RU2393259C1 - Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys - Google Patents
Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393259C1 RU2393259C1 RU2009105303/02A RU2009105303A RU2393259C1 RU 2393259 C1 RU2393259 C1 RU 2393259C1 RU 2009105303/02 A RU2009105303/02 A RU 2009105303/02A RU 2009105303 A RU2009105303 A RU 2009105303A RU 2393259 C1 RU2393259 C1 RU 2393259C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flux
- silicon
- mixture
- temperature
- halide
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 131
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 98
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 33
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 30
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 24
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 24
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 5
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 5
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SXSVTGQIXJXKJR-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Ti] Chemical compound [Mg].[Ti] SXSVTGQIXJXKJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011876 fused mixture Substances 0.000 description 1
- -1 halide halide Chemical class 0.000 description 1
- GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-N hydrochloride hydrofluoride Chemical compound F.Cl GPGMRSSBVJNWRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к производству кремнийсодержащих сплавов, например алюминиево-кремниевых, с использованием кристаллического кремния.The present invention relates to the production of silicon-containing alloys, for example aluminum-silicon, using crystalline silicon.
Для приготовления алюминиево-кремниевых сплавов используют кристаллический кремний фракций 5-50 мм, получаемый после дробления и рассева кристаллического кремния, произведенного электротермическим способом. Фракции менее 5 мм, составляющие 4-7% от объема выпускаемого кристаллического кремния, образуют «отходы» и, как правило, в литейном производстве не используются, так как при существующей технологии приготовления сплавов в значительной степени (до 85%) переходят в шлак. Значительны потери кремния в шлак и при использовании фракций 5-50 мм - до 5-10%.For the preparation of aluminum-silicon alloys, crystalline silicon of fractions of 5-50 mm is used, obtained after crushing and sieving of crystalline silicon produced by the electrothermal method. Fractions of less than 5 mm, comprising 4-7% of the volume of crystalline silicon produced, form “waste” and, as a rule, are not used in foundry, since with the existing technology for the preparation of alloys to a large extent (up to 85%) go to slag. Significant losses of silicon in the slag and when using fractions of 5-50 mm - up to 5-10%.
Одним из известных способов повышения извлечения кремния в сплав и снижения его потерь является использование флюса в процессе приготовления сплава, причем предпочтительна одновременная подача кремния и флюса в расплав. Для повышения эффективности процесса производят предварительную компоновку компонентов.One of the known methods for increasing the extraction of silicon into the alloy and reducing its losses is the use of flux in the process of preparing the alloy, and the simultaneous supply of silicon and flux to the melt is preferable. To increase the efficiency of the process, preliminary components are assembled.
Известен способ производства алюминиево-кремниевых сплавов (патент РФ №2153022, С22С 1/02, 2000 г., [1]), включающий введение в расплавленный алюминий мелкой фракции кремния, предварительно сплавленного с флюсом, в котором в качестве флюса используют плав хлоридов металлов на основе CuCl2 при массовом соотношении флюса и кремния (5-6):1, при этом сплавленную массу вводят в расплав при его температуре 1,03-1,06 от температуры плавления флюса.A known method for the production of aluminum-silicon alloys (RF patent No. 2153022, C22C 1/02, 2000, [1]), comprising introducing into the molten aluminum a fine fraction of silicon, pre-alloyed with a flux, in which a metal chloride melt is used as a flux based on CuCl 2 with a mass ratio of flux and silicon (5-6): 1, while the fused mass is introduced into the melt at its temperature of 1.03-1.06 of the melting temperature of the flux.
Основной недостаток известного решения - ограниченные технологические возможности применения данной технологии: только для алюминиево-кремниевых сплавов, требующих дошихтовки по меди. Кроме того, весьма незначительно количество кристаллического кремния, которое возможно переработать по данной технологии, что снижает технико-экономическую эффективность использования данного решения. Также известное техническое решение характеризуется повышенным расходом флюса (массовое соотношение флюса и кремния (5-6):1) и образованием шлака.The main disadvantage of the known solution is the limited technological possibilities of applying this technology: only for aluminum-silicon alloys requiring a copper finish. In addition, the amount of crystalline silicon that can be processed using this technology is very insignificant, which reduces the technical and economic efficiency of using this solution. Also, the known technical solution is characterized by an increased consumption of flux (mass ratio of flux and silicon (5-6): 1) and the formation of slag.
Еще одним недостатком технического решения являются ограничения по температуре плавления используемых флюсов: «сплавленную массу вводят в расплав при температуре, составляющей 1,03-1,06 от температуры плавления флюса».Another disadvantage of the technical solution is the limitation on the melting temperature of the fluxes used: "the fused mass is introduced into the melt at a temperature of 1.03-1.06 of the melting temperature of the flux."
