Активный раскислитель-модификатор для алюминиевых сплавов и шлаков
ACTIVE DESOXIDANT-MODIFIER FOR ALUMINUM ALLOYS AND SLAGS

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для обработки алюминия и сплавов на основе алюминия на газовых, газовых отражательных, нагревательных (переменного тока) и индукционных печах.
Из уровня техники известна шлакообразующая смесь (патент на изобретение RU № 2572669) для непрерывной разливки стали, включающая аморфный графит, известь, алюминийсодержащие и фторсодержащие вещества, которая дополнительно содержит диоксид кремния при соотношении компонентов, мас. %
Аморфный графит
10-20
Известь
20-30
Диоксид кремния
30-40
Пылевидные отходы производства
алюминия
20-30
Также известна шлакообразующая смесь для промежуточного ковша (патент на изобретение RU № 2356687), содержащая пылевидные отходы производства алюминия, диоксид кремния и пылевидные отходы производства извести, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Диоксид кремния
36-40
пылевидные отходы производства алюминия
19-23
пылевидные отходы производства извести
39-43,
при следующем химическом составе, мас. %:
С
4,0-16,0
CaO
24,0-35,0
SiO2
32,0-40,0
Al2O3
6,0-13,0
F
2,5-8,5
Na2O
2,0-8,0
К2О
0,5-4,0
и отношении CaO/SiO2=0,7-1,0.
Указанная смесь выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога.
Технической проблемой, решаемой заявляемым решением, является создание активного раскислителя, адсорбирующего неметаллические включения и блокирующего образование окислов в расплавленном жидком металле.
Техническим результатом, обеспечиваемым при применении заявляемого состава раскислителя при выплавке алюминия и сплавов на основе алюминия, является:
- сокращение времени расплава шихты на 15-25% (время перехода шихты из твердой фазы в жидкую);
- снижение угара алюминия;
- измельчение зерна, повышение плотности, снижение балла пористости;
- предотвращение окислительной реакции за счет препятствия насыщению сплава водородом, кислородом;
- понижение температуры заливки ковш-стояк.
Для достижения заявленного технического результата предлагается активный раскислитель жидких и тугоплавких горячих и холодных шлаков в печи, содержащий порошок диоксида кремния, который согласно заявляемому изобретению представляет собой смесь следующих компонентов, мас. %:
NaCl - не менее 30%;
KCl - не более 8%;
2
SiO- не менее 35%;
2
3
AlO - не более 5%;
2
3
FeO - не более 1,5%;
CaO - не более 5%;
MgO - не более 1,5%.
Заявляемое соотношение компонентов подобрано опытным путем.
2
2
3
2
3
При этом в случае уменьшения содержания NaCl менее 30%, и/или уменьшение содержания KCl более 8%, и/или уменьшение содержания SiO менее 35%, и/или увеличение содержания AlO свыше 5%, и/или увеличение содержания FeO свыше 1,5%, и/или увеличение содержания CaO свыше 5%, и/или увеличение содержания MgO свыше 1,5% будет снижаться физико-химическая активность активного раскислителя шлаков при выплавке алюминия или его сплавов.
Активный раскислитель-модификаторникаким образом не изменяет химический состав сплавов. Химические элементы из активного раскислителя не восстанавливаются в расплав.
Активный раскислитель-модификаторможет применяться со всеми существующими модификаторами, лигатурами, ферросплавами, науглераживателями, солями. Совместное применение носит экономический эффект и повышает физико-механические свойства готовых металлических изделий через повышение усвоения элементов.
Основными принципами действия заявляемого активного раскислителя является следующее:
- заявляемый состав является сверхактивным по отношению к неметаллическим включениям: отбирает кислород, собирает неметаллические включения и объединяет их в глобулярные частицы малой плотности, которые очень быстро всплывают;
- создается высокая поверхностная энергия (Wпов) на границах между средами (металл-шлак);
- образуются границы между средами (металл-шлак);
- снижаются газов в расплаве с обеспечением вакуумирование без вакууматора;
- температура расплава должна быть меньше критической температуры для сохранения высокой поверхностной энергии.
Процесс превращения оксидов в элементы или перевод высших оксидов в низшие происходит путем отнятия от них кислорода при помощи активного раскислителя, обладающий большим сродством к кислороду, чем восстанавливаемые элементы.
Упругость диссоциации оксида металла растет с повышением температуры. Оксид, имеющий меньшую упругость диссоциации, более прочен, а образующее его вещество обладает большим сродством к кислороду, и поэтому способно отнять кислород от оксида восстанавливаемого металла. Таким образом, восстановителем может быть любой элемент, упругость диссоциации оксида которого меньше упругости диссоциации восстанавливаемого оксида.
Молекулярный водород соединяется с заявляемым активным раскислителем, посредством этого идет снижение концентраторов напряжения в металле.
На этапе расплава шихты получается высокая плотность металла снижается содержанием водорода (плотность повышается на 4-5%), через повышение плотности растет ферростатическое давление расплава - снижается способность атмосферного давления насыщать расплав газами (принцип вакуумирования, но без вакууматора), что позволяет производить расплав шихты на более низкой температуре и как следствие ведет к снижению времени плавки и снижению расхода электроэнергии.
Поскольку окисление происходит минимально, значительно снижается угар.
Применение заявляемого состава позволяет увеличить интервал жидкоподвижности металла в ковше.
Заявляемый состав при своих преимуществах не влияет на химический состав расплава по всем значениям.
Применение заявляемого активного раскислителя возможно на газовых, газовых отражательных, нагревательных (переменного тока) и индукционных печах.
