Флюс для обработки алюминиевых сплавов
FLUX FOR PROCESSING ALUMINUM ALLOYS

Заявляемое техническое решение относится к области металлургии цветных металлов и предназначено для обработки алюминиевых сплавов в литейном производстве.
4
3
6
2
4
Известна, например, композиция солевого флюса [1] для плавки алюминиевого лома (US 6053959, 25.04.2000, [1]), содержащий, мас. %: хлористый калий - 47,5%, хлористый натрий - 47,5%, источник фторида (MAlF, MAlF, MF, CaF) - 5%, где источником фторида может быть KAlF.
Также известен флюс (Альтман М. Б. «Металлургия литейных алюминиевых сплавов. М. Металлургия», 1972, А. В. Курдюмов, М. В. Пикунов, В. М. Чурсин, Е. Л. Бибиков «Производство отливок из сплавов цветных металов». М. МИСиС, 1996, стр. 159, [2]), содержащий, мас. %: хлористый калий - 47, хлористый натрий - 30, гексафтороалюминат натрия - 23.
Указанный аналог [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом того же назначения к заявляемому техническому решению, поэтому он принят в качестве прототипа.
Решаемой технической проблемой является необходимость повышения степени рафинирования и снижения температуры плавления флюса. Температура плавления является одним из важнейших свойств флюса и должна быть ниже рабочих температур приготовления алюминиевых сплавов. Это объясняется кинетическими закономерностями протекания реакций, поскольку большинство металлургических реакций гетерогенные, то они протекают на границе раздела фаз. В случае твердого флюса данная граница раздела (поверхность контакта) значительно меньше, чем в случае жидкости. По этой причине увеличение площади контакта фаз (плавление флюса) приводит к большей эффективности протекания реакции, чем быстрее расплавится флюс и вступит во взаимодействие с расплавом, тем лучше.
4
4
Недостатком аналога [1] является то, что содержание KAlFсоставляет 5% - такого количества KAlF недостаточно для необходимого рафинирующего эффекта в части удаления неметаллических включений и водорода.
У прототипа [2] температура плавления гексафтороалюмината натрия составляет 1013°C, что увеличивает температуру плавления флюса. Кроме того, известное содержание хлористого калия 47% и хлористого натрия 30% повышает стоимость флюса, так как хлорид калия стоит примерно в пять раз дороже хлорида натрия.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение эффективности флюса для обработки алюминиевых сплавов.
Другим техническим результатом является снижение температуры плавления флюса.
4
4
Технический результат заявленного технического решения достигается тем, что флюс для обработки алюминиевых сплавов содержит смесь NaCl, KCl и источника фторида. Отличается тем, что источником фторида является KAlF или NaAlF, при этом соотношение компонентов в смеси составляет, масс. %:
NaCl
10 - 70
KCl
10 - 45
KAlF<sub>4 </sub>или NaAlF<sub>4</sub>
10 - 80.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
В частном предпочтительном случае соотношение компонентов в смеси составляет, масс. %:
NaCl
47
KCl
30
KAlF<sub>4 </sub>или NaAlF<sub>4</sub>
23.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технических результатов.
Осуществление технического решения.
В составе предлагаемого флюса используются следующие соотношения компонентов (мас.%):
NaCl
10 - 70
KCl
10 - 45
KAlF<sub>4</sub> или NaAlF<sub>4</sub>
10 – 80.
Соотношение компонентов в данном флюсе объясняется следующим.
4
4
4
4
Температура плавления тетрафтороалюмината калия KAlF составляет 560°С, при этом температура плавления тетрафтороалюмината натрия NaAlF составляет 720°C. В ходе эксперимента установлено, что содержание KAlF или NaAlF в количестве 23% является оптимальным для снижения температуры плавления флюса и улучшения рафинирующего эффекта в части удаления неметаллических включений и водорода, по сравнению с аналогами.
Полученные температуры плавления флюсов указаны в таблице 1.
