RU2025526C1

RU2025526C1 - Method to produce aluminium-silicon alloys and a device to implement it

Info

Publication number: RU2025526C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Хейфец; В.М. Иоффе; В.П. Еремин; С.И. Попов; А.М. Лысенко
Original assignee: Хейфец Владимир Семенович
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: aluminium-silicon alloys production. SUBSTANCE: production of aluminium-silicon alloys involves addition of molten silicon into aluminium melt followed by mixing the melt during 2 to 6 min. Melt mixing through the whole volume is carried out by turbulent flows of inert gas being fed in through all the height of the melt. Gas flow turbulence is performed at the expense of periodic pressure change within 0.2 to 0.6 atm. The device includes ladle lined with fire-resistant bricks, and installed on a trolley. A dispergator and a reflector is installed inside the ladle. There is an axial passage made along the dispergator. Through radial passages are arranged along the passage height. Upper part of the dispergator is connected to gas reservoir. Gas pressure at dispergator output is regulated by a regulator. The dispergator is installed in the ladle using an aid to move it in vertical direction. The aid is joined to the dispergator to enable its revolution. EFFECT: increased mechanical properties of the alloys at the expense of increased homogeneity of alloys compositions. 8 cl, 5 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминиево-кремниевых сплавов. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, namely the production of aluminum-silicon alloys.

Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, по которому сплавы готовятся в две стадии. На первой стадии готовится алюминиево-кремниевая лигатура на основе алюминия и кристаллического кремния, для чего в расплавленный алюминий небольшими порциями вводится кристаллический кремний. После этого расплав нагревают на 50-100^оС выше температуры его плавления и разливают в изложницы. На второй стадии в расплавленный алюминий вводится алюминиево-кремниевая лигатура и необходимые добавки.A known method of producing aluminum-silicon alloys, in which the alloys are prepared in two stages. At the first stage, an aluminum-silicon alloy based on aluminum and crystalline silicon is prepared, for which crystalline silicon is introduced into molten aluminum in small portions. After that, the melt is heated to 50-100 ^about C above its melting point and poured into molds. In the second stage, an aluminum-silicon alloy and the necessary additives are introduced into the molten aluminum.

Существенным недостатком известного способа является то, что при производстве высококремнистых сплавов с содержанием кремния 20% и более получаемые сплавы обладают низкой однородностью состава, что существенно снижает их механические свойства. A significant disadvantage of this method is that in the production of high-silicon alloys with a silicon content of 20% or more, the resulting alloys have a low uniformity of composition, which significantly reduces their mechanical properties.

Известен способ получения высококремнистой лигатуры, по которому в ковш с алюминием заливается жидкий кремний в объеме 20-25% от объема залитого алюминия, и после непродолжительного отстаивания полученный расплав подается на разливку. A known method of producing high-silicon alloys, in which liquid silicon is poured into a ladle with aluminum in the amount of 20-25% of the volume of the cast aluminum, and after a short settling, the obtained melt is fed to the casting.

Существенным недостатком прототипа является то, что получаемые по этому способу сплавы из-за высокого содержания в них кремния обладают относительно низкой однородностью структуры, что значительно снижает их механические свойства, а следовательно, и возможность их применения в машиностроении. A significant disadvantage of the prototype is that the alloys obtained by this method, due to the high silicon content in them, have a relatively low homogeneity of the structure, which significantly reduces their mechanical properties, and therefore the possibility of their use in mechanical engineering.

Известно устройство для производства алюминиево-кремниевых сплавов, например передвижной миксер. A device for the production of aluminum-silicon alloys, for example a mobile mixer.

Существенным недостатком этого устройства для производства высококремнистых сплавов является то, что оно не обеспечивает однородности получаемых сплавов при транспортировке и разливке сплава в изложницы. A significant disadvantage of this device for the production of high-silicon alloys is that it does not provide uniformity of the obtained alloys during transportation and casting of the alloy into the molds.

Известно устройство для производства высококремнистых сплавов, выполненное в виде ковша, футерованного огнеупорным кирпичом. A device for the production of high-silicon alloys, made in the form of a bucket lined with refractory bricks.