Заявляемый активный раскислитель-модификаторприменяется следующим образом:
Норма расхода активного раскислителя-модификаторасоставляет от 0,2 до 0,4% на массу жидкого металла. В начале плавки подается 50% от общей массы активного раскислителя, по мере осаждения шихты активный раскислитель подсыпается на шлаковые корочковые трещины на зеркале до полной кристаллизации шлаковой корочки в количестве 30%-40% от общей массы используемого при выплавке активного раскислителя. При выпуске металла из плавильного агрегата в промежуточный ковш добавляют оставшиеся 10-20%.
Заявляемый активный раскислитель был опробован при варке следующих марок АМг6, АВ, АД33, АК6, АК8, Д1ч, Д16ч, В96Ц, АК9ч, АК12, АМг10 и т.д.
Смесь активного раскислителя готовилась смешиванием следующих компонентов, мас. %:
NaCl - 37%;
KCl - 8%;
SiO
- 42%;
2
Al
O
- 5%;
2
3
Fe
O
- 1,5%;
2
3
CaO - 5%;
MgO - 1,5%.
На производственных предприятий активный раскислитель прошел испытания.
В частности, Предприятие 1 использовали активный раскислитель (далее по тексту - флюс ВКФ - 2) при приготовлении АК7ч без вакуумирования и применения модификаторов.
Загрузку шихты производили в печь:
A356,2 - 50 кг
Отходы (крупные) - 104 кг
Общий вес - 154 кг
Химический состав сплава АК7ч:
Химический состав сплава
№ плавки
Время
Основные компоненты в %
Примеси, не более в %
Примечание
Al
Mg
Si
Fe
Mn
Cu
Zn
Ti
По ГОСТ 1583-93
“-“
“-“
Основа
0,2-0,4
6,0-8,0
1,0
0,5
0,2
0,3
0,15
фактический
172Б
<b>13:25 </b>
Основа
0,27
7,06
0,16
0,02
0,08
0,03
0,12
Добавили 0,2 кг МГ95
повтор
172Б
13:45
Основа
0,38
6,94
0,16
0,02
0,11
0,04
0,12
повтор
172Б
15:05
Основа
0,34
6,94
0,22
0,02
0,09
0,03
0,11
Из ВРП после заливки
Расплав приготовлен в наклонной печи. Загружено 154 кг шихты.
Модифицирование и вакуумирование сплава не проводили.
Время
Описание
Расход флюса
8:20
На подину, перед завалкой насыпали флюс ВКФ-2
8:25
Загрузили шихту
11:26
Произвели дозагрузку шихты.
12:29
Закончилось расплавление шихты, присыпали флюсом ВКФ-2.
13:15
Присадили Мг95
13:30
Повторно присадили Мг95, присыпали флюсом ВКФ-2
13:50
Перелили сплав в ВРП, насыпав флюс на дно стационарного тигля и при переливе, в выемной тигель
0,05 кг на дно,0,1 кг в выемной тигель
Вовремя между заливками, присыпали флюсом поверхность металла в ВРП.
ИТОГО
0,7кг - 0,45% от веса шихты
Заливка отливок и дефекты
№ отливки
Температура сплава °С
Рентгеновский контроль
Примечания
162
710
Годная
163
706
Годная
164
700
Годная
Были залиты плитки на микро, макро анализ, образцы на механические свойства, проведены исследования. Согласно свидетельствам механической лаборатории № 107 от 28.10.19 и № 113 от 01.11.19, а также свидетельству рентгеновской лаборатории № 96 существенных отличий в микро и макроструктуре плавки проведенной при использовании флюса ВКФ - 2 от плавки проведенной по серийной технологии не обнаружено. Механические свойства соответствуют требованию ГОСТ 1583 - 93. Все три отливки признаны годными. Расход флюса при плавке с использованием флюса ВКФ - 2 составил 0,45% от веса шихты (при серийном производстве расход покровно-рафинирующего флюса около 2%), при этом вакуумирование и рафинирование сплава не производилось.
Предприятием было принято решение внести активный раскислитель в технологические документы как допустимый вариант.
На Предприятии 2 был испытан активный раскислитель (флюс ВКФ-2), исследовалось влияние шлакующего флюса ВКФ-2 на свойства сплава АЛ27.
Используемый плавильный агрегат - индукционная печь «Индуктотерм-0,4», заливаемая форма изготовлена с использованием ХТС технологии. За период исследования было проведено девять плавок. Было опробовано несколько видов покровно-рафинирующих флюсов и дегазирующих таблеток. При применении указанных материалов в итоге получали сплав с высоким баллом пористости - 4-5 баллов по ГОСТ 1583-93. При применении флюса ВКФ-2 сплав получили абсолютно плотным, ниже 1 балла. На срезе отливки пористость не просматривается.
При механической обработке изделия получались с гладкой зеркальной поверхностью, из-под резца выходила неломкая вьющаяся стружка, термообработка не проводилась.
В ходе ведения плавки с использованием ВКФ-2 наблюдались следующие эффекты:
- обволакивание поверхности расплава стойкой матовой пленкой;
- «успокаивание» поверхности расплава при наведении магнитной индукции;
- отсутствие газовых выделений во время ведения плавки;
- выведение неметаллических включений на поверхность расплава в шлак.
После заливки сплава в прибылях наблюдались концентрические усадочные раковины. Отливки имели светлую матовую поверхность без бурых разводов. Средний расход шлакующего флюса ВКФ-2 на металлозавалку составил 0,45%.