Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов и устройство для его реализации

Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов и устройство для его реализации

Реферат

 

Изобретение относится к области производства алюминиево-кремниевых сплавов. Цель изобретения - улучшение механических свойств сплавов за счет повышения однородности состава сплавов. Сущность способа получения алюминиево-кремниевых сплавов заключается в том, что в расплав алюминия вводят расплав кремния, после чего производят перемешивание расплава в течение 2-6 мин. Перемешивание расплава осуществляют по всему объему турбулентными потоками инертного газа, который подается по всей высоте расплава. Турбулизация потоков газа производится за счет периодического изменения его давления от 0,2 до 0,6 атм. Устройство включает ковш, футерованный огнеупорным кирпичом и установленный на тележке. Внутри ковша установлен диспергатор с отражателем. Вдоль диспергатора выполнен осевой канал, по высоте которого расположены сквозные радиальные каналы, диспергатор в верхней части соединен с емкостью для газа. Давление газа на входе диспергатора регулируется регулятором, а диспергатор установлен в ковше с помощью приспособления для его вертикального перемещения, которое сочленено с диспергатором с возможностью обеспечения его вращения. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминиево-кремниевых сплавов.

Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, по которому сплавы готовятся в две стадии. На первой стадии готовится алюминиево-кремниевая лигатура на основе алюминия и кристаллического кремния, для чего в расплавленный алюминий небольшими порциями вводится кристаллический кремний. После этого расплав нагревают на 50-100^оС выше температуры его плавления и разливают в изложницы. На второй стадии в расплавленный алюминий вводится алюминиево-кремниевая лигатура и необходимые добавки.

Существенным недостатком известного способа является то, что при производстве высококремнистых сплавов с содержанием кремния 20% и более получаемые сплавы обладают низкой однородностью состава, что существенно снижает их механические свойства.

Известен способ получения высококремнистой лигатуры, по которому в ковш с алюминием заливается жидкий кремний в объеме 20-25% от объема залитого алюминия, и после непродолжительного отстаивания полученный расплав подается на разливку.

Существенным недостатком прототипа является то, что получаемые по этому способу сплавы из-за высокого содержания в них кремния обладают относительно низкой однородностью структуры, что значительно снижает их механические свойства, а следовательно, и возможность их применения в машиностроении.

Известно устройство для производства алюминиево-кремниевых сплавов, например передвижной миксер.

Существенным недостатком этого устройства для производства высококремнистых сплавов является то, что оно не обеспечивает однородности получаемых сплавов при транспортировке и разливке сплава в изложницы.

Известно устройство для производства высококремнистых сплавов, выполненное в виде ковша, футерованного огнеупорным кирпичом.

Существенным недостатком этого устройства является то, что в процессе получения высококремнистых сплавов последние обладают относительно высокой химической неоднородностью, что отрицательно сказывается на механических свойствах получаемых сплавов.

Разработанные способ и устройство для получения высококремнистых сплавов позволяют значительно повысить их однородность и расширить возможность применения этих сплавов в машиностроении и других отраслях.

Сущность разработанного способа заключается в том, что в расплавленный алюминий заливают жидкий кремний. Дополнительно к известному способу производят перемешивание алюминиево-кремниевого расплава в течение 2-6 мин. Перемешивание расплава осуществляют по всему его объему турбулентными потоками инертного газа. При этом турбулизацию инертного газа осуществляют периодическим изменением давления, подаваемого в объем расплава инертного газа, в диапазоне от 0,2 до 0,6 атм.

Сущность разработанного устройства заключается в том, что для получения высококремнистого расплава применяют ковш, футерованный огнеупорным кирпичом и установленный на тележке. Дополнительно к известному разработанное устройство содержит емкость для газа, диспергатор с термоизоляционным отражателем и приспособление для вертикального перемещения диспергатора внутри ковша. Диспергатор изготовлен в виде вертикально установленного стержня из термостойкого инертного материала, например из графитированного материала. По всей высоте диспергатора выполнен как минимум один осевой канал, заглушенный с нижнего торца и соединенный в верхней своей части с емкостью для газа. По высоте диспергатора на разных уровнях расположены сквозные радиальные каналы, оси которых тангенциально направлены к осевому каналу. Диспергатор в верхней своей части жестко закреплен в термоизоляционном отражателе и установлен с возможностью вертикального перемещения относительно ковша с помощью приспособления для его вертикального перемещения (например, крана, тельфера и т.д.).

