RU2789622C1 - Active desoxidant-modifier for aluminum alloys and slags - Google Patents

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the active desoxidant of liquid and refractory hot and cold slags in the non-ferrous metallurgy furnace and can be used to treat aluminum and aluminum-based aluminum, gas reflective, heating alternating currents and induction over furnaces. Active desoxidant of liquid and refined hot and cold slags in the furnace contains silicon dioxide powder and a mixture of the following components, wt.%: NACL - at least 30, KCL - no more than 8, SiO₂ - at least 35, Al₂O₃ - no more than 5, Fe₂O₃ - no more than 1.5, CAO - no more than 5, MGO - no more than 1.5.

EFFECT: reduction of charge melt time by 15-25%, reduction of aluminum waste, grain refinement, increase in density, reduction of porosity score, prevention of oxidative reaction by preventing saturation of the alloy with hydrogen, oxygen, lowering of ladle-riser pouring temperature.

1 cl

Description

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.The invention relates to non-ferrous metallurgy and can be used for processing aluminum and aluminum-based alloys in gas, gas reflective, heating (alternating current) and induction furnaces.

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. %The prior art slag-forming mixture (patent for invention RU No. 2572669) for continuous casting of steel, including amorphous graphite, lime, aluminum-containing and fluorine-containing substances, which additionally contains silicon dioxide at a ratio of components, wt. %

Аморфный графитAmorphous graphite 10-2010-20 ИзвестьLime 20-3020-30 Диоксид кремнияSilica 30-4030-40 Пылевидные отходы производстваDust-like production waste алюминияaluminum 20-3020-30

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. %:Also known is a slag-forming mixture for a tundish (patent for invention RU No. 2356687) containing pulverized waste from aluminum production, silicon dioxide and pulverized waste from lime production, in the following ratio, wt. %:

Диоксид кремния Silica 36-4036-40 пылевидные отходы производства алюминияpulverized waste from aluminum production 19-2319-23 пылевидные отходы производства известиpulverized lime production waste 39-43,39-43,

при следующем химическом составе, мас. %:with the following chemical composition, wt. %:

СWITH 4,0-16,04.0-16.0 CaOCaO 24,0-35,024.0-35.0 SiO2SiO2 32,0-40,032.0-40.0 Al2O3Al2O3 6,0-13,06.0-13.0 FF 2,5-8,52.5-8.5 Na2ONa2O 2,0-8,02.0-8.0 К2ОK2O 0,5-4,00.5-4.0

и отношении CaO/SiO2=0,7-1,0.and ratio CaO/SiO2=0.7-1.0.

Указанная смесь выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога.This mixture is chosen by the applicant as the closest analogue.

Технической проблемой, решаемой заявляемым решением, является создание активного раскислителя, адсорбирующего неметаллические включения и блокирующего образование окислов в расплавленном жидком металле.The technical problem solved by the proposed solution is the creation of an active deoxidizer that adsorbs non-metallic inclusions and blocks the formation of oxides in the molten liquid metal.

Техническим результатом, обеспечиваемым при применении заявляемого состава раскислителя при выплавке алюминия и сплавов на основе алюминия, является:The technical result provided by the application of the claimed composition of the deoxidizer in the smelting of aluminum and aluminum-based alloys is:

- сокращение времени расплава шихты на 15-25% (время перехода шихты из твердой фазы в жидкую);- reduction of the charge melt time by 15-25% (time for the charge to pass from the solid phase to the liquid);

- снижение угара алюминия;- reduction of aluminum waste;

- измельчение зерна, повышение плотности, снижение балла пористости;- grain refinement, increase in density, decrease in porosity score;

- предотвращение окислительной реакции за счет препятствия насыщению сплава водородом, кислородом;- prevention of an oxidative reaction due to an obstacle to the saturation of the alloy with hydrogen, oxygen;

- понижение температуры заливки ковш-стояк.- lowering the temperature of pouring the ladle-riser.

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. %:To achieve the claimed technical result, an active deoxidizer of liquid and refractory hot and cold slags in a furnace is proposed, containing silicon dioxide powder, which, according to the claimed invention, is a mixture of the following components, wt. %:

NaCl - не менее 30%;NaCl - not less than 30%;

KCl - не более 8%;KCl - no more than 8%;

SiO₂ - не менее 35%;SiO ₂ - not less than 35%;

Al₂O₃ - не более 5%;Al ₂ O ₃ - no more than 5%;

Fe₂O₃ - не более 1,5%;Fe ₂ O ₃ - no more than 1.5%;

CaO - не более 5%;CaO - no more than 5%;

MgO - не более 1,5%.MgO - no more than 1.5%.