Известна легирующая добавка для производства сплавов цветных металлов и способ ее получения, включающий смешивание частиц одного или нескольких легирующих элементов с частицами одного или нескольких флюсов, нагревание смеси до температуры, при которой флюс становится жидким, охлаждение полученного материала в формах. При этом частицы легирующего элемента (элементов) остаются при нагреве твердыми, и каждая частица окружена расплавом флюса, а после охлаждения смеси твердым флюсом (патент Великобритании №1515313, С22С 1/03, 1978 г., [2]).Known alloying additive for the production of non-ferrous metal alloys and a method for its preparation, comprising mixing particles of one or more alloying elements with particles of one or more fluxes, heating the mixture to a temperature at which the flux becomes liquid, cooling the resulting material in molds. In this case, the particles of the alloying element (s) remain solid during heating, and each particle is surrounded by a flux melt, and after cooling the mixture with a solid flux (UK patent No. 1515313, C22C 1/03, 1978, [2]).
Используются частицы легирующего элемента крупностью от дюйма (2,54 см) до 200 меш (76 мкм), предпочтительно не более 1/4 дюйма (6,35 см). В качестве легирующего элемента могут быть выбраны марганец, железо, хром, никель, титан, бор, медь, кремний, свинец, висмут, кадмий, цирконий.Particles of size used alloying element of an inch (2.54 cm) to 200 mesh (76 microns), preferably no more than 1/4 inch (6.35 cm). As an alloying element, manganese, iron, chromium, nickel, titanium, boron, copper, silicon, lead, bismuth, cadmium, zirconium can be selected.
В качестве флюса могут быть использованы хлориды и фториды калия, натрия, магния, марганца или их смесей.Chlorides and fluorides of potassium, sodium, magnesium, manganese or mixtures thereof can be used as fluxes.
Данное решение по технической сущности, наличию сходных признаков выбрано в качестве ближайшего аналога.This decision on the technical nature, the presence of similar features is selected as the closest analogue.
Недостаток известного решения - значительные энергетические затраты на получение легирующей добавки, так как необходимо расплавить флюс и выдержать некоторое время материал при этой температуре для того, чтобы окружить каждую частицу флюсом. В случае использовании мелкодисперсных частиц легирующих элементов возникает также необходимость тщательного перемешивания расплава для получения необходимого результата. Кроме того, при плавлении флюса и выдержки его в жидком состоянии имеют место потери фторидов и хлоридов с газами за счет испарения и пирогидролиза галогенидов, входящих в состав флюса.A disadvantage of the known solution is the significant energy costs for obtaining a dopant, since it is necessary to melt the flux and maintain the material at this temperature for some time in order to surround each particle with a flux. In the case of using finely dispersed particles of alloying elements, there is also the need for thorough mixing of the melt to obtain the desired result. In addition, when melting a flux and holding it in a liquid state, there are losses of fluorides and chlorides with gases due to the evaporation and pyrohydrolysis of the halides that make up the flux.
На поверхности расплава образуется значительное количество шлака, трудно отделяемого от металлической фазы, что приводит к потере алюминия и легирующего элемента, невысокие значения степени усвоения легирующих частиц.A significant amount of slag is formed on the surface of the melt, which is difficult to separate from the metal phase, which leads to a loss of aluminum and an alloying element, and low values of the degree of assimilation of alloying particles.
Задачами предлагаемого технического решения являются:The objectives of the proposed technical solutions are:
- снижение энергетических затрат на получение кремнийсодержащего компонента;- reduction of energy costs for obtaining a silicon-containing component;
- повышение технико-экономических показателей литейного передела и качества алюминиево-кремниевых сплавов, получаемых с использованием кремнийсодержащего компонента по предлагаемому решению.- improving the technical and economic indicators of the foundry process and the quality of aluminum-silicon alloys obtained using a silicon-containing component according to the proposed solution.
Техническими результатами являются - снижение потерь алюминия и кремния, сокращение потерь флюса за счет испарения и пирогидролиза, сокращение энергетических затрат и времени приготовления сплава, повышение извлечения кремния и получение мелкодисперсной однородной структуры литейной продукции.The technical results are - reduction of aluminum and silicon losses, reduction of flux losses due to evaporation and pyrohydrolysis, reduction of energy costs and time of alloy preparation, increase of silicon extraction and obtaining finely dispersed homogeneous structure of foundry products.
Технические результаты достигаются тем, что в способе получения кремнийсодержащего компонента для приготовления кремнийсодержащих сплавов, включающем смешивание дробленного кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом, нагрев полученной смеси с получением реагента в виде частиц кремния, соединенных расплавленным флюсом, и охлаждение его до затвердевания, нагрев смеси проводят со скоростью 30-70°С/мин до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса.Technical results are achieved in that in a method for producing a silicon-containing component for the preparation of silicon-containing alloys, comprising mixing crushed crystalline silicon with a halide-containing flux, heating the resulting mixture to obtain a reagent in the form of silicon particles connected by a molten flux, and cooling it to solidify, heating the mixture is carried out with at a rate of 30-70 ° C / min to a temperature not lower than the temperature of the change in the state of aggregation of the flux.
