RU2010881C1 - Process of producing aluminum-silicon alloys - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy; manufacture of aluminum-silicon alloys. SUBSTANCE: silicon containing fines and dustlike fraction was superficially introduced into melt having temperature of 665 to 680 C and then melt temperature was increased to point of 850 to 900 C at rate of 2 to 5 C/min. Vigorously stirring silicon and effective absorption of silicon fines and dustlike fraction eliminated the necessity in separating these fractions and thus saved time and efforts in preparing desired alloy and raised efficiency of utilization of silicon by 4.9 % . Silicon and aluminum losses were respectively curtailed by 5.8 and 3.0 kg/alloy. The object of disclosed invention was finding ways of efficiently processing silicon fines and dustlike fraction due to stepped up absorption, reduced costs at the expense of ruled out step of separation of silicon fractions, lowered silicon losses owing to higher degree of utilization of silicon, diminished aluminum losses due to scaled down melt oxidation, higher quality of alloy, and curtailed duration of heat. Quality of alloy was raised both through amelioration of alloy structure and reduction of hydrogen content in alloy by 17 % . Time required for preparing desired alloy was reduced by 22 % . EFFECT: higher quality of alloy and saved time and efforts. 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии приготовления алюминиевокремниевых сплавов, например, силуминов. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to a technology for the preparation of aluminum-silicon alloys, for example, silumins.

Известен способ получения алюминиевокремниевых сплавов, включающий разделение кристаллического кремния на фракции, выделение фракции 0,3-1,0 мм, сплавление чистого алюминия с кристаллическим кремнием фракции 20-50 мм с перемешиванием и введение кремния фракции 0,3-1,0 мм в количестве 3,0-10,0% под уровень расплава струей инертного газа или в спрессованном виде с утяжелителем и флюсом (авт. св. N 1124599, кл. C 22 C, 1983). A known method of producing aluminum-silicon alloys, including the separation of crystalline silicon into fractions, the separation of the fraction 0.3-1.0 mm, the fusion of pure aluminum with crystalline silicon fraction 20-50 mm with stirring and the introduction of silicon fractions 0.3-1.0 mm the amount of 3.0-10.0% under the melt level with an inert gas stream or in compressed form with a weighting agent and flux (ed. St. N 1124599, class C 22 C, 1983).

Недостатком данного способа является то, что он требует разделение кристаллического кремния на фракции, что увеличивает затраты на приготовление сплава. Усвояемость мелкой фракции 0,3-1,0 мм низка и составляет лишь 60% . Кроме того, фракция кремния менее 0,3 мм не усваивается, а более 1,0 мм - не успевает полностью раствориться за время пребывания под уровнем расплава и частично переходит в шлак. Введение кремния под уровень расплава усложняет процесс приготовления сплава. The disadvantage of this method is that it requires the separation of crystalline silicon into fractions, which increases the cost of preparing the alloy. The digestibility of the fine fraction of 0.3-1.0 mm is low and is only 60%. In addition, the silicon fraction of less than 0.3 mm is not assimilated, and more than 1.0 mm does not have time to completely dissolve during its stay under the melt level and partially passes into slag. The introduction of silicon under the melt level complicates the alloy preparation process.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алюминиевокремниевых сплавов, включающий дробление и разделение кристаллического кремния на фракции, введение кремния фракции 20-50 мм в расплавленный и нагретый до 850-900^оС алюминий порциями при перемешивании расплава. Введение кремния осуществляют под уровень расплава при помощи колокольчика (Альтман М. Б. и др. Плавка и литье легких сплавов. М. , "Металлургия", 1969, с. 270).The closest to the proposed invention as to technical essence and attainable result is a method for producing alyuminievokremnievyh alloys comprising crushing and separating crystalline silicon into fractions, the introduction of silicon into fractions 20-50 mm melted and heated to 850-900 ^{° C} under stirring portionwise aluminum melt. The introduction of silicon is carried out under the melt level using a bell (Altman M.B. et al. Smelting and casting of light alloys. M., Metallurgy, 1969, p. 270).

