1150°С. Восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: хлорид калия 42-45, хлорид натрия - остальное. Расплав выдерживают в течение 15-30 минут и разливают в слитки. Изобретение позволяет получать слитки лигатуры с однородной структурой с интерметаллидами до 15-30 мкм, снизить безвозвратные потери титана до 7-9%, улучшить экологические характеристики процесса. Получаемые с использованием заявленной лигатуры алюминиевые сплавы характеризуются высоким качеством при снижении количества лигатуры. 3 н. и 9 з.п. ф-лы., 17 пр., 5 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано, в частности, для получения лигатур для производства сплавов на основе алюминия.
Модифицирующие и одновременно легирующие элементы в алюминиевые сплавы, как правило, вводят в виде лигатур - промежуточных сплавов алюминия с упомянутыми элементами. Лигатуры должны хорошо растворяться в жидком алюминии, иметь однородный химический состав и достаточно дисперсные включения первичных интерметаллидов.
Для получения алюминиевых сплавов, в частности АМг6, Д16, АДО, используют лигатуру алюминий-титан.
Известен способ получения лигатуры алюминий-титан путем введения титана в алюминиево-титановый расплав с исходной концентрацией титана 4-5 мас.% при температуре расплава на 150-350°C ниже температуры ликвидуса с доведением его концентрации в расплаве до 7,2-13,7 мас.%, после чего расплав разбавляют алюминием до исходной концентрации титана, а при разливке лигатуры оставляют часть расплава, равную 0,33-0,54 общего его объема, которую используют в качестве алюминиево-титанового расплава для введения титана (авторское свидетельство СССР №1836471, C22C 1/03, 23.08.1993). Получаемая лигатура имеет концентрацию титана 4-5 мас.%. Недостатком известного способа является высокая себестоимость лигатуры вследствие использования дорогих чистых компонентов, а также его многостадийность.
Известен способ получения лигатуры алюминий - титан алюмотермическим восстановлением оксида титана в присутствии бифторида щелочного металла (натрия или калия) и хлорида щелочного металла, в частности хлорида калия в качестве флюса при соотношении бифторида щелочного металла к оксиду титана от 4:1 до 2:1 (патент США №2955935, C22C 21/00, 11.10.1960). Известен также способ получения лигатуры алюминий-титан алюмотермическим восстановлением фтортитаната калия при температуре 750-770°C с получением сфероидальных интерметаллидов. К недостаткам описанных способов можно отнести получение лигатуры с крупными до 300 мкм интерметаллидами, а также высокий процент безвозвратных потерь титана.
Задачей изобретения является получение однородных слитков лигатуры с размерами интерметаллидов до 15-30 мкм, снижение безвозвратных потерь титана до 7-9%, улучшение экологических характеристик процесса.
Техническим результатом изобретения является повышение качества получаемых сплавов на основе алюминия при снижении количества лигатуры.
Технический результат для первого варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фторид титана, хлорид калия и фторид натрия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
| Фторид титана | 16-29 |
| Хлорид калия | 51-75 |
| Фторид натрия | 9-21 |
Технический результат для второго варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид титана, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, восстановление осуществляют при температуре 850-1150°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
| Оксид титана | 7-15 |
| Фторид алюминия | 7-15 |
| Фторид натрия | 10-20 |
| Хлорид калия | 51-75 |
Технический результат для третьего варианта осуществления изобретения достигается тем, что в способе получения лигатуры алюминий-титан, включающем алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фтортитанат или оксифтортитанат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, восстановление осуществляют при температуре 800-1050°C при следующем соотношение компонентов в смеси, мас.%:
| Фтортитанат или оксифтортитанат | |
| щелочного или щелочно-земельного | |
| металла | 25-49 |
| Хлорид калия или натрия | остальное |
Для предохранения от окисления и насыщения водородом, а также для интенсификации процесса, в каждом из вариантов предусмотрено осуществление восстановления под слоем хлоридного покровного флюса, проведение выдержки в течение 15-30 минут, а в качестве покровного хлоридного флюса использование флюса, содержащего хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Хлорид калия | 42-45 |
| Хлорид натрия | остальное |
Введение в расплавленный алюминий галогенидов щелочных металлов (фторида натрия и хлорида калия), а также введение или образование в процессе восстановления фтортитаната щелочного или щелочноземельного металла, фторида алюминия обеспечивает ускорение растворения образовавшегося титана в алюминии, упрощение технологии.