Причем в качестве галогенидсодержащего флюса может быть использован однокомпонентный флюс, многокомпонентный флюс, комплексный галогенид легирующего сплав элемента в составе многокомпонентного флюса.Moreover, as a halide-containing flux, a single-component flux, a multi-component flux, a complex halide of an alloying alloy element in a multi-component flux can be used.
Кроме того, смесь кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом может быть нагрета до температуры не менее 1,03 температуры плавления флюса или до температуры не менее 1,05 температуры начала плавления многокомпонентного флюса.In addition, a mixture of crystalline silicon with a halide-containing flux can be heated to a temperature of at least 1.03 of the melting point of the flux or to a temperature of at least 1.05 of the temperature at which the melting of the multicomponent flux begins.
Галогенидсодержащий флюс может быть смешан с дробленным кристаллическим кремнием с размером фракций менее 10 мм.The halide-containing flux can be mixed with crushed crystalline silicon with a fraction size of less than 10 mm.
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Традиционная технология приготовления алюминиево-кремниевых сплавов с использованием в качестве кремнийсодержащего компонента кристаллического кремния включает загрузку в металлургическую емкость необходимого количества твердого кускового технического кремния, прогрев загруженного материала, заливку жидкого алюминия и перемешивание расплава до растворения кремния и получения однородного сплава. Данная технология требует значительных энергетических затрат на прогрев кремния и на растворение кремния в алюминии. Кроме того, фракции кристаллического кремния менее 5 мм при такой технологии практически не растворяются и переходят в шлак.The technical essence of the proposed solution is as follows. The traditional technology for the preparation of aluminum-silicon alloys using crystalline silicon as a silicon-containing component includes loading the required amount of solid lump technical silicon into a metallurgical vessel, heating the loaded material, pouring liquid aluminum and mixing the melt until the silicon is dissolved and a homogeneous alloy is obtained. This technology requires significant energy costs for heating silicon and dissolving silicon in aluminum. In addition, fractions of crystalline silicon less than 5 mm with this technology practically do not dissolve and go into slag.
Известные способы переработки фракций кристаллического кремния меньше 5 мм в производстве алюминиево-кремниевых сплавов с использованием флюсов повышают растворимость мелочи кремния, но не решают задачи полностью, приводят к непроизводительному расходу флюса и к выделению в окружающее пространство вредных газообразных соединений.Known methods for processing crystalline silicon fractions of less than 5 mm in the production of aluminum-silicon alloys using fluxes increase the solubility of silicon fines, but do not solve the problem completely, lead to unproductive flux consumption and to the release of harmful gaseous compounds into the surrounding space.
В предлагаемой технологии вышеуказанные проблемы решаются тем, что кристаллический кремний и флюс одновременно подаются в расплав металла. Это достигается за счет предварительной компоновки смеси дробленного кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом.In the proposed technology, the above problems are solved by the fact that crystalline silicon and flux are simultaneously fed into the molten metal. This is achieved by pre-arranging a mixture of crushed crystalline silicon with a halide-containing flux.
Процесс предварительной компоновки компонентов заключается в следующем: дробленный кристаллический кремний смешивают с галогенидсодержащим флюсом, нагревают смесь со скоростью 30-70°С/мин до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса, а затем охлаждают полученный реагент до затвердевания. Задачей данной технологической операции является получение скомпонованного материала, физико-механические свойства которого позволяют его транспортировать и осуществлять его загрузку в расплав. Данная задача решается тем, что смесь компонентов нагревают до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса, т.е. плавления (подплавления) флюса в локальных областях, локальных плавлений легкоплавких эвтектик флюса, полного расплавления всего объема флюса. Необходимым и достаточным условием является обеспечение связи между частицами дробленого кремния посредством флюса, изменившего агрегатное состояние (полностью или частично).The process of preliminary arrangement of the components is as follows: crushed crystalline silicon is mixed with a halide-containing flux, the mixture is heated at a rate of 30-70 ° C / min to a temperature not lower than the temperature of the aggregate state of the flux, and then the resulting reagent is cooled until it solidifies. The objective of this technological operation is to obtain a packaged material, the physical and mechanical properties of which allow it to be transported and loaded into the melt. This problem is solved in that the mixture of components is heated to a temperature not lower than the temperature of the change in the aggregate state of the flux, i.e. melting (submelting) of flux in local areas, local melting of fusible eutectics of flux, complete melting of the entire volume of flux. A necessary and sufficient condition is to ensure bonding between crushed silicon particles by means of a flux that changes the state of aggregation (in whole or in part).
