способ рафинирования алюминиевых сплавов

Классы МПК:	C22B9/10 с использованием рафинирующих средств или флюсов; использование материалов для этой цели C22C1/06 с применением особых средств для рафинирования или раскисления C22B21/06 рафинирование алюминия
Автор(ы):	Панфилов Александр Васильевич (RU), Бранчуков Дмитрий Николаевич (RU), Прусов Евгений Сергеевич (RU), Скотников Юрий Сергеевич (RU)
Патентообладатель(и):	Общество с ограниченной ответственностью "Техфлюс" (RU)
Приоритеты:	подача заявки: 2009-01-26 публикация патента: 10.08.2010

Способ рафинирования алюминиевых сплавов включает обработку расплава при температуре 750-760°С брикетированным флюсом, содержащим органические или неорганические связующие, хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния. При использовании органических связующих флюс имеет следующий химический состав, вес.%: KCl 2,0-10,0; NaCl 2,0-10,0; органические связующие 2,0-3,0; SiO₂ или Al₂O₃·2SiO₂ - остальное. В качестве неорганического связующего используется 20-30% водный раствор солевой составляющей флюса. Обеспечиваются повышенная рафинирующая способность и производительность процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния, отличающийся тем, что обработку проводят при температуре 750-760°С брикетированным флюсом, содержащим органические связующие при следующем соотношении компонентов, вес.%:

KCl	2,0-10,0
NaCl	2,0-10,0
органические связующие	2,0-3,0
SiO₂ или Al₂O₃·2SiO₂	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего используется водный раствор солевой составляющей флюса при следующем соотношении компонентов, вес.%:

KCl	2,0-10,0
NaCl	2,0-10,0
SiO₂ или Al₂O₃·2SiO₂	остальное,

при этом H₂ O до 20-30% концентрации солевой составляющей флюса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от газов, окислов и других неметаллических включений, и может быть использовано в металлургии вторичных цветных металлов при производстве алюминиевых сплавов.

Известен способ, в котором флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов содержит порошкообразные оксиды титана, бора, кальция, калия, натрия и кремния [а.с. 955706, C22B 9/10. Флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов. Степанов Ю.Н., Конягин А.И., Ивченков В.П. и др., 03.12.1980]. Целью этого изобретения является улучшение механических характеристик сплава за счет защиты его от воздействия окружающей среды, модифицирования эвтектики и рафинирования от неметаллических включений. Поставленная цель достигается тем, что флюс для обработки алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов, содержащий окислы титана, бора, кальция, калия, натрия и кремния, указанные компоненты содержат в следующем соотношении, вес.%: двуокись титана 0,5-4,0; окись бора 30-40; окись кальция 0,5-4,0; окись калия 15-22; окись кремния 15-23; окись натрия - остальное. Недостатком данного способа является необходимость выдержки расплава под слоем флюса в течение 15-20 мин и невозможность обеспечения равномерного распределения флюса по объему расплава, что, соответственно, снижает его рафинирующую способность.

Известен способ рафинирования с использованием комбинированных флюсов. Комбинированный флюс состоит из 20-40% солевого флюса, применяемого по технологии серийной плавки, а 60-80% его массы заменяется другими технологическими добавками, имеющими целью усилить защитные, рафинирующие свойства флюса и его экологичность, улучшить температурный режим плавки. Технологическими добавками являются вещества, состоящие из оксидов Al₂O₃ , SiO₂, MgO и др., т.е. огнеупорные и теплоизоляционные материалы, например, молотый шамот, вспученные перлит, вермикулит и т.п. [Филиппов С.В., Колосков В.Ф. Опыт применения комбинированных флюсов. - Прогрессивные литейные технологии: Труды III Междунар. науч.-практ. конф. - Москва: МИСиС. 2005. - с.242-246]. Комбинированный флюс - порошкообразная, сыпучая масса, которая, равномерно покрывая зеркало металла сравнительно толстым слоем, закрывает расплав, предохраняет его от контакта с атмосферой цеха и испарения компонентов как сплава, так и флюса. Ввиду того что флюс наносится на зеркало расплава, данный способ рафинирования обладает недостатком, связанным с тем, что при последующей рубке флюса и замешивании его в расплав не удается равномерно распределить рафинирующие реагенты во всем объеме расплава, что существенно снижает рафинирующую способность флюса.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ рафинирования алюминиевых сплавов, включающий обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния [Пат. 2318029, C22B 9/10, C22C 1/06, C22B 21/06. Способ рафинирования алюминиевых сплавов. Панфилов А.В., Бранчуков Д.Н., Панфилов А.А. и др. 28.06.2006]. Целью этого изобретения является создание способа рафинирования, отличающегося повышенной рафинирующей способностью, низкой себестоимостью и экологической безопасностью. Поставленная цель достигается тем, что флюс замешивают в сплав, находящийся в твердожидком состоянии и нагревают его до температуры 720-730°C при следующем соотношении компонентов флюса, вес.%: KCl 1,9-9,4; NaCl 1,2-6,0; Na₃ AlF₆ 0,9-4,6; оксиды Al и Si - остальное.