Недостатком известного способа является то, что мелкая и пылевидная фракции, образуемые при дроблении и транспортировках, не используются и идут в отвал, что снижает степень использования кремния и повышает его потери. Обусловлено это тем, что кремний указанных фракций практически не усваивается и почти полностью переходит в шлак. Осуществление операции по отсеву мелкой и пылевидной фракций кремния ведет к увеличению затрат на приготовление сплава. Кроме того, ведение процесса при высоких температурах приводит к увеличению окисления и газонасыщения расплава, что увеличивает потери металла и ухудшает качество сплава. Структура сплава крупнозернистая. The disadvantage of this method is that the fine and pulverulent fractions formed during crushing and transportation are not used and go to the dump, which reduces the degree of use of silicon and increases its loss. This is due to the fact that silicon of these fractions is practically not absorbed and almost completely passes into slag. The implementation of the screening of fine and pulverulent fractions of silicon leads to an increase in the cost of preparing the alloy. In addition, the process at high temperatures leads to an increase in the oxidation and gas saturation of the melt, which increases the loss of metal and affects the quality of the alloy. The alloy structure is coarse-grained.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности переработки кремния мелкой и пылевидной фракций за счет повышения его усвояемости, уменьшение затрат за счет исключения операции по отсеву указанных фракций кремния, сокращение потерь кремния за счет повышения степени его использования и алюминия за счет уменьшения окисления расплава, повышение качества сплава и сокращение продолжительности плавки. The aim of the invention is to provide the possibility of processing silicon fine and pulverulent fractions by increasing its digestibility, reducing costs by eliminating the screening of these silicon fractions, reducing silicon losses by increasing its use and aluminum by reducing melt oxidation, improving the quality of the alloy and reduction in the duration of the heat.

Поставленная цель достигается тем, что по способу получения алюминиевокремниевых сплавов, включающему дробление кристаллического кремния, введение его в расплавленный алюминий порциями с перемешиванием и растворение кремния 20-50 мм при температуре 850-900^оС, кремний без отсева мелкой и пылевидной фракций (0-20 мм) вводят на поверхность расплава, имеющего температуру 665-680^оС, а после завершения введения кремния температуру расплава до 850-900^оС доводят со скоростью 2-5^оС/мин.The goal is achieved in that the method for producing alyuminievokremnievyh alloys comprising crushing crystalline silicon, its introduction into the molten aluminum in portions with stirring and dissolving 20-50 mm silicon at a temperature of 850-900 ^{° C,} silicon without dropout graded (0- 20 mm) are introduced onto the surface of a melt having a temperature of ^about 665-680 C, and after completion of the introduction of the silicon melt temperature to 850-900 ^{° C} is adjusted at a rate ^of 2-5 C / min.

Введение кристаллического кремния без отсева его мелкой и пылевидной фракций на поверхность расплава, имеющего температуру 665-680^оС, а после завершения введения кремния - доведение температуры расплава до 850-900^оС со скоростью 2-5^оС/мин позволяет обеспечить возможность переработки кремния мелкой и пылевидной фракций за счет повышения его усвояемости, уменьшить затраты за счет исключения операции по отсеву указанных фракций кремния, сократить потери кремния за счет повышения степени его использования и алюминия за счет уменьшения окисления расплава, повысить качество сплава и сократить продолжительность плавки.Introduction crystalline silicon without dropout its graded on the surface of a melt having a temperature ^of 665-680 C, and after completion of the administration silicon - bringing the temperature of the melt to 850-900 ^{° C} at a rate ^of 2-5 C / min to allow processing silicon fine and dust fractions by increasing its digestibility, reduce costs by eliminating the screening of these silicon fractions, reduce the loss of silicon by increasing the degree of its use and aluminum by reducing oxide melt, improve the quality of the alloy and reduce the melting time.