При промышленной реализации способа приготовления легирующей присадки нагревом в печи сопротивления наиболее рациональным является внесение механической смеси (кремний + флюс) в горячую печь сопротивления. При этом смесь (кремний + флюс) нагревается сначала с высокой скоростью, затем скорость нагрева снижается по мере того, как температура смеси приближается к температуре атмосферы в печи сопротивления.In the industrial implementation of the method of preparing a dopant by heating in a resistance furnace, the most rational is the introduction of a mechanical mixture (silicon + flux) in a hot resistance furnace. In this case, the mixture (silicon + flux) is heated first at a high speed, then the heating rate decreases as the temperature of the mixture approaches the temperature of the atmosphere in the resistance furnace.
Кроме того, при нагреве смеси (кремний + флюс) внесением ее в горячую печь сопротивления в ней возникает температурный градиент, направленный от периферии смеси к центру. Величина градиента температуры в смеси зависит от теплопроводности материала смеси, ее веса, геометрических размеров смеси и от разности температуры смеси и атмосферы в печи сопротивления.In addition, when the mixture is heated (silicon + flux) by introducing it into a hot resistance furnace, a temperature gradient arises in it, directed from the periphery of the mixture to the center. The magnitude of the temperature gradient in the mixture depends on the thermal conductivity of the material of the mixture, its weight, the geometric dimensions of the mixture and the difference in temperature of the mixture and the atmosphere in the resistance furnace.
Экспериментальным путем установлено, что существует некоторый оптимальный диапазон скоростей нагрева смеси (кремний + флюс), при котором минимизируются потери флюса за счет испарения и пирогидролиза, энергетические затраты на процесс, а также продолжительность приготовления кремнийсодержащего компонента.It was established experimentally that there is a certain optimal range of mixture heating rates (silicon + flux), in which flux losses due to evaporation and pyrohydrolysis, energy costs of the process, and the duration of preparation of the silicon-containing component are minimized.
Для обеспечения вышеуказанных условий производят нагревание смеси (кремний + флюс) со скоростью 30-70°С/мин. Выбранные скорости нагрева смеси обеспечивают подплавление флюса и соединение частиц кремния при минимальных потерях флюса за счет испарения и пирогидролиза, а также низких энергетических затратах на процесс.To ensure the above conditions, the mixture is heated (silicon + flux) at a rate of 30-70 ° C / min. The selected heating rates of the mixture ensure flux melting and bonding of silicon particles with minimal flux losses due to evaporation and pyrohydrolysis, as well as low energy costs for the process.
При скорости нагрева смеси менее 30°С/мин увеличивается время пребывания флюса в области высоких температур, что приводит к дополнительным потерям фторидов и хлоридов за счет пирогидролиза и испарения, а также увеличивается общая продолжительность процесса приготовления кремнийсодержащего компонента.When the heating rate of the mixture is less than 30 ° C / min, the flux residence time at high temperatures increases, which leads to additional losses of fluorides and chlorides due to pyrohydrolysis and evaporation, and the overall duration of the preparation of the silicon-containing component also increases.
При скорости нагрева смеси более 70°С/мин увеличиваются энергетические затраты на процесс приготовления кремнийсодержащего компонента, поскольку для обеспечения указанных скоростей нагрева необходимо либо поддерживать более высокую температуру в печи сопротивления, либо готовить кремнийсодержащий компонент небольшими порциями, что неизбежно увеличит продолжительность процесса и, как следствие, приведет к дополнительному удельному расходу энергии. В последнем случае также увеличивается продолжительность приготовления кремнийсодержащего реагента.When the heating rate of the mixture is more than 70 ° C / min, the energy costs for the process of preparing the silicon-containing component increase, since to ensure the indicated heating rates it is necessary either to maintain a higher temperature in the resistance furnace or to prepare the silicon-containing component in small portions, which will inevitably increase the duration of the process and, as consequence, will lead to additional specific energy consumption. In the latter case, the duration of preparation of the silicon-containing reagent also increases.
Обеспечение заявляемых пределов по скорости нагрева смеси возможно за счет следующих факторов:Providing the claimed limits on the heating rate of the mixture is possible due to the following factors:
1. Регулировка температуры в печи сопротивления. Повышение температуры в печи увеличивает скорость нагрева смеси и наоборот.1. Temperature control in a resistance furnace. An increase in temperature in the furnace increases the heating rate of the mixture and vice versa.
2. Изменение веса смеси (кремний + флюс). Уменьшение навески смеси при прочих равных условиях увеличивает скорость ее нагрева.2. Change in weight of the mixture (silicon + flux). Reducing the weight of the mixture, ceteris paribus, increases its heating rate.
