СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
METHOD OF RECEIVING OF ALUMINIUM CASTING ALLOYS MADE OF SECONDARY RAW MATERIALS

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии приготовления литейных алюминиевых сплавов, например силуминов.
Известен способ [1] получения алюминиево-кремниевых сплавов, заключающийся в том, что расплав перед обработкой его тройным модификатором перегревают до 900…1000°С. Однако сплав, полученный по указанному способу, имеет невысокие механические свойства и требует использования дорогостоящего модификатора.
Известен способ [2] получения алюминиевого сплава, заключающийся в перегреве расплава до 1080…1090°С, дальнейшем охлаждении путем выстаивания и заливки при температуре 700°С во вращающиеся водоохлаждаемые валки. Недостатком этого способа является выстаивание расплава, которое приводит к насыщению расплава газами и неметаллическими включениями, а также увеличению времени ведения плавки.
Наиболее близкой [3] по технической сущности к предлагаемому изобретению является технология получения алюминиевых сплавов, заключающаяся в том, что после расплавления шихтовых материалов проводят высокотемпературный перегрев расплава до 990…1000°С, охлаждение расплава твердой металлической шихтой, рафинирование и разливку. Недостатком данной технологии являются невысокие механические свойства получаемых сплавов, что обусловлено следующими особенностями технологического процесса: 1. Длительное по времени снижение температуры расплава приводит к появлению микронеоднородностей и неметаллических включений в расплаве, что снижает механические свойства. 2. Разовая загрузка твердой металлической шихты не обеспечивает равномерное снижение температуры по всему объему расплава.
Задачей изобретения является повышение механических свойств алюминиевых сплавов.
Это достигается тем, что получение литейных алюминиевых сплавов из вторичного сырья осуществляется по следующей технологии: расплавление основной шихты, перегрев расплава до 990…1000°С, выдержка расплава при температуре перегрева, охлаждение расплава загрузкой в него предварительно подготовленной твердой металлической шихты, рафинирование и разливка расплава, причем загрузка предварительно подготовленной твердой металлической шихты производится порционно: первая порция вводится при температуре перегрева и составляет 8…10% от массы основной шихты; вторая порция вводится при температуре 860…870°С и составляет 4…6% от массы основной шихты; третья порция вводится при температуре 750…760°С и составляет 4…6% от массы основной шихты.
Предварительная подготовка твердой металлической шихты заключается в переплаве части шихты (до 20% от ее общей массы) при температуре 990…1000°С с последующей заливкой в кокиль регламентированных размеров, обеспечивающий высокую скорость охлаждения расплава с образованием мелкозернистой равномерной структуры по всему сечению получаемого слитка. Повышение механических свойств достигается за счет улучшения структуры сплава путем использования перегрева, приводящего к повышению степени гомогенизации расплава, и добавок предварительно подготовленной твердой металлической шихты, которая выступает как охладитель и модификатор расплава, обеспечивающий достаточное для измельчения структуры количество центров кристаллизации.
По существующей технологии, изложенной в [2], снятие перегрева до температуры рафинирования производится путем отключения печи и разовой загрузки твердой металлической шихты, которая распределяется по объему расплава недостаточно равномерно. Поэтому необходимым является включение печи для интенсификации процесса растворения путем перемешивание расплава, что приводит к повышенному расходу электроэнергии. В предлагаемой технологии используется порционная (дозированная) загрузка предварительно подготовленной твердой металлической шихты в расплав, что создает благоприятные условия для контакта жидкого и твердого и приводит к равномерной диффузии компонентов предварительно подготовленной твердой металлической шихты по всему объему расплава. Загрузка порциями позволяет снизить время перемешивания и растворения предварительно подготовленной твердой металлической шихты в расплаве, что сокращает время плавки в целом. Тем самым обеспечивается снижение расхода электроэнергии.
Указанные признаки являются существенными для достижения поставленной цели и позволяют классифицировать данный способ получения литейных алюминиевых сплавов как изобретение.