Возможность переработки кремния мелкой и пылевидной фракций достигается за счет высокой усвояемости такого кремния расплавом, что обеспечивается введением кремния без отсева указанных фракций на поверхность расплава, имеющего температуру 665-680^оС, при которой происходит интенсивное замешивание кремния в расплав и эффективное усвоение его мелкой и пылевидной фракций. Благодаря этому эффекту отпадает необходимость проведения операции по отсеву мелкой и пылевидной фракций кремния, что ведет к снижению затрат на приготовление сплава и повышению степени использования кремния. Введение кремния при низких температурах снижает среднюю температуру процесса приготовления сплава, в результате чего уменьшается окисление и газонасыщение расплава, что ведет к сокращению потерь алюминия и кремния (последнего-дополнительно) и повышению качества сплава соответственно. При этом усвояемость кремния неотделенной фракции 20-50 мм не снижается, так как после завершения введения кремния (без отсева мелкой и пылевидной фракций) за счет повышения температуры расплава до 850-900^оС с определенной скоростью создаются благоприятные условия для усвоения кремния фракции 20-50 мм. Уменьшению окисления и газонасыщения расплава способствует и сокращение продолжительности плавки, достигаемое ускоренным замешиванием кремния и эффективным усвоением его мелкой и пылевидной фракций. Повышению качества сплава способствует использование пылевидной фракции кремния, так как пылевидные частицы последнего являются центрами кристаллизации расплава, что оказывает положительное влияние на формирование модифицированной структуры сплава (уменьшается размер первичных кристаллов кремния и измельчается эвтектика), а также снижается образование местных неоднородностей (макроликвации) первичных кристаллов кремния и эвтектики за счет более равномерного распределения кремния в жидком объеме ванны расплава.Possibility of processing silicon graded achieved due to the high digestibility of the silicon melt, provided that the introduction of silicon without dropout of these fractions to the surface of a melt having a temperature of 665-680 ^C, at which there is an intensive kneading in the molten silicon and its effective absorption of small and pulverulent fractions. Due to this effect, there is no need to carry out the screening of fine and dusty fractions of silicon, which leads to a decrease in the cost of preparing the alloy and an increase in the degree of use of silicon. The introduction of silicon at low temperatures reduces the average temperature of the alloy preparation process, as a result of which the oxidation and gas saturation of the melt are reduced, which leads to a reduction in the losses of aluminum and silicon (the latter is additional) and an increase in the quality of the alloy, respectively. Thus the digestibility of silicon unstripped fraction 20-50 mm is not reduced, since after the administration silicon (without dropout graded) by increasing the melt temperature to 850-900 ^C at a certain speed, favorable conditions for the absorption of silicon fraction 20- 50 mm. Reducing the oxidation and gas saturation of the melt also contributes to a reduction in the duration of the melting, achieved by accelerated mixing of silicon and the effective assimilation of its fine and dusty fractions. The use of a dust-like fraction of silicon contributes to an increase in the quality of the alloy, since the dust-like particles of the latter are the centers of crystallization of the melt, which has a positive effect on the formation of a modified alloy structure (the size of the primary silicon crystals is reduced and the eutectic is crushed), as well as the formation of local inhomogeneities (macroliquations) of the primary crystals silicon and eutectic due to a more uniform distribution of silicon in the liquid volume of the molten bath.

Способ может быть использован также при переработке кремния мелкой и пылевидной фракции как отходов производства с получением дополнительного эффекта от сокращения потерь кремния за счет повышения усвояемости этих отходов, достигаемого введением последних при температуре расплава 665-680^оС, и алюминия в результате снижения температуры процесса плавки.The method may also be used in the processing of silicon dust and fine fraction as waste products to obtain an additional effect of reducing loss of silicon due to increase digestibility of these wastes is achieved by introducing the latter at a melt temperature ^of 665-680 C, and aluminum smelting by reducing the process temperature .