3. Варьирование составом смеси (кремний + флюс). Изменение доли кремния в смеси меняет ее теплопроводность.3. Varying the composition of the mixture (silicon + flux). A change in the fraction of silicon in the mixture changes its thermal conductivity.
4. Изменение геометрической формы емкости, в которую помещена смесь (кремний + флюс). Смесь может быть насыпана тонким слоем или иметь форму объемной фигуры.4. Change the geometric shape of the container in which the mixture is placed (silicon + flux). The mixture may be poured in a thin layer or take the form of a three-dimensional figure.
Предлагаемая технология позволяет снизить временные и энергетические затраты на получение кремний-флюс-содержащего материала, так как не требуется обязательного расплавления всего объема флюса в смеси и поддержания температуры флюса выше температуры его плавления в течение определенного времени.The proposed technology allows to reduce the time and energy costs of obtaining a silicon-flux-containing material, since it is not required to melt the entire volume of the flux in the mixture and maintain the flux temperature above its melting temperature for a certain time.
Температуры нагрева смеси дробленного кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом должны во всех случаях обеспечивать связи между частицами кремния посредством флюса, изменившего агрегатное состояние (полностью или частично).The heating temperatures of the mixture of crushed crystalline silicon with a halide-containing flux should in all cases provide bonds between silicon particles by means of a flux that changes the state of aggregation (in whole or in part).
Смесь кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом, предпочтительно, может быть нагрета до температуры не менее 1,03 температуры плавления однокомпонентного флюса или до температуры не менее 1,05 температуры начала плавления многокомпонентного флюса.A mixture of crystalline silicon with a halide-containing flux can preferably be heated to a temperature of at least 1.03 of the melting point of a single-component flux or to a temperature of at least 1.05 of the melting onset temperature of a multi-component flux.
Указанные минимальные температуры нагрева смесей необходимы для обеспечения связи между частицами кремния посредством жидкого, твердожидкого или размягченного флюса. Конкретные температуры нагрева смесей зависят от состава галогенидсодержащего флюса, компонентного состава смеси, используемого оборудования и способов реализации данной технологии.The indicated minimum heating temperatures of the mixtures are necessary to ensure bonding between silicon particles by means of a liquid, solid-liquid, or softened flux. The specific heating temperatures of the mixtures depend on the composition of the halide-containing flux, the component composition of the mixture, the equipment used and the methods for implementing this technology.
В предлагаемом решении осуществляется и предварительная подготовка кристаллического кремния к последующему растворению в алюминийсодержащем расплаве. Суть такой подготовки заключается в следующем. Одной из причин, затрудняющих растворение кристаллического кремния в расплаве алюминия или его сплава, является наличие оксидной пленки SiO2 на поверхности твердого кремния любой крупности. Оксидная пленка ухудшает смачиваемость кремния жидким алюминием и препятствует растворению кремния. При загрузке в расплав алюминия кристаллического кремния, предварительно скомпонованного с галогенидсодержащим флюсом, происходит полное или частичное удаление оксидной пленки как в результате ее растворения во флюсе, так и за счет химического воздействия диоксида кремния с гагогенидсодержащим флюсом. Следствием этого является быстрое и эффективное растворение кремния в алюминии.In the proposed solution, the preliminary preparation of crystalline silicon for subsequent dissolution in an aluminum-containing melt is also carried out. The essence of such preparation is as follows. One of the reasons that impede the dissolution of crystalline silicon in a melt of aluminum or its alloy is the presence of an oxide film of SiO 2 on the surface of solid silicon of any size. The oxide film degrades the wettability of silicon by liquid aluminum and prevents the dissolution of silicon. When crystalline silicon, pre-combined with a halide-containing flux, is loaded into the aluminum melt, the oxide film is completely or partially removed both as a result of its dissolution in the flux and due to the chemical action of silicon dioxide with a halogen-containing flux. The consequence of this is the rapid and effective dissolution of silicon in aluminum.
Предварительная подготовка смеси кристаллического кремния с галогенидсодержащим флюсом, включающая перевод флюса в жидкое или твердожидкое (пластичное) состояние с последующим охлаждением и доведением материала до затвердения, позволяет получить скомпонованный твердый компонент, содержащий как кремний, так и галогенидсодержащий флюс, с возможным необходимым содержанием легирующего элемента. Становится возможной единовременная загрузка всех необходимых компонентов приготовляемого кремнийсодержащего алюминиевого сплава в расплав жидкого металла или сплава. Кроме того, достигается интенсификация процесса приготовления сплава за счет проработки всего объема расплава легкорастворяющимся кремнием любой фракции, рафинирующими реагентами, легирующими сплав элементами.Preliminary preparation of a mixture of crystalline silicon with a halide-containing flux, including the conversion of the flux to a liquid or solid-liquid (plastic) state, followed by cooling and bringing the material to hardening, makes it possible to obtain an assembled solid component containing both silicon and a halide-containing flux with the possible necessary alloying element content . It becomes possible to simultaneously load all the necessary components of the prepared silicon-containing aluminum alloy into the molten liquid metal or alloy. In addition, an intensification of the alloy preparation process is achieved due to the study of the entire melt volume by easily dissolving silicon of any fraction, refining reagents, alloying elements alloying.