Разработанный способ осуществляется следующим образом. В футерованный огнеупорным кирпичом ковш с помощью вакуум-ковша заливается жидкий алюминий. Затем ковш с алюминием устанавливается на тележку и заливается расплавленным кремнием в объеме 20-25% объема залитого алюминия. Температура залитого кремния до 1750^оС, время заливки 5-30 мин. После заливки необходимого количества кремния ковш выкатывается в остывочный пролет. Температура расплава в ковше после заливки кремния 950-1100^оС. Уровень жидкого расплава в ковше не должен превышать 200 мм от его верхней кромки. Краном стропится диспергатор (фиг.1), через который начинают подавать инертный газ, например азот, под давлением 0,2 атм. Диспергатор с помощью крана опускается в ковш с высококремнистым расплавом. После этого начинают периодически менять давление газа, подаваемого в диспергатор, от 0,2 до 0,6 атм. Выделяемый из диспергатора в расплав азот создает турбулентные потоки, которые обеспечивают вращение диспергатора и перемешивание расплава по всему его объему. Такое перемешивание расплава ведут в течение от 2 до 6 мин. Затем уменьшают давление газа в диспергаторе до 0,2 атм и извлекают его из ковша. После перемешивания расплава металлической шумовкой с его поверхности снимается шлак и ковш транспортируется на разливку.

В табл.1 приведены данные по содержанию примесей при разливке алюминиево-кремниевого сплава с содержанием кремния выше 20% (сплав разливался по способу, представленному в прототипе, в изложницы с емкостью 600-700 кг из ковша с емкостью 2400-2800 кг). Как следует из приведенных данных, слитки высококремнистых сплавов характеризуются высоким содержанием примесей.

В табл.2 приведены показания состава слитков полученных сплавов по разработанному способу при различных значениях давления инертного газа, подаваемого в ковш через диспергатор, а также при изменении времени перемешивания расплава.

Таким образом, как показали выполненные исследования, при перемешивании расплава с высоким содержанием кремния были получены однородные по составу слитки. При этом наилучшие результаты были получены при периодическом изменении давления азота, подаваемого в диспергатор, в диапазоне от 0,2 до 0,6 атм., а время перемешивания при этом составило от 2 до 6 мин.

Разработанный способ реализуется в устройстве, представленном на фиг. 1-5. На фиг. 1-2 представлен общий вид устройства и сечение А-А диспергатора; на фиг.3-5 - общий вид диспергатора при подаче инертного газа из двух емкостей для газа, а также сечения Б-Б и В-В.

Разработанное устройство (фиг.1) включает ковш 1, футерованный огнеупорным кирпичом 2, установленный на тележке 3, внутри ковша расположен диспергатор 4 с жестко закрепленным в верхней части термоизоляционным отражателем 5, вдоль диспергатора 4 выполнен осевой канал 6, по высоте которого расположены сквозные радиальные каналы 7, диспергатор 4 в верхней части соединен с емкостью 8 для газа, давление газа регулируется регулятором 9, а диспергатор 4 установлен внутри ковша 1 с помощью приспособления для его вертикального перемещения 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом. После заливки расплавленного кремния в расплав алюминия диспергатор 4 крепится к приспособлению 10 для его вертикального перемещения. Через регулятор 9 устанавливается начальное значение давления газа (0,2 атм), подаваемого из емкости 8. Диспергатор 4 опускается внутрь ковша 1, после чего начинают периодически изменять с помощью регулятора 9 давление газа, подаваемого в диспергатор 4. Инертный газ через осевой канал 6 поступает в сквозные радиальные каналы 7 и выделяется по всей высоте диспергатора 4 в объем расплава. За счет периодического изменения давления газа, подаваемого в радиальные сквозные каналы 7, в расплаве создаются турбулентные потоки. При этом, так как диспергатор 4 соединен с приспособлением 10 с возможностью вращательного движения, диспергатор 4 начинает вращаться. За счет этого достигается дополнительное перемешивание расплава. По истечению времени перемешивания давление газа, подаваемого из емкости 8, снижается до 0,2 атм и диспергатор 4 с помощью приспособления 10 удаляется из ковша 1.