Выбранные пределы параметров способа лимитируются следующими факторами:
введение кремния при температуре расплава выше 680^оС ведет к резкому ухудшению замешивания кремния мелкой и пылевидной фракций, который переходит в шлак, что ведет к потерям кремния за счет снижения степени его использования, а введение кремния при температуре расплава ниже 665^оС нецелесообразно ввиду того, что для предотвращения кристаллизации расплава вводимый кремний необходимо подогревать до температур близких к температуре расплава, что ведет к увеличению затрат на приготовление сплава;
увеличение скорости повышения температуры расплава до 850-900^оС более 5^оС/мин снижает усвояемость кремния, а уменьшение менее 2^оС/мин - нецелесообразно, так как увеличивается время приготовления сплава и повышаются потери алюминия.The selected limits of the method parameters are limited by the following factors:
administering to silicon at a melt temperature above 680 ^{° C} leads to a rapid deterioration of mixing silicon-graded, which passes into the slag, which leads to loss of silica by reducing the extent of its use, and the silicon administration at a melt temperature below 665 ^{° C} is inappropriate in view of the that to prevent crystallization of the melt, the introduced silicon must be heated to temperatures close to the temperature of the melt, which leads to an increase in the cost of preparing the alloy;
increase the temperature elevation rate of the melt to 850-900 ^{° C} for more than 5 ° ^C / min reduces the digestibility of silicon, and the decrease less than 2 ° ^C / min - is impractical because it increases the alloy preparation time and increased loss of aluminum.

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не были обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый способ от прототипа, а именно: позволяющими не только обеспечить возможность переработки кремния мелкой и пылевидной фракций, достигнув высокой степени его усвояемости, но и использовать пылевидную фракцию кремния для повышения качества сплава, а также снизить температуру процесса плавки. As a result of a search in the patent and scientific and technical literature, no technical solutions were found with features that distinguish the proposed method from the prototype, namely: allowing not only to provide the possibility of processing silicon fine and dusty fractions, achieving a high degree of digestibility, but also to use the dusty fraction silicon to improve the quality of the alloy, as well as reduce the temperature of the melting process.

Реализация способа осуществляется при приготовлении алюминиевокремниевых сплавов типа силуминов, в частности сплава АЛ2 в печи ИАТ-6М2. Для получения сплава используют кристаллический кремний марки Кр1, подвергнутый дроблению с целью получения кремния максимальной крупности (не более 50 мм), но без отсева мелкой и пылевидной фракций. В качестве основы используют первичный алюминий марок А5 и А6. The implementation of the method is carried out in the preparation of aluminum-silicon alloys of the silumin type, in particular, the AL2 alloy in the IAT-6M2 furnace. To obtain the alloy, crystalline silicon of the Kr1 grade is used, subjected to crushing in order to obtain silicon of maximum fineness (no more than 50 mm), but without dropping out fine and dusty fractions. Primary aluminum of grades A5 and A6 is used as a base.

П р и м е р 1. В разогретую тигельную печь емкостью 6 тн загружают алюминий в количестве 4500 кг. расплавляют его и доводят температуру расплава до 665^оС, после чего, перемешивая расплав, на его поверхность вводят кристаллический кремний крупностью 0-50 мм в количестве 556 г из расчета получения сплава АЛ2. После завершения замешивания кремния в расплав температуру последнего до 850^оС доводят со скоростью 2^оС/мин. После 5 мин выдержки снимают шлак, отбирают пробы на определение содержания кремния и заливают образцы для исследований микроструктуры излома. Получают сплав АЛ2 с содержанием кремния 10,85% . Усвояемость составляет 98,6% . После остывания шлака от него отбирают пробы на определение количества металла и окислов в нем. Шлак взвешивают.PRI me R 1. In a heated crucible furnace with a capacity of 6 tons load aluminum in the amount of 4500 kg. it is melted and the melt temperature was adjusted to 665 ^{° C,} and then stirring the melt at its surface is introduced crystalline silicon with grain size 0-50 mm in an amount of 556 g of calculating obtain AL2 alloy. After completion of mixing silicon into the melt temperature of the latter to 850 ^{° C} is adjusted at a rate ^of 2 C / min. After 5 min of exposure, slag is removed, samples are taken to determine the silicon content, and samples are added to study the fracture microstructure. An AL2 alloy is obtained with a silicon content of 10.85%. Digestibility is 98.6%. After cooling the slag, samples are taken from it to determine the amount of metal and oxides in it. Slag is weighed.

В примерах 2 и 3 сплав получают аналогично примеру 1 при следующих параметрах. In examples 2 and 3, the alloy is obtained analogously to example 1 with the following parameters.

П р и м е р 2. PRI me R 2.

Температура расплава при введении кремния 670^оС
Скорость повышения температуры расплава 3^оС/мин
П р и м е р 3.The melt temperature with the introduction of silicon 670 ^about With
The rate of increase in melt temperature of 3 ^about C / min
PRI me R 3.