Существенным недостатком этого устройства является то, что в процессе получения высококремнистых сплавов последние обладают относительно высокой химической неоднородностью, что отрицательно сказывается на механических свойствах получаемых сплавов. A significant disadvantage of this device is that in the process of obtaining high-silicon alloys, the latter have a relatively high chemical heterogeneity, which negatively affects the mechanical properties of the resulting alloys.

Разработанные способ и устройство для получения высококремнистых сплавов позволяют значительно повысить их однородность и расширить возможность применения этих сплавов в машиностроении и других отраслях. The developed method and device for producing high-silicon alloys can significantly increase their uniformity and expand the possibility of using these alloys in mechanical engineering and other industries.

Сущность разработанного способа заключается в том, что в расплавленный алюминий заливают жидкий кремний. Дополнительно к известному способу производят перемешивание алюминиево-кремниевого расплава в течение 2-6 мин. Перемешивание расплава осуществляют по всему его объему турбулентными потоками инертного газа. При этом турбулизацию инертного газа осуществляют периодическим изменением давления, подаваемого в объем расплава инертного газа, в диапазоне от 0,2 до 0,6 атм. The essence of the developed method is that liquid silicon is poured into molten aluminum. In addition to the known method, the aluminum-silicon melt is mixed for 2-6 minutes. Mixing of the melt is carried out throughout its volume by turbulent flows of inert gas. In this case, inert gas turbulization is carried out by periodically changing the pressure supplied to the volume of the inert gas melt in the range from 0.2 to 0.6 atm.

Сущность разработанного устройства заключается в том, что для получения высококремнистого расплава применяют ковш, футерованный огнеупорным кирпичом и установленный на тележке. Дополнительно к известному разработанное устройство содержит емкость для газа, диспергатор с термоизоляционным отражателем и приспособление для вертикального перемещения диспергатора внутри ковша. Диспергатор изготовлен в виде вертикально установленного стержня из термостойкого инертного материала, например из графитированного материала. По всей высоте диспергатора выполнен как минимум один осевой канал, заглушенный с нижнего торца и соединенный в верхней своей части с емкостью для газа. По высоте диспергатора на разных уровнях расположены сквозные радиальные каналы, оси которых тангенциально направлены к осевому каналу. Диспергатор в верхней своей части жестко закреплен в термоизоляционном отражателе и установлен с возможностью вертикального перемещения относительно ковша с помощью приспособления для его вертикального перемещения (например, крана, тельфера и т.д.). The essence of the developed device is that to obtain a high-silicon melt, a ladle is used, lined with refractory bricks and mounted on a trolley. In addition to the known device, it comprises a gas container, a dispersant with a heat-insulating reflector and a device for vertical movement of the dispersant inside the bucket. The dispersant is made in the form of a vertically mounted rod of a heat-resistant inert material, for example, graphite material. At least one axial channel is made along the entire height of the dispersant, which is muffled from the lower end and connected in its upper part to a gas container. Through the height of the dispersant, through radial channels are located at different levels, the axes of which are tangentially directed to the axial channel. The dispersant in its upper part is rigidly fixed in the heat-insulating reflector and installed with the possibility of vertical movement relative to the bucket using devices for its vertical movement (for example, crane, hoist, etc.).