Турбулизация газовых потоков и дополнительное вращение диспергатора 4 внутри расплава обеспечивает, как показали выполненные исследования, высокую однородность слитков с содержанием кремния от 20% и выше.

В случае, если возникает необходимость произвести перемешивание расплава с различной интенсивностью по высоте расплава, разработано устройство, представленное на фиг.3-5. Особенностью устройства является наличие второй емкости 8 для газа, а также исполнение осевого канала 6 в диспергаторе 4. Осевой канал 6 в данном случае выполняется как коаксиальные каналы, причем каждый из коаксиальных каналов 6 соединен со сквозными радиальными каналами 7, расположенными на разных уровнях по высоте диспергатора 4.

Работа этого устройства осуществляется следующим образом. В зависимости от необходимости изменения интенсивности перемешивания расплава по его высоте, регулируют давление (расход) инертного газа, подаваемого из одной или другой емкости 8. В этом случае турбулизация расплава (интенсивность его перемешивания) на определенной глубине ковша 1 будет зависеть от того, через какие сквозные радиальные каналы 7 под каким давлением будет подаваться газ от емкостей 8. Наличие разработанного устройства позволяет расширить возможности по перемешиванию расплава, что особенно необходимо в случае получения большого количества расплава в ковшах большой емкости.

Разработанный способ и устройство реализованы предприятием "Кристалл" в электротермическом цехе Иркутского алюминиевого завода. Выпуск высококремнистых сплавов производится на основании Технических условий "Высококремнистая лигатура на основе первичного алюминия" ТУ 48-0106-101-92, ИркАЗ, 1992.

Таким образом, как показали проведенные исследования, разработанный способ и реализующее его устройство позволяют исключить ликвацию при получении алюминиево-кремниевых сплавов с высоким содержанием кремния, а также повысить технико-экономические показатели процесса.

Формула изобретения

1. Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий расплавление алюминия, введение кремния в расплав, корректировку расплава и разливку его в изложницы, отличающийся тем, что, с целью повышения высококремнистых сплавов с содержанием кремния не менее 20%, производят перемешивание алюминиево-кремниевого расплава в течение 2 - 6 мин по всему объему турбулентными потоками инертного газа, причем турбулизацию потоков инертного газа обеспечивают периодическим изменением его давления от 0,2 до 0,6 атм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют азот.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление инертного газа изменяют обратно пропорционально высоте его подачи в расплав.

4. Устройство для получения алюминиево-кремниевых сплавов, содержащее ковш, футерованный огнеупорным материалом, установленный на транспортном приспособлении, отличающееся тем, что оно содержит емкость для газа, диспергатор с термоизоляционным отражателем и приспособление для вертикального перемещения диспергатора, при этом диспергатор выполнен жестко закрепленным в термоизоляционном отражателе в виде вертикально установленного стержня из термостойкого инертного материала, по всей высоте которого выполнен как минимум один осевой канал, заглушенный с нижнего торца и соединенный в верхней своей части с емкостью для газа, а по высоте диспергатора расположены сквозные радиальные каналы, оси которых тангенциально направлены к осевому каналу, причем диспергатор установлен с возможностью его вертикального перемещения относительно ковша и сочленен с приспособлением для его вертикального перемещения.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что диспергатор выполнен из графитированного материала.

6. Устройство по п.4 отличающееся тем, что приспособление для вертикального перемещения диспергатора сочленено с верхней частью диспергатора с возможностью обеспечения его вращательного движения.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сквозные радиальные каналы, расположенные на одном уровне по высоте диспергатора, имеют одинаковый диаметр, а сквозные радиальные каналы, расположенные по высоте диспергатора на разных уровнях, имеют разные диаметры, величина которых обратна пропорциональна высоте диспергатора от его нижнего торца.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные емкости для газа, при этом по всей высоте диспергатора выполнено несколько коаксиальных каналов, а радиальные сквозные каналы, расположенные на разных уровнях по высоте диспергатора, соединены с разными коаксиальными каналами, причем каждый из коаксиальных каналов соединен с дополнительной емкостью для газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8