При получении вышеуказанных результатов значительно снижаются энергетические затраты на приготовление сплава, практически отсутствуют потери кристаллического кремния со шлаком, повышается качество получаемого сплава за счет снижения в нем неметаллических и газовых включений, а также за счет получения мелкодисперсной, однородной структуры эвтектики Al(α) - Si. Предлагаемый способ более технологичен, так как в процессе компоновки происходит предварительная подготовка реагентов к эффективному растворению и к флюсовой проработке расплава.Upon receipt of the above results, the energy costs for preparing the alloy are significantly reduced, there is practically no loss of crystalline silicon with slag, the quality of the alloy obtained is improved by reducing non-metallic and gas inclusions in it, as well as by obtaining a finely dispersed, uniform structure of the Al (α) - Si eutectic . The proposed method is more technologically advanced, since in the process of assembly, the reagents are preliminarily prepared for effective dissolution and for flux study of the melt.
При использовании материала, полученного по предлагаемой технологии, процессы растворения кремния и флюсовой обработки, а при необходимости и модифицирование сплава происходят последовательно-параллельно в объеме расплава. Ведение процесса приготовления алюминиево-кремниевых сплавов с применением данного материала позволяет получить высокие технико-экономические результаты при приготовлении сплава за счет более полной переработки кристаллического кремния и повышения его извлечения в сплав, сокращения времени приготовления сплава.When using material obtained by the proposed technology, the processes of dissolution of silicon and flux treatment, and, if necessary, modification of the alloy occur sequentially in parallel in the volume of the melt. The process of preparing aluminum-silicon alloys using this material allows to obtain high technical and economic results in the preparation of the alloy due to a more complete processing of crystalline silicon and increase its extraction into the alloy, reducing the time of preparation of the alloy.
Реализация предлагаемого технического решения повышает качество сплава за счет снижения в нем содержания неметаллических и газовых включений, а также за счет получения мелкодисперсной однородной структуры металла.The implementation of the proposed technical solution improves the quality of the alloy by reducing the content of non-metallic and gas inclusions in it, as well as by obtaining a finely dispersed homogeneous metal structure.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с ближайшим аналогом показывает следующее.A comparative analysis of the proposed technical solution with the closest analogue shows the following.
Как в известном, так и в предлагаемом решении смешивают твердый компонент - кремний с галогенидсодержащим флюсом, нагревают смесь до соединения частиц кремния расплавленным флюсом и охлаждают полученный компонент до затвердевания.Both in the known and in the proposed solution, the solid component is mixed - silicon with a halide-containing flux, the mixture is heated until the silicon particles are joined by the molten flux and the resulting component is cooled until it solidifies.
Предлагаемое решение отличается от известного тем, что смесь нагревают до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса, а это может быть и температура плавления флюса, как в известном решении, так и температура размягчения флюсовой составляющей смеси, так и температура плавления (размягчения) эвтектик флюсовой составляющей. При этом изменение агрегатного состояния флюса в объеме смеси может быть и локальным.The proposed solution differs from the known one in that the mixture is heated to a temperature not lower than the temperature of the aggregate state of the flux, and this can be the melting point of the flux, both in the known solution, and the softening temperature of the flux component of the mixture, and the melting (softening) eutectic flux component. In this case, the change in the state of aggregation of the flux in the volume of the mixture can be local.
В отличие от известного решения нагрев смеси ведут с конкретными скоростями 30-70°С/мин, позволяющими получить необходимые результаты.In contrast to the known solution, the mixture is heated at specific rates of 30-70 ° C / min, allowing to obtain the necessary results.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих ближайший аналог, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «новизна».The presence in the proposed solution of signs that are distinctive from the signs characterizing the closest analogue allows us to conclude that the proposed technical solution meets the condition of patentability of the invention of “novelty”.
Сравнительный анализ предлагаемого решения с известными техническими решениями в данной области показывает следующее.A comparative analysis of the proposed solution with known technical solutions in this area shows the following.