Разработанный способ осуществляется следующим образом. В футерованный огнеупорным кирпичом ковш с помощью вакуум-ковша заливается жидкий алюминий. Затем ковш с алюминием устанавливается на тележку и заливается расплавленным кремнием в объеме 20-25% объема залитого алюминия. Температура залитого кремния до 1750^оС, время заливки 5-30 мин. После заливки необходимого количества кремния ковш выкатывается в остывочный пролет. Температура расплава в ковше после заливки кремния 950-1100^оС. Уровень жидкого расплава в ковше не должен превышать 200 мм от его верхней кромки. Краном стропится диспергатор (фиг.1), через который начинают подавать инертный газ, например азот, под давлением 0,2 атм. Диспергатор с помощью крана опускается в ковш с высококремнистым расплавом. После этого начинают периодически менять давление газа, подаваемого в диспергатор, от 0,2 до 0,6 атм. Выделяемый из диспергатора в расплав азот создает турбулентные потоки, которые обеспечивают вращение диспергатора и перемешивание расплава по всему его объему. Такое перемешивание расплава ведут в течение от 2 до 6 мин. Затем уменьшают давление газа в диспергаторе до 0,2 атм и извлекают его из ковша. После перемешивания расплава металлической шумовкой с его поверхности снимается шлак и ковш транспортируется на разливку.The developed method is as follows. Liquid aluminum is poured into a ladle lined with refractory brick using a vacuum ladle. Then the aluminum bucket is mounted on the trolley and filled with molten silicon in the amount of 20-25% of the volume of the cast aluminum. The temperature of the cast silicon to 1750 ^{° C,} pouring time of 5-30 minutes. After pouring the required amount of silicon, the bucket is rolled out into the cooling span. The temperature of the melt in the ladle after pouring silicon 950-1100 ^about C. The level of liquid melt in the ladle should not exceed 200 mm from its upper edge. The dispenser is slinged with a crane (FIG. 1), through which an inert gas, for example nitrogen, is supplied at a pressure of 0.2 atm. Dispersant with a crane is lowered into a bucket with high-silicon melt. After that, they begin to periodically change the pressure of the gas supplied to the dispersant, from 0.2 to 0.6 atm. Nitrogen emitted from the dispersant into the melt creates turbulent flows that allow the dispersant to rotate and melt to be mixed throughout its volume. Such melt mixing is carried out for 2 to 6 minutes. Then the gas pressure in the dispersant is reduced to 0.2 atm and removed from the bucket. After mixing the melt with a metal slotted spoon, slag is removed from its surface and the ladle is transported for casting.

В табл.1 приведены данные по содержанию примесей при разливке алюминиево-кремниевого сплава с содержанием кремния выше 20% (сплав разливался по способу, представленному в прототипе, в изложницы с емкостью 600-700 кг из ковша с емкостью 2400-2800 кг). Как следует из приведенных данных, слитки высококремнистых сплавов характеризуются высоким содержанием примесей. Table 1 shows the data on the content of impurities during casting of an aluminum-silicon alloy with a silicon content above 20% (the alloy was cast according to the method presented in the prototype into molds with a capacity of 600-700 kg from a ladle with a capacity of 2400-2800 kg). As follows from the data presented, ingots of high-silicon alloys are characterized by a high content of impurities.

В табл.2 приведены показания состава слитков полученных сплавов по разработанному способу при различных значениях давления инертного газа, подаваемого в ковш через диспергатор, а также при изменении времени перемешивания расплава. Table 2 shows the composition of the ingots of the obtained alloys according to the developed method at various inert gas pressures supplied to the ladle through the dispersant, as well as when the melt mixing time changes.

Таким образом, как показали выполненные исследования, при перемешивании расплава с высоким содержанием кремния были получены однородные по составу слитки. При этом наилучшие результаты были получены при периодическом изменении давления азота, подаваемого в диспергатор, в диапазоне от 0,2 до 0,6 атм., а время перемешивания при этом составило от 2 до 6 мин. Thus, as shown by the studies, when mixing the melt with a high silicon content, ingots of uniform composition were obtained. The best results were obtained with a periodic change in the pressure of nitrogen supplied to the dispersant in the range from 0.2 to 0.6 atm., And the mixing time in this case was from 2 to 6 minutes.

Разработанный способ реализуется в устройстве, представленном на фиг. 1-5. На фиг. 1-2 представлен общий вид устройства и сечение А-А диспергатора; на фиг.3-5 - общий вид диспергатора при подаче инертного газа из двух емкостей для газа, а также сечения Б-Б и В-В. The developed method is implemented in the device shown in FIG. 1-5. In FIG. 1-2 shows a General view of the device and a section aa dispersant; Fig.3-5 is a General view of the dispersant when applying an inert gas from two containers for gas, as well as sections BB and BB.