Заявленные соотношения компонентов смеси, вводимых в расплав алюминия для восстановления, обеспечивают получение богатой по титану лигатуры. Содержание титана в лигатуре составляет 10 мас.%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 870°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 43 мас.% хлорида калия и 57 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
| Хлорид калия | 60 |
| Фторид натрия | 15 |
| Фторид титана | 25 |
После расплавления смеси температура снижается до 820°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti с извлечением последнего 93%.
Примеры 2-6 проводились аналогично примеру 1. Данные в таблице 1.
Пример 7
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 880°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
| Хлорид калия | 65 |
| Фторид натрия | 10 |
| Фторид алюминия | 15 |
| Оксид титана | 10 |
После расплавления смеси температура снижается до 830°C. Расплав выдерживают в течение 20 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 92%.
Примеры 8-12 проводились аналогично примеру 7. Данные в таблице 2.
Пример 13
В миксере на 1 т расплавленного алюминия при 850°C наплавляют 0,02 т покровного флюса, состоящего из 44 мас.% хлорида калия и 56 мас.% хлорида натрия, после расплавления покровного флюса в расплав загружают 580 кг смеси, содержащей, мас.%:
| Фтортитанат калия | 40 |
| Хлорид калия | 60 |
После расплавления смеси температура снижается до 800°C. Расплав выдерживают в течение 25 минут при указанной температуре, после чего разогревают до начальной температуры и разливают в слитки. Получают 10-% лигатуру Al-Ti - с извлечением последнего 91%.
Примеры 14-15 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 3.
Примеры 16-17 проводились аналогично примеру 13. Данные в таблице 4.
Полученную лигатуру использовали для получения алюминиевого сплава. Количество лигатуры для получения соответствующего сплава представлено в таблице 4.
| Таблица 5. | ||
| Марка сплава | Содержание титана, % | Расход лигатуры на тонну сплава, кг/т |
| АМг6 | 0,02-0,1 | 2-10 |
| Д16 | 0,02-0,1 | 2-10 |
| АД0 | 0,02-0,05 | 2-5 |
1. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь фторида титана, хлорида калия и фторида натрия, а восстановление смеси осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Фторид титана | 16-29 |
| Хлорид калия | 51-75 |
| Фторид натрия | 9-21 |
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Хлорид калия | 42-45 |
| Хлорид натрия | Остальное |
5. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую оксид титана, фторид алюминия, фторид натрия и хлорид калия, а восстановление осуществляют при температуре 850-1150°С при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Оксид титана | 7-15 |
| Фторид алюминия | 7-15 |
| Фторид натрия | 10-20 |
| Хлорид калия | 51-75 |
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.
7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Хлорид калия | 42-45 |
| Хлорид натрия | Остальное |
9. Способ получения лигатуры алюминий-титан, включающий алюмотермическое восстановление титана из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов и разливку в слитки, отличающийся тем, что в расплав алюминия вводят смесь, содержащую фтортитанат или оксифтортитанат щелочного или щелочноземельного металла и хлорид натрия или калия, а восстановление осуществляют при температуре 800-1050°С, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Фтортитанат или оксифтортитанат | |
| щелочного или щелочно-земельного металла | 25-49 |
| Хлорид калия или натрия | 51-75 |
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что восстановление осуществляют под слоем хлоридного покровного флюса.
11. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что после восстановления проводят выдержку в течение 15-30 мин.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве хлоридного покровного флюса используют флюс, содержащий хлориды калия и натрия при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Хлорид калия | 42-45 |
| Хлорид натрия | Остальное |