Известен брикет для раскисления стали (патент РФ №2336313, С21С 7/06, 2008 г., [3]), полученный прессованием алюминиевой стружки с частицами хлоридно-флоридного флюса в количестве 2-5 мас.%. Использован флюс, содержащий, мас.%:A known briquette for steel deoxidation (RF patent No. 2336313, C21C 7/06, 2008, [3]) obtained by pressing aluminum shavings with particles of chloride-fluoride flux in an amount of 2-5 wt.%. Used flux containing, wt.%:
В известном решении компактирование смеси твердого реагента с галогенидсодержащим флюсом осуществляется прессованием без изменения агрегатного состояния флюса, а в предлагаемом нагревают смесь компонентов со скоростью 30-70°С/мин до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса и соединяют твердые частицы кремния расплавленным (подплавленным, размягченным) флюсом, а после охлаждения флюса получают скомпонованный, транспортабельный, подготовленный к дальнейшему эффективному использованию материал.In the known solution, the mixture of the solid reagent with the halide-containing flux is compacted by pressing without changing the aggregate state of the flux, and in the proposed solution, the mixture of components is heated at a rate of 30-70 ° C / min to a temperature not lower than the temperature of the change in the aggregate state of the flux and the solid silicon particles are melted (melted) , softened) flux, and after cooling the flux get a packaged, transportable, prepared for further effective use of the material.
Известен способ плавки отходов алюминиевых сплавов (А.с. СССР №1242532, С22В 7/00, С22С 1/06, 1986 г., [4]), включающий нагрев и расплавление шихты в присутствии флюса, скачивание шлака и слив жидкого металла, в котором поверхность шихты при 350-450°С покрывают флюсом с температурой плавления выше температуры шихты, но ниже ее температуры плавления, нагревают шихту до размягчения флюса, после чего под флюс вводят расплав металла, и полученную массу нагревают до полного расплавления. В качестве флюса используют смесь хлоридов натрия и калия в соотношении 1:1 по массе.A known method of melting waste aluminum alloys (AS USSR No. 1242432, C22B 7/00, C22C 1/06, 1986, [4]), including heating and melting the mixture in the presence of flux, downloading slag and draining the liquid metal, in which the surface of the mixture at 350-450 ° C is coated with a flux with a melting temperature above the temperature of the mixture, but below its melting temperature, the mixture is heated until the flux softens, after which a metal melt is introduced under the flux, and the resulting mass is heated until completely melted. As a flux, a mixture of sodium and potassium chlorides in a ratio of 1: 1 by weight is used.
В известном решении шихту пропитывают галогенидсодержащим флюсом и полученную массу нагревают до полного расплавления.In a known solution, the mixture is impregnated with a halide-containing flux and the resulting mass is heated until complete melting.
В предлагаемом решении компоненты загружаемого материала компактируют предварительно при определенных условиях, что расширяет технологические возможности применения получаемого кремнийсодержащего компонента, позволяет снизить потери как кремния, так и легирующих и рафинирующих реагентов за счет их предварительной подготовки к использованию в литейном переделе.In the proposed solution, the components of the loaded material are pre-compacted under certain conditions, which extends the technological possibilities of using the resulting silicon-containing component, and allows to reduce losses of both silicon and doping and refining reagents due to their preliminary preparation for use in the foundry.
Известны способы обработки алюминиевых сплавов (А.с. СССР №1677079, С22С 1/06, С22В 9/10, 1991 г., [5], патент СССР №1833651, С22С 1/06, С22В 9/10, 1996 г., [6]), в которых сплавы алюминия обрабатывают плавом хлоридов титанового производства, содержащим различные легирующие добавки.Known methods for processing aluminum alloys (AS USSR No. 1677079, C22C 1/06, C22B 9/10, 1991, [5], USSR patent No. 1833651, C22C 1/06, C22B 9/10, 1996 , [6]), in which aluminum alloys are treated with a titanium chloride melt containing various alloying additives.
В известном решении используется отход титаномагниевого производства, имеющий состав компонентов, изменяющийся в достаточно узких пределах, что в значительной мере снижает как потребительские свойства компонента, так и технологические возможности его применения.The known solution uses titanium-magnesium production waste having a composition of components that varies within fairly narrow limits, which significantly reduces both the consumer properties of the component and the technological possibilities of its application.
В предлагаемом решении варьирование компонентным составом получаемого кремнийсодержащего компонента возможно в довольно широких пределах как по кремнию, так и по легирующим добавкам. Получение предлагаемого компонента сопровождается активными технологическими операциями (смешивание компонентов, нагрев смеси до определенной температуры с определенной скоростью), определяющими необходимые его потребительские свойства.In the proposed solution, the variation in the component composition of the resulting silicon-containing component is possible in a fairly wide range both in silicon and in alloying additives. Obtaining the proposed component is accompanied by active technological operations (mixing the components, heating the mixture to a certain temperature at a certain speed), determining its necessary consumer properties.