Разработанное устройство (фиг.1) включает ковш 1, футерованный огнеупорным кирпичом 2, установленный на тележке 3, внутри ковша расположен диспергатор 4 с жестко закрепленным в верхней части термоизоляционным отражателем 5, вдоль диспергатора 4 выполнен осевой канал 6, по высоте которого расположены сквозные радиальные каналы 7, диспергатор 4 в верхней части соединен с емкостью 8 для газа, давление газа регулируется регулятором 9, а диспергатор 4 установлен внутри ковша 1 с помощью приспособления для его вертикального перемещения 10. The developed device (Fig. 1) includes a bucket 1 lined with refractory brick 2 mounted on a trolley 3, a dispersant 4 is located inside the bucket with a heat-insulating reflector 5 rigidly fixed in the upper part, an axial channel 6 is made along the dispersant 4, the height of which is provided through radial channels 7, the dispersant 4 in the upper part is connected to the gas tank 8, the gas pressure is regulated by the regulator 9, and the dispersant 4 is installed inside the bucket 1 using the device for its vertical movement 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом. После заливки расплавленного кремния в расплав алюминия диспергатор 4 крепится к приспособлению 10 для его вертикального перемещения. Через регулятор 9 устанавливается начальное значение давления газа (0,2 атм), подаваемого из емкости 8. Диспергатор 4 опускается внутрь ковша 1, после чего начинают периодически изменять с помощью регулятора 9 давление газа, подаваемого в диспергатор 4. Инертный газ через осевой канал 6 поступает в сквозные радиальные каналы 7 и выделяется по всей высоте диспергатора 4 в объем расплава. За счет периодического изменения давления газа, подаваемого в радиальные сквозные каналы 7, в расплаве создаются турбулентные потоки. При этом, так как диспергатор 4 соединен с приспособлением 10 с возможностью вращательного движения, диспергатор 4 начинает вращаться. За счет этого достигается дополнительное перемешивание расплава. По истечению времени перемешивания давление газа, подаваемого из емкости 8, снижается до 0,2 атм и диспергатор 4 с помощью приспособления 10 удаляется из ковша 1. The operation of the device is as follows. After pouring the molten silicon into the aluminum melt, the dispersant 4 is attached to the device 10 for its vertical movement. Through the regulator 9, the initial value of the gas pressure (0.2 atm) supplied from the tank 8 is set. The dispersant 4 is lowered into the bucket 1, after which the pressure of the gas supplied to the dispersant 4 is started to be changed using the regulator 9. The inert gas through the axial channel 6 enters through radial channels 7 and is allocated along the entire height of the dispersant 4 in the volume of the melt. Due to the periodic change in the pressure of the gas supplied to the radial through channels 7, turbulent flows are created in the melt. In this case, since the dispersant 4 is connected to the device 10 with the possibility of rotational movement, the dispersant 4 begins to rotate. Due to this, additional mixing of the melt is achieved. After the mixing time has elapsed, the pressure of the gas supplied from the tank 8 is reduced to 0.2 atm and the dispersant 4 is removed from the bucket 1 using the device 10.

Турбулизация газовых потоков и дополнительное вращение диспергатора 4 внутри расплава обеспечивает, как показали выполненные исследования, высокую однородность слитков с содержанием кремния от 20% и выше. The turbulization of gas flows and the additional rotation of dispersant 4 inside the melt ensures, as shown by the studies, a high uniformity of ingots with a silicon content of 20% and higher.

В случае, если возникает необходимость произвести перемешивание расплава с различной интенсивностью по высоте расплава, разработано устройство, представленное на фиг.3-5. Особенностью устройства является наличие второй емкости 8 для газа, а также исполнение осевого канала 6 в диспергаторе 4. Осевой канал 6 в данном случае выполняется как коаксиальные каналы, причем каждый из коаксиальных каналов 6 соединен со сквозными радиальными каналами 7, расположенными на разных уровнях по высоте диспергатора 4. If it becomes necessary to mix the melt with different intensities along the height of the melt, the device developed in FIGS. 3-5. A feature of the device is the presence of a second tank 8 for gas, as well as the execution of the axial channel 6 in the dispersant 4. The axial channel 6 in this case is implemented as coaxial channels, each of the coaxial channels 6 being connected to through radial channels 7 located at different levels in height dispersant 4.