Заявляемое соотношение компонентов подобрано опытным путем.The claimed ratio of components is selected empirically.

При этом в случае уменьшения содержания NaCl менее 30%, и/или уменьшение содержания KCl более 8%, и/или уменьшение содержания SiO₂ менее 35%, и/или увеличение содержания Al₂O₃ свыше 5%, и/или увеличение содержания Fe₂O₃ 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.Moreover, in the case of a decrease in the NACL content, less than 30%, and/or a reduction in the KCL content of more than 8%, and/or a decrease in the SIO ₂ content less than 35%, and/or an increase in the content of AL ₂ O ₃ over 5%, and/or an increase in the content Fe ₂ O ₃ is over 1.5%, and/or an increase in CAO content more than 5%, and/or increase in MGO content more than 1.5%will decrease the physicochemical activity of the active slag deoxy when smelting aluminum or its alloys.

Активный раскислитель-модификатор никаким образом не изменяет химический состав сплавов. Химические элементы из активного раскислителя не восстанавливаются в расплав.Active deoxidizer-modifier In any way, the chemical composition of alloys does not change. Chemical elements from the active deoxidizer are not restored to the melt.

Активный раскислитель-модификатор может 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.Active deoxidizer-modifier can be used with all existing modifiers, ligatures, ferroalloys, carburizers, salts. The combined use has an economic effect and improves the physical and mechanical properties of finished metal products through an increase in the assimilation of elements.

Основными принципами действия заявляемого активного раскислителя является следующее:The main principles of action of the claimed active deoxidizer are as follows:

- 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;- the inventive composition is hyperactive with respect to non-metallic inclusions: it selects oxygen, collects non-metallic inclusions and combines them into globular particles of low density, which float very quickly;

- создается высокая поверхностная энергия (Wпов) на границах между средами (металл-шлак);- a high surface energy (Wsur) is created at the boundaries between the media (metal-slag);

- образуются границы между средами (металл-шлак);- boundaries between media (metal-slag) are formed;

- снижаются газов в расплаве с обеспечением вакуумирование без вакууматора;- gases in the melt are reduced with the provision of evacuation without a degasser;

- температура расплава должна быть меньше критической температуры для сохранения высокой поверхностной энергии.- the temperature of the melt must be less than the critical temperature to maintain high surface energy.

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.The process of converting oxides into elements or converting higher oxides into lower ones occurs by removing oxygen from them with the help of an active deoxidizer, which has a greater affinity for oxygen than the elements being reduced.

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.The elasticity of dissociation of metal oxide increases with increasing temperature. An oxide having a lower dissociation elasticity is more durable, and the substance forming it has a greater affinity for oxygen, and therefore is able to take oxygen away from the oxide of the metal being reduced. Thus, the reducing agent can be any element whose oxide dissociation elasticity is less than the dissociation elasticity of the oxide being reduced.

Молекулярный водород соединяется с заявляемым активным раскислителем, посредством этого идет снижение концентраторов напряжения в металле.Molecular hydrogen combines with the inventive active deoxidizer, thereby reducing stress concentrators in the metal.

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.At the stage of the charge melt, a high density of the metal is obtained, the hydrogen content decreases (the density increases by 4-5%), through an increase in density, the ferrostatic pressure of the melt increases - the ability of atmospheric pressure to saturate the melt with gases decreases (the principle of vacuuming, but without a degasser), which makes it possible to produce a charge melt at a lower temperature and as a result leads to a reduction in melting time and a reduction in energy consumption.

Поскольку окисление происходит минимально, значительно снижается угар.Since oxidation is minimal, waste is significantly reduced.

Применение заявляемого состава позволяет увеличить интервал жидкоподвижности металла в ковше.The use of the proposed composition allows to increase the range of fluid mobility of the metal in the ladle.

Заявляемый состав при своих преимуществах не влияет на химический состав расплава по всем значениям.The claimed composition, with its advantages, does not affect the chemical composition of the melt in all respects.

Применение заявляемого активного раскислителя возможно на газовых, газовых отражательных, нагревательных (переменного тока) и индукционных печах.The use of the proposed active deoxidizer is possible on gas, gas reflective, heating (alternating current) and induction furnaces.