Температура расплава при введении кремния 680^оС
Скорость повышения температуры расплава 5^оС/мин
В примерах 4-6 сплав получают аналогично примерам (1-3) за пределами заявленных интервалов.The melt temperature with the introduction of silicon 680 ^about With
The rate of increase in melt temperature of 5 ^about C / min
In examples 4-6, the alloy is obtained similarly to examples (1-3) outside the declared intervals.

П р и м е р 4. PRI me R 4.

Температура расплава при введении кремния 700^оС
Скорость повышения температуры расплава 3^оС/мин
П р и м е р 5.Melt temperature upon introduction of silicon 700 ^о С
The rate of increase in melt temperature of 3 ^about C / min
PRI me R 5.

Температура расплава при введении кремния 670^оС
Скорость повышения температуры расплава 1^оС/мин
П р и м е р 6.The melt temperature with the introduction of silicon 670 ^about With
The rate of temperature increase of the melt 1 ^about C / min
PRI me R 6.

Температура расплава при введении кремния 670^оС
Скорость повышения температуры расплава 6^оС/мин
Получают сплав по известному способу.The melt temperature with the introduction of silicon 670 ^about With
The rate of increase in melt temperature of 6 ^about C / min
Get the alloy by a known method.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Из табличных данных видно, что использование заявляемого способа получения алюминиевокремниевых сплавов (примеры 1-3) обеспечивает переработку кремния мелкой и пылевидной фракций с высокой усвояемостью, что позволяет повысить степень использования кремния при приготовлении сплавов (на 4,9% ). Потери кремния за счет повышения степени его использования и уменьшения окисления расплава в результате снижения температуры процесса плавки сокращаются на 5,8 кг/тн сплава. Потери алюминия от уменьшения окисления расплава снижаются на 3 кг/тн сплава. За счет ислкючения операции по отсеву мелкой и пылевидной фракций кремния уменьшаются затраты на приготовление сплава. Повышается качество сплава как за счет модифицирования его структуры, так и в результате снижения в сплаве газосодержания (на 17% ). Время приготовления сплава сокращается на 22% . (56) Альтман М. Б. Плавка и литье легких сплавов. М. , Мет. , 1969, с. 270. From the tabular data it can be seen that the use of the proposed method for producing aluminum-silicon alloys (examples 1-3) provides the processing of silicon fine and dust fractions with high digestibility, which allows to increase the degree of use of silicon in the preparation of alloys (by 4.9%). Losses of silicon due to an increase in its utilization and a decrease in the oxidation of the melt as a result of a decrease in the temperature of the melting process are reduced by 5.8 kg / t of alloy. Loss of aluminum from a decrease in oxidation of the melt is reduced by 3 kg / t alloy. By excluding the screening operation of the fine and pulverulent fractions of silicon, the cost of preparing the alloy is reduced. The quality of the alloy is improved both by modifying its structure and as a result of a decrease in gas content in the alloy (by 17%). Alloy preparation time is reduced by 22%. (56) Altman M. B. Melting and casting of light alloys. M., Met. , 1969, p. 270.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий дробление кристаллического кремния, введение его в расплавленный алюминий порциями с перемешиванием и растворение кремния при 850 - 900^oС, отличающийся тем, что, с целью повышения степени усвоения кремния и качества сплавов и сокращения продолжительности плавки и потерь алюминия и кремния, введение кремния осуществляют на поверхность расплава алюминия при 665 - 680^oС с последующим нагревом расплава до 850 - 900^oС со скоростью 2 - 5 град/мин.METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM-SILICON ALLOYS, including crushing crystalline silicon, introducing it into molten aluminum in batches with stirring and dissolving silicon at 850 - 900 ^o С, characterized in that, in order to increase the degree of absorption of silicon and the quality of alloys and reduce the duration of melting and loss of melting and loss aluminum and silicon, the introduction of silicon is carried out on the surface of the aluminum melt at 665 - 680 ^o With subsequent heating of the melt to 850 - 900 ^o With a speed of 2 to 5 deg / min.

Images