Патент на изобретение №2258757
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству алюминия, и может быть использовано при приготовлении кремнийсодержащего алюминиевого сплава. Предложен способ получения кремнийсодержащего алюминиевого сплава, включающий введение струей инертного газа в расплав алюминия или его сплава пыли и мелочи кристаллического кремния при одновременной обработке расплава галогенидсодержащим флюсом, при этом минимальное количество используемого при обработке расплава флюса и средний размер частиц кремния при различных вариантах введения флюса определяют из уравнений. Технический результат – использование в технологическом процессе мелочи и пыли кристаллического кремния крупностью до 5,0 мм, образующихся при дроблении слитков. 4 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия, и может быть использовано при приготовлении алюминиевых кремнийсодержащих сплавов. Существующая на алюминиевых заводах технология производства кремнийсодержащих сплавов включает растворение в алюминии или его сплаве кристаллического кремния, полученного электротермическим восстановлением кварцита (М.Б.Альтман и др. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969, с.270-271) (1). Данная технология основана на использовании кристаллического кремния определенной крупности (5-50 мм). Для получения указанных фракций слитки электротермического кремния подвергаются дроблению и рассеву. При этом образуются “отходы” в виде мелочи и пыли кремния с крупностью до 5 мм. Суммарное количество мелочи и пыли кремния составляет 7-8% от объема выпускаемого кристаллического кремния. Образующаяся пыль и мелочь кремния частично используются для покрытия изложниц перед заливкой в них электротермического кремния, в частности переплавляется в жидком кремнии. При этом “угар” пыли и мелочи кремния составляет примерно 50%. Одним из основных недостатков существующей технологии получения кремнийсодержащих сплавов является наличие значительного количества неэффективно используемой пыли и мелочи кремния. Частичное решение проблемы с переработкой пыли и мелочи кремния предложено в техническом решении, защищенном международной заявкой (№ WO 88/02409 от 07.04.1988, М. кл. С 25 С 1/02) (2). Сущность запатентованной технологии сводится к переработке пыли и мелочи кремния крупностью 0,3-1,0 мм в составе брикетов, дополнительно содержащих хлорид бария и галогенидсодержащий флюс, а также продувкой струей инертного газа расплава алюминия или его сплава. Указанная технология обеспечивает переработку пыли и мелочи кремния с достаточно высокими технико-экономическими показателями. В частности, усвоение кремния в процессе продувки составляет 96-97%. По технической сущности и наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа. Основной недостаток прототипа заключается в частичном использовании пыли и мелочи кремния, образующихся при дроблении слитков электротермического кремния. Из всего объема образующейся мелкой фракции кремния крупностью до 5,0 мм решается проблема переработки пыли крупностью 0,3-1,0 мм, что составляет около 30% от общего объема некондиционного кремния. При продувке в расплав металла пыли кремния крупностью менее 0,3 мм усвоение кремния снижается до 40-60% в результате его окисления. При использовании мелочи кремния крупностью от 1 до 5 мм также наблюдается незначительное снижение извлечения кремния главным образом из-за ошлаковывания частичек кремния и их потери со шлаком. Кроме того, известное решение обеспечивает усвоение пыли и мелочи кремния на уровне 96-97%, что свидетельствует о наличии определенного резерва по повышению извлечения кремния в сплав. Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса приготовления кремнийсодержащих алюминиевых сплавов. Техническим результатом является использование в технологическом процессе мелочи и пыли кристаллического кремния крупностью до 5,0 мм, образующихся при дроблении слитков. Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения кремнийсодержащего алюминиевого сплава, включающем введение струей инертного газа в расплав алюминия или его сплава пыли и мелочи кристаллического кремния при одновременной обработке расплава галогенидсодержащим флюсом, согласно предлагаемому изобретению, минимальное количество используемого при обработке расплава флюса определяют из уравнения где Мф – масса галогенидсодержащего флюса, кг; МSi – масса кристаллического кремния, кг; dSi – средний диаметр частиц кремния, мм, рассчитываемый по уравнению где Сi – содержание фракций кристаллического кремния, доли единицы; di – диаметр частиц фракций, мм. Предлагаемый способ дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи. В способе используют кремний крупностью 0,2-5 мм. Галогенидсодержащий флюс загружают на поверхность расплава металла. Пыль и мелочь кристаллического кремния предварительно смешивают с галогенидсодержащим флюсом. Введение пыли и мелочи кристаллического кремния и обработку расплава галогенидсодержащим флюсом осуществляют с одновременным вдуванием порошков в расплав через разные фурмы. Уравнение (2) справедливо для подсчета среднего диаметра частиц кремния при использовании для гранулометрического анализа стандартного набора сит по ГОСТ 6613-86/2. Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Известно, что при вдувании порошкообразных материалов в расплав металла, непосредственно от продувки внедряется в металл и усваивается не более 17-20 вес.% от всего объема порошка. Невнедрившаяся часть порошка газовыми пузырями выносится на поверхность металла. Достигая поверхности металла, газовый пузырь с порошком лопается. При этом порошок выбрасывается в атмосферу над поверхностью металла. Мелкие частички кремния окисляются кислородом и влагой воздуха и переходят в шлак. Более крупные частички кремния частично увлекаются циркуляционными потоками с поверхности металла в объем и растворяются в металле, а частично ошлаковываются и переходят в шлак. Предлагаемая одновременная с продувкой кремния обработка расплава металла флюсом может быть реализована несколькими способами: 1. Загрузкой флюса на поверхность сплава перед продувкой порошка кремния или в процессе продувки. 