Заявляемый активный раскислитель-модификатор применяется следующим образом:The claimed active deoxidizer-modifier applied as follows:

Норма расхода активного раскислителя-модификатора составляет 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%.Consumption rate of the active deoxidizer-modifier is from 0.2 to 0.4% by weight of liquid metal. At the beginning of melting, 50% of the total mass of the active deoxidizer is supplied, as the charge settles, the active deoxidizer is poured onto slag crust cracks on the mirror until the slag crust is completely crystallized in an amount of 30% -40% of the total mass of the active deoxidizer used in smelting. When the metal is released from the melting unit, the remaining 10-20% is added to the tundish.

Заявляемый активный раскислитель был опробован при варке следующих марок АМг6, АВ, АД33, АК6, АК8, Д1ч, Д16ч, В96Ц, АК9ч, АК12, АМг10 и т.д.The claimed active deoxidizer was tested when cooking the following brands AMg6, AB, AD33, AK6, AK8, D1ch, D16ch, V96Ts, AK9ch, AK12, AMg10, etc.

Смесь активного раскислителя готовилась смешиванием следующих компонентов, мас. %:A mixture of active deoxidizer was prepared by mixing the following components, wt. %:

NaCl - 37%;NaCl - 37%;

KCl - 8%;KCl - 8%;

SiOSiO _{2 2} - 42%;- 42%;

AlAl ₂₂ OO ₃₃ - 5%; - 5%;

FeFe ₂₂ OO ₃₃ - 1,5%; - 1.5%;

CaO - 5%;CaO - 5%;

MgO - 1,5%.MgO - 1.5%.

На производственных предприятий активный раскислитель прошел испытания.At industrial enterprises, the active deoxidizer has been tested.

В частности, Предприятие 1 использовали активный раскислитель (далее по тексту - флюс ВКФ - 2) при приготовлении АК7ч без вакуумирования и применения модификаторов.In particular, Enterprise 1 used an active deoxidizer (hereinafter referred to as flux VKF - 2) in the preparation of AK7ch without evacuation and the use of modifiers.

Загрузку шихты производили в печь:The charge was loaded into the furnace:

A356,2 - 50 кгA356.2 - 50 kg

Отходы (крупные) - 104 кгWaste (large) - 104 kg

Общий вес - 154 кгTotal weight - 154 kg

Химический состав сплава АК7ч:The chemical composition of the alloy AK7ch:

Химический состав сплаваThe chemical composition of the alloy № плавкиheat number ВремяTime Основные компоненты в %The main components in % Примеси, не более в %Impurities, not more than in % ПримечаниеNote Al Al Mg mg Si Si FeFe MnMn Cu Cu ZnZn Ti Ti По ГОСТ 1583-93According to GOST 1583-93 “-“ “-“ “-“ “-“ ОсноваThe basis 0,2-0,40.2-0.4 6,0-8,06.0-8.0 1,01.0 0,50.5 0,20.2 0,3 0.3 0,150.15 фактическийactual 172Б 172B 13:25 13:25 ОсноваThe basis 0,270.27 7,067.06 0,160.16 0,020.02 0,080.08 0,030.03 0,12 0.12 Добавили 0,2 кг МГ95Added 0.2 kg mg95 повторrepeat 172Б 172B 13:45 13:45 ОсноваThe basis 0,380.38 6,946.94 0,160.16 0,02 0.02 0,110.11 0,040.04 0,120.12 повторrepeat 172Б 172B 15:05 15:05 ОсноваThe basis 0,34 0.34 6,94 6.94 0,22 0.22 0,02 0.02 0,09 0.09 0,03 0.03 0,11 0.11 Из ВРП после заливкиFrom GRP after pouring

Расплав приготовлен в наклонной печи. Загружено 154 кг шихты.The melt was prepared in an inclined furnace. Loaded 154 kg of charge.

Модифицирование и вакуумирование сплава не проводили.Modification and evacuation of the alloy was not carried out.