Работа этого устройства осуществляется следующим образом. В зависимости от необходимости изменения интенсивности перемешивания расплава по его высоте, регулируют давление (расход) инертного газа, подаваемого из одной или другой емкости 8. В этом случае турбулизация расплава (интенсивность его перемешивания) на определенной глубине ковша 1 будет зависеть от того, через какие сквозные радиальные каналы 7 под каким давлением будет подаваться газ от емкостей 8. Наличие разработанного устройства позволяет расширить возможности по перемешиванию расплава, что особенно необходимо в случае получения большого количества расплава в ковшах большой емкости. The operation of this device is as follows. Depending on the need to change the intensity of mixing the melt along its height, regulate the pressure (flow rate) of the inert gas supplied from one or the other tank 8. In this case, the turbulization of the melt (the intensity of its mixing) at a certain depth of the bucket 1 will depend on which through radial channels 7 under what pressure gas will be supplied from the tanks 8. The presence of the developed device allows expanding the possibilities for mixing the melt, which is especially necessary in the case of obtaining more the largest amount of melt in high-capacity buckets.

Разработанный способ и устройство реализованы предприятием "Кристалл" в электротермическом цехе Иркутского алюминиевого завода. Выпуск высококремнистых сплавов производится на основании Технических условий "Высококремнистая лигатура на основе первичного алюминия" ТУ 48-0106-101-92, ИркАЗ, 1992. The developed method and device are implemented by the Crystal company in the electrothermal workshop of the Irkutsk aluminum plant. The production of high-silicon alloys is carried out on the basis of the Technical Conditions "High-silicon alloys based on primary aluminum" TU 48-0106-101-92, IrkAZ, 1992.

Таким образом, как показали проведенные исследования, разработанный способ и реализующее его устройство позволяют исключить ликвацию при получении алюминиево-кремниевых сплавов с высоким содержанием кремния, а также повысить технико-экономические показатели процесса. Thus, as the studies showed, the developed method and the device implementing it allow eliminating segregation upon receipt of aluminum-silicon alloys with a high silicon content, as well as improving the technical and economic parameters of the process.

Claims

1. A method of producing aluminum-silicon alloys, including melting aluminum, introducing silicon into the melt, adjusting the melt and casting it into the molds, characterized in that, in order to increase high-silicon alloys with a silicon content of at least 20%, the aluminum-silicon melt is mixed for 2-6 minutes throughout the volume by turbulent inert gas flows, and the inert gas flows are turbulized by periodically changing its pressure from 0.2 to 0.6 atm.

2. The method according to claim 1, characterized in that nitrogen is used as an inert gas.

3. The method according to claim 1, characterized in that the inert gas pressure is changed inversely with the height of its supply to the melt.

4. A device for producing aluminum-silicon alloys containing a bucket lined with refractory material mounted on a transport device, characterized in that it contains a gas tank, a dispersant with a heat-insulating reflector and a device for vertical movement of the dispersant, while the dispersant is rigidly fixed in a thermal insulating reflector in the form of a vertically mounted rod of heat-resistant inert material, at least one axial along the entire height of which anal, muffled from the lower end and connected at its upper part to a gas container, and along the height of the dispersant there are through radial channels, the axes of which are tangentially directed to the axial channel, and the dispersant is mounted with the possibility of its vertical movement relative to the bucket and is coupled with a device for it vertical movement.

5. The device according to p. 4, characterized in that the dispersant is made of graphite material.

6. The device according to claim 4, characterized in that the device for the vertical movement of the dispersant is articulated with the upper part of the dispersant with the possibility of providing its rotational movement.

7. The device according to claim 4, characterized in that the through radial channels located at the same level along the height of the dispersant have the same diameter, and the through radial channels located along the height of the dispersant at different levels have different diameters, the magnitude of which is inversely proportional to the height dispersant from its lower end.

8. The device according to claim 4, characterized in that it contains additional containers for gas, while several coaxial channels are made along the entire height of the dispersant, and radial through channels located at different levels along the height of the dispersant are connected to different coaxial channels, each of the coaxial channels is connected to an additional gas tank.