2. Продувка пыли и мелочи кремния, предварительно смешанной с порошком галогенидсодержащего флюса. 3. Одновременное вдувание в металл порошков кремния и флюса через разные фурмы. Во всех случаях введение флюса в систему жидкий алюминиево-кремниевый порошок положительно сказывается на извлечении кремния в сплав. Улучшение технико-экономических показателей процесса при использовании галогенидсодержащего флюса обусловлено: – улучшением смачиваемости частиц кремния алюминием, что способствует их более быстрому растворению. – созданием на поверхности металла слоя покровного флюса, который в значительной мере снижает окисление и ошлаковывание частичек кремния, выносимых на поверхность газопорошковыми пузырями. Экспериментальным путем установлено, что с увеличением количества вводимого флюса, при прочих равных условиях, извлечение кремния в сплав сначала растет, а затем стабилизируется на некотором значении, по-видимому, предельном для данных условий проведения процесса. Количество галогенидсодержащего флюса, при котором достигается усвоение пыли и мелочи кремния на уровне, близком к предельному для данных условий, пропорционально массе введенного кремния и обратно пропорционально среднему диаметру частиц кремния. Данная зависимость может быть представлена эмпирической формулой (1). Если количество используемого флюса меньше расчетной величины, то извлечение кремния в сплав не достигает максимального значения для данных условий процесса. При использовании большего количества флюса, по сравнению с расчетным по формуле (1), извлечение кремния в сплав практически не увеличивается. От прототипа предлагаемое решение отличается тем, что получают кремнийсодержащий алюминиевый сплав с использованием мелочи и пыли кристаллического кремния крупностью до 5,0 мм с одновременной обработкой расплава галогенидсодержащим флюсом, количество которого рассчитываются по уравнению (1), учитывающему массу введенной пыли и мелочи кристаллического кремния и средний размер частиц кремния при различных вариантах введения флюса. Вышеуказанные отличия позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения “новизна”. Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом и другими известными решениями в данной области выявил следующее: – известна технология получения кремнийсодержащих алюминиевых сплавов, включающая растворение в жидком алюминии или его сплаве кристаллического кремния крупностью 5,0-50 мм (1); известна технология получения кремнийсодержащего алюминиевого сплава, включающая загрузку пыли и мелочи кремния крупностью 0,3-1,0 мм в жидкий металл в составе брикетов, дополнительно содержащих галогенидсодержащий флюс (2); известен способ внепечной обработки жидкого металла путем тангенциального ввода газопорошковой смеси, подаваемой двумя направленными одна навстречу другой струями (авторское свидетельство СССР № 342909, С 21 С 1/00, 1972 (3)). Не выявлено технических решений, характеризующихся сходными идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”. Предлагаемое техническое решение позволяет эффективно перерабатывать весь объем некондиционного кремния (0-5 мм). Одновременная с продувкой кремния обработка расплава металла флюсом обеспечивает повышенное по сравнению с известными техническими решениями извлечение кремния в сплав, а также более высокое качество получаемого металла. Способ реализуется следующим образом. В жидкий алюминий технической чистоты через установку для заглубленной инжекции порошков вдували пыль и мелочь кремния. Основные условия опытов приведены в табл.1.
При этом варьировались количество, состав и способ введения флюса в металл. По окончании продувки металл отстаивался в течение 20 минут, затем с его поверхности удаляли шлак. Пробы металла на кремний отбирались до и после продувки (после удаления шлака). По результатам анализов рассчитывалось извлечение кремния в сплав. Для опытных продувок использовался рассев пыли и мелочи кремния гранулометрического состава, приведенного в табл.2.
Результаты опытов приведены в табл.3.
Таким образом, экспериментальным путем доказано, что для каждой крупности частиц кремния существует оптимальный расход галогенидсодержащего флюса, при котором извлечение кремния в сплав достигает максимального для данных условий значения. В табл.3 данные опытов по каждой серии выделены. На основании полученных результатов составлено уравнение, определяющее минимальный расход галогенидсодержащего флюса в зависимости от массы порошка кремния и среднего диаметра частиц кремния (уравнение 1). Описанная технология может быть использована как для приготовления кремнийсодержащих алюминиевых сплавов, так и для их подшихтовки кремнием. Кроме того, во всех случаях реализуется флюсовое рафинирование получаемых сплавов от неметаллических и газовых примесей.
Формула изобретения
1. Способ получения кремнийсодержащего алюминиевого сплава, включающий введение струей инертного газа в расплав алюминия или его сплава пыли и мелочи кристаллического кремния при одновременной обработке расплава галогенидсодержащим флюсом, отличающийся тем, что минимальное количество используемого при обработке расплава флюса определяют из уравнения где Мф – масса галогенидсодержащего флюса, кг; MSi – масса кристаллического кремния, кг; dSi – средний диаметр частиц кремния, мм, рассчитываемый по уравнению: где Сi – содержание фракций кристаллического кремния, доли единицы; di – диаметр частиц фракций, мм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют кремний крупностью 0,2-5 мм. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что галогенидсодержащий флюс загружают на поверхность расплава металла. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пыль и мелочь кристаллического кремния предварительно смешивают с галогенидсодержащим флюсом. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение пыли и мелочи кристаллического кремния и обработку расплава галогенидсодержащим флюсом осуществляют с одновременным вдуванием пыли и мелочи кристаллического кремния и галогенидсодержащего флюса в расплав через разные фурмы.
PD4A – Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:
Адрес для переписки:
Извещение опубликовано: 10.04.2007 БИ: 10/2007
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