Таблица 1
Содержание компонентов, %
Температура плавления, °C
NaCl
KCl
KAlF<sub>4</sub>
NaAlF<sub>4</sub>
Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>
47
30
23
-
-
622
47
30
-
23
-
635
30
47
-
-
23
686
Al металлический
659,5
В таблице 2 представлены показатели рафинирования сплава флюсами.
Эффективность флюсовой обработки расплава сравнивали с качеством исходного металла. Представленные результаты исследований свидетельствуют о высокой эффективности рафинирования сплавов заявленными флюсами при обработке расплава заявленным флюсом - в результате степень рафинирования по водороду повысилась в 4,82 раза, по неметаллическим включениям в 11,6 раз (в сравнении образцов № 1 и 4), а цена снизилась примерно на 25% (в сравнении образцов № 2 и 4).
Таблица 2
Флюс
NaCl - 47,5KCl - 47,5KAlF<sub>4 </sub>- 5
NaCl - 30KCl - 47Na<sub>3</sub>AlF<sub>6 </sub>- 23
NaCl - 47KCl - 30NaAlF<sub>4</sub> - 23
NaCl - 47KCl - 30KAlF<sub>4</sub> - 23
NaCl - 47KCl - 47NaAlF<sub>4</sub> - 10
NaCl - 47KCl - 47KAlF<sub>4</sub> - 10
Номер образца
1(аналог 1)
2(прототип 2)
3
4
5
6
Марка сплава
6063
6063
6063
6063
6063
6063
Содержание водорода до рафинирования, см<sup>3</sup>/100 г
0,27
0,27
0,27
0,28
0,26
0,27
Содержание водорода после рафинирования, см<sup>3</sup>/100 г
0,25
0,20
0,20
0,18
0,23
0,23
Степень рафинирования по водороду, %
7,40
25,92
25,92
35,71
11,53
14,81
Содержание включений до рафинирования, мм<sup>2</sup>/кг (PoDFA)
1,0147
1,0255
1,0183
1,0124
1,0196
1,0279
Содержание включений после рафинирования, мм<sup>2</sup>/кг (PoDFA)
0,9579
0,3912
0,3776
0,3563
0,8124
0,8535
Степень рафинирования по неметаллическим включениям, %
5,59
61,85
62,92
64,80
20,32
16,96
Содержание металла в шлаке, %
37,0
32,5
24,8
22,2
26,4
28,9
Шлакообразование, кг/т
5,5
4,5
4,1
4,0
4,3
4,3
Расход флюса для рафинирования, кг/т
1
1
1
1
1
1
Расход флюса для обработки шлака, кг/ кг шлака
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
4
4
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенным выше примером. При содержании KAlFили NaAlF более 50% флюс может быть использован как рафинирующий реагент для очистки расплава от щелочных и щелочноземельных металлов по реакциям:
4
2
2KAlF + Mg = 2KF + 3MgF + 2Al
4
2
2KAlF + Ca = 2KF + 3CaF + 2Al
4
KAlF + 3Li = KF + 3LiF + Al
4
KAlF + 3Na = KF + 3NaF + Al
4
2
2NaAlF + Mg = 2NaF + 3MgF + 2Al
4
2
2NaAlF + Ca = 2NaF + 3CaF + 2Al
4
NaAlF + 3Li = NaF + 3LiF + Al
Заявленный флюс используют для снижения содержания металла в шлаке, шлакообразования и очистки от неметаллических включений и водорода. Приготовление сплавов ведут в печи (миксере) под слоем расплавленного флюса, чтобы предотвратить окисление алюминия в атмосфере печи (миксера) и/или обрабатывают шлак в конце плавки для коалесценции расплавленного алюминия с целью максимального извлечения металла из шлака и снижения шлакообразования. Для рафинирования расплава от неметаллических включений и водорода флюс замешивают по всей глубине ванны после снятия шлака и дают технологическую выдержку 20 минут для всплытия включений.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых материалов и нашло широкое применение для плавки и рафинирования алюминиевых сплавов.