Известен способ получения алюминиевого сплава, включающий обработку шихты галогенидсодержащим флюсом и введение шихты в расплав алюминия или его сплава, в котором обработку шихты галогенидсодержащим флюсом осуществляют до достижения плотности, равной 1,2-1,3 плотности жидкого металла (патент РФ №2072178, 22С 1/06, 1997 г., [7]), при этом, в качестве галогенидсодержащего флюса используют композицию из плавленой смеси криолита с фторидом алюминия, хлорида металла - компонента сплава, хлоридов бария, калия и натрия.A known method of producing an aluminum alloy, comprising treating the charge with a halide-containing flux and introducing the charge into the molten aluminum or its alloy, in which the processing of the charge with a halide-containing flux is carried out until a density of 1.2-1.3 is obtained for the density of the liquid metal (RF patent No. 2072178, 22C 1/06, 1997, [7]), while a composition of a fused mixture of cryolite with aluminum fluoride, metal chloride — an alloy component, barium, potassium and sodium chlorides is used as a halide-containing flux.
В известном решении обработку шихты для приготовления сплава ведут расплавленным галогенидсодержащим флюсом и конечной целью обработки является достижение плотности получаемого компонента, равной 1,2-1,3 плотности жидкого металла, в который этот компонент загружается.In a known solution, the processing of the mixture for the preparation of the alloy is carried out by a molten halide-containing flux, and the ultimate goal of the treatment is to achieve a density of the obtained component equal to 1.2-1.3 of the density of the liquid metal into which this component is loaded.
Предлагаемое решение отличается от известного тем, что нагревают смесь компонентов со скоростью 30-70°С/мин до температуры не ниже температуры изменения агрегатного состояния флюса и конечной целью обработки является соединение твердых частиц кремния расплавленным флюсом и получение, после охлаждения, транспортабельного, подготовленного к дальнейшему эффективному использованию материала.The proposed solution differs from the known one in that the mixture of components is heated at a rate of 30-70 ° C / min to a temperature not lower than the temperature of the change in the aggregate state of the flux and the final goal of the treatment is to connect solid silicon particles with a molten flux and obtain, after cooling, a transportable prepared for further effective use of the material.
В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся совокупностью признаков, аналогичной с совокупностью признаков предлагаемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».As a result of the comparative analysis, no technical solutions have been identified, characterized by a combination of features similar to the combination of features of the proposed solution, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the patentability condition of the invention “inventive step”.
Предлагаемая технология получения кремнийсодержащего компонента для приготовления кремнийсодержащих сплавов реализуется следующим образом.The proposed technology for obtaining a silicon-containing component for the preparation of silicon-containing alloys is implemented as follows.
Пример 1Example 1
Получение кремнийсодержащего компонента при оптимальной скорости нагрева 30-70°С/минObtaining a silicon-containing component at an optimal heating rate of 30-70 ° C / min
В печь сопротивления, нагретую до температуры 680±5°С, помещали тонкостенную металлическую емкость из нержавеющей стали со смесью металлического кремния, крупностью 5-10 мм с флюсом KCl+NaCl в эквимолярном соотношении. Температура плавления данного флюса составляет ~650°С. Предварительно в смесь помещали две хромель-алюмеливые термопары, одна из которых находилась в центре смеси, другая на периферии. Термопары подсоединяли к милливольтметру для фиксирования изменения температуры смеси во времени. По мере нагрева смеси фиксировали показания температуры обеих термопар через определенные промежутки времени. Скорость нагрева смеси изменяли за счет изменения веса смеси (кремний + флюс), который соответственно составлял 1320 г, 660 г, 330 г и 66 г. По достижению заданной температуры смесь выдерживали в печи в течение 10 мин, после чего извлекали из печи и охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Охлажденную смесь взвешивали для определения потерь флюса за счет испарения и пирогидролиза.In a resistance furnace heated to a temperature of 680 ± 5 ° С, a thin-walled metal container made of stainless steel with a mixture of silicon metal, 5–10 mm in size with flux KCl + NaCl in an equimolar ratio was placed. The melting point of this flux is ~ 650 ° C. Previously, two chromel-alumel thermocouples were placed in the mixture, one of which was in the center of the mixture, the other on the periphery. Thermocouples were connected to a millivoltmeter to record the temperature change of the mixture over time. As the mixture was heated, the temperature readings of both thermocouples were fixed at certain intervals. The heating rate of the mixture was changed due to a change in the weight of the mixture (silicon + flux), which was 1320 g, 660 g, 330 g and 66 g, respectively. Upon reaching the set temperature, the mixture was kept in the oven for 10 minutes, after which it was removed from the oven and cooled in air to room temperature. The cooled mixture was weighed to determine flux loss due to evaporation and pyrohydrolysis.
Дополнительные исходные данные и результаты опытов представлены в табл.1-4.Additional initial data and experimental results are presented in Tables 1-4.
Приготовление кремнийсодержащего реагента при скорости нагрева смеси 30-