Время Time Описание Description Расход флюсаFlux consumption 8:20 8:20 На подину, перед завалкой насыпали флюс ВКФ-2 Flux VKF-2 was poured on the hearth before filling 8:25 8:25 Загрузили шихтуWe loaded the charge 11:26 11:26 Произвели дозагрузку шихты.Produced additional loading of the charge. 12:2912:29 Закончилось расплавление шихты, присыпали флюсом ВКФ-2.The melting of the mixture ended, sprinkled with flux VKF-2. 13:15 13:15 Присадили Мг95Planted Mg95 13:30 13:30 Повторно присадили Мг95, присыпали флюсом ВКФ-2Repeatedly put MG95, sprinkled with a flux VKF-2 13:5013:50 Перелили сплав в ВРП, насыпав флюс на дно стационарного тигля и при переливе, в выемной тигельThe alloy was poured into the VRP, pouring the flux on the bottom of the stationary crucible and, during overflow, into the removable crucible 0,05 кг на дно,
0,1 кг в выемной тигель0.05 kg per bottom,
0.1 kg in a removable crucible Вовремя между заливками, присыпали флюсом поверхность металла в ВРП.In time between fillings, the surface of the metal was powdered with flux in the VRP. ИТОГО TOTAL 0,7кг - 0,45% от веса шихты0.7kg - 0.45% of the batch weight

Заливка отливок и дефектыPouring castings and defects

№ отливкиcasting number Температура сплава °СAlloy temperature °С Рентгеновский контрольX-ray control ПримечанияNotes 162 162 710 710 ГоднаяGood 163 163 706 706 ГоднаяGood 164 164 700 700 ГоднаяGood

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.Tiles were poured for micro, macro analysis, samples for mechanical properties, studies were carried out. According to the certificates of the mechanical laboratory No. 107 dated 10.28.19 and No. 113 dated 01.11.19, as well as the certificate of the X-ray laboratory No. 96, no significant differences were found in the micro and macrostructure of the melting carried out using the VKF-2 flux from the melting carried out according to serial technology. Mechanical properties comply with the requirements of GOST 1583 - 93. All three castings are recognized as fit. The flux consumption during melting with the VKF-2 flux was 0.45% of the weight of the charge (in serial production, the consumption of the coating-refining flux is about 2%), while vacuuming and refining of the alloy was not performed.

Предприятием было принято решение внести активный раскислитель в технологические документы как допустимый вариант.The enterprise decided to include an active deoxidizer in the technological documents as an acceptable option.

На Предприятии 2 был испытан активный раскислитель (флюс ВКФ-2), исследовалось влияние шлакующего флюса ВКФ-2 на свойства сплава АЛ27.At Enterprise 2, an active deoxidizer (VKF-2 flux) was tested, and the effect of the VKF-2 slagging flux on the properties of the AL27 alloy was studied.

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.The used melting unit is an induction furnace "Inductotherm-0.4", the poured mold is made using XTS technology. During the study period, nine heats were carried out. Several types of coating-refining fluxes and degassing tablets have been tried. When using these materials, as a result, an alloy with a high porosity score of 4-5 points according to GOST 1583-93 was obtained. When using flux VKF-2, the alloy was obtained absolutely dense, below 1 point. On the cut of the casting, porosity is not visible.

При механической обработке изделия получались с гладкой зеркальной поверхностью, из-под резца выходила неломкая вьющаяся стружка, термообработка не проводилась.During machining, the products were obtained with a smooth mirror surface, an unbreakable curly chip came out from under the cutter, heat treatment was not carried out.

В ходе ведения плавки с использованием ВКФ-2 наблюдались следующие эффекты:In the course of melting with VKF-2, the following effects were observed:

- обволакивание поверхности расплава стойкой матовой пленкой;- enveloping the surface of the melt with a resistant matte film;

- «успокаивание» поверхности расплава при наведении магнитной индукции;- "calming" the melt surface when magnetic induction is applied;

- отсутствие газовых выделений во время ведения плавки;- absence of gas emissions during melting;

- выведение неметаллических включений на поверхность расплава в шлак.- removal of non-metallic inclusions on the surface of the melt into slag.

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%.After pouring the alloy, concentric shrinkage cavities were observed in the profits. The castings had a light matte surface without brown streaks. The average consumption of slag flux VKF-2 per metal filling amounted to 0.45%.

Claims (8)

Активный раскислитель-модификатор для алюминиевых сплавов и шлаков, содержащий порошок диоксида кремния, отличающийся тем, что представляет собой смесь следующих компонентов, мас.%:Active deoxidizer-modifier for aluminum alloys and slags, containing silicon dioxide powder, characterized in that it is a mixture of the following components, wt.%: NaCl – не менее 30;NaCl - not less than 30; KCl – не более 8;KCl - no more than 8; SiO₂ – не менее 35;SiO ₂ - not less than 35; Al₂O₃ – не более 5;Al ₂ O ₃ - no more than 5; Fe₂O₃ – не более 1,5;Fe ₂ O ₃ - no more than 1.5; CaO – не более 5;CaO - no more than 5; MgO – не более 1,5.MgO - no more than 1.5.