Недостатками способа являются необходимость использования флюса в сыпучем порошкообразном состоянии и сложность технологического процесса рафинирования, обусловленная необходимостью строгого поддержания температуры расплава в твердожидком состоянии при замешивании флюса, а также длительность процесса.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предлагаемого изобретения, является создание способа рафинирования, отличающегося высокой производительностью при повышенной рафинирующей способности, низкой себестоимости и экологической безопасности.

Этот технический результат достигается тем, что в способе рафинирования алюминиевых сплавов, включающем обработку расплава флюсом, содержащим хлориды, фториды и огнеупорные наполнители в виде дисперсных частиц тугоплавких оксидов алюминия и кремния, обработку проводят при температуре 750-760°C брикетированным флюсом, содержащим органические или неорганические связующие при следующем соотношении компонентов флюса, вес.%: KCl 2,0-10,0; NaCl 2,0-10,0; органические связующие 2,0-3,0 или неорганический 20-30% водный раствор солевой составляющей флюса; оксиды Al и Si до 100.

В качестве органических связующих используются растительное масло или 30-40% раствор полистирола. Выбор органических связующих компонентов обусловлен тем, что при температурах ввода брикета 750-760°C образующиеся газообразные и твердые продукты деструкции органических связующих практически полностью выгорают или всплывают на поверхность расплава в течение 15-20 сек. В связи с этим нет оснований для опасений, связанных с возможным насыщением расплава водородом и частицами карбида алюминия. Использование в качестве связующего водного раствора солевой составляющей позволяет получить брикет без использования дополнительных технологических добавок, который при вводе в расплав полностью разрушается, не выделяя продуктов деструкции. Граничные значения связующих компонентов определяются тем, что при содержании связующего ниже 2% не обеспечивается достаточная прочность брикета, а при содержании связующего выше 3% брикет разрушается в расплаве не полностью, что отрицательно сказывается на его рафинирующей способности.

Для реализации предлагаемого способа рафинирования в расплав при температуре 750-760°C вводят брикет рафинирующей смеси в количестве до 2,5 вес.% с последующим замешиванием в течение 2-3 мин, что обеспечивает ее равномерное распределение в расплаве. При температуре менее 750°C не обеспечивается полное разрушение брикета, а при температуре более 760°C увеличиваются окисляемость расплава и энергозатраты. При дальнейшей выдержке расплава в течение 10-12 мин происходит активное взаимодействие флюса с расплавом, в результате которого частицы рафинирующего реагента всплывают на поверхность, адсорбируя при этом находящиеся в расплаве газы, окислы и др. неметаллические включения, и образовывают покровный слой, защищающий расплав от дальнейшего окисления. Сокращение времени выдержки расплава под флюсом до 10-12 мин обусловлено тем, что при температуре 750-760°C происходит более интенсивное отделение рафинирующих компонентов от расплава.

ПРИМЕР 1

Рафинирование сплава АК12 (ГОСТ 1583-93) порошкообразным комбинированным флюсом по известной технологии. Состав флюса, вес.%:

KCl	- 9,4
NaCl	- 6,0
Na₃AlF₆	- 4,6
SiO₂ или Al₂O₃·2SiO₂	- 80,0

Длительность выдержки расплава под флюсом 15-20 мин.

ПРИМЕР 2