Пример. Для проверки эффективности предлагаемой технологии проводили исследование механических свойств сплава АК7ч и расхода затрачиваемой при плавке электроэнергии. В качестве шихты использовали лом, отходы, возврат сплава АК7ч (80…85% от массы всей шихты) и первичный чушковый силумин состава АК7ч (15…20% от массы всей шихты). Плавки проводили в печи ИСТ-0,06. Режимы высокотемпературного перегрева были следующие: нагрев до температуры 990…1000°С, выдержка 12…15 мин при данной температуре. Затем расплав охлаждали слитками твердой металлической шихты, предварительно полученными заливкой в кокиль расплавленных и перегретых до 990…1000°С вторичных материалов - отходов, лома, возврата сплава АК7ч, причем загрузка слитков производилась порционно по нескольким вариантам, в которых изменялась масса вводимых порций шихты и температура ввода этих порций. Далее расплавы рафинировали с помощью флюса «МХЗ» в количестве 0,6…0,8% от массы расплава. После рафинирования расплав выдерживали 10…15 мин. Температура заливки образцов на механические испытания составляла 720…725°С. В таблице приведены механические свойства сплава, исследованные по ГОСТ 1583-93 в зависимости от способа получения сплава и предлагаемых вариантов загрузки твердой шихты для снятия перегрева. Как видно из приведенных результатов (см. таблицу), предлагаемый способ дает более значительный прирост механических свойств сплава АК7ч и снижение расхода электроэнергии при плавке, чем известный способ [3].
Варианты предлагаемого способа получения сплава АК7ч по разному влияют на его механические свойства.
В предлагаемом способе получения сплава АК7ч по варианту 1 масса вводимой второй порции шихты недостаточна для интенсивного охлаждения расплава, что приводит к конгломерации микронеоднородностей и неметаллических включений различного типа. Возникшее положение усугубляется и закрепляется малой массой третьей порции вводимой шихты. В результате получается сплав с крупнозернистой структурой, имеющий невысокие механические свойства.
В предлагаемом способе получения сплава АК7ч по варианту 3 введение в расплав больших по массе второй и третьей порций шихты приводит к увеличению времени растворения и увеличению интенсивности перемешивания, что отрицательно сказывается на газосодержании расплава. Газосодержание возрастает и это в дальнейшем приводит к снижению механических свойств сплава.
Наилучшие результаты показал предлагаемый способ получения сплава АК7ч по варианту 2 (таблица), заключающийся в расплавлении шихтовых материалов, перегреве расплава до 990…1000°С, ввод в расплав предварительно подготовленной твердой шихты, который производился порционно: первая порция вводилась при температуре перегрева и составляла 8…10% от массы всей шихты; вторая порция вводилась при температуре 860…870°С и составляла 4…6% от массы всей шихты; третья порция вводится при температуре 750…760°С и составляла 4…6% от массы всей шихты.
Применение предлагаемой технологии получения литейных алюминиевых сплавов из вторичного сырья также позволяет снизить расход электроэнергии при плавке.
Таблица - Механические свойства сплава АК7ч в зависимости от способа получения
Способ получения сплава
Массовая доля вводимой подготовленной шихты относительно основной шихты, %
Порционность загрузки подготовленной шихты
Температура загрузки, °С
Механические свойства
σ<sub>в</sub>, МПа
δ, %
Известный [3]
-
Разовая
990…1000
222
5,8
Предлагаемый (вариант 1)
7,5
Первая порция
990…1000
224…231
5,9…6,3
3,5
Вторая порция
810…820
3,5
Третья порция
730…740
Предлагаемый {вариант 2)
9
Первая порция
990…1000
238…249
6,6…7,0
5
Вторая порция
860…870
5
Третья порция
750…760
Предлагаемый (вариант 3)
11
Первая порция
990…1000
227…236
6,2…6,5
7
Вторая порция
890…900
7
Третья порция
770…780
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авт.свид. СССР №412270, заявл. 1972 г.
2. Никитин В.И. Наследственность в литых сплавах. - Самара: СамГТУ, 1995. - 249 с., с.186.
3. Деев В.Б. Анализ способов рафинирования алюминиевых сплавов // Литейщик России. 2006. №12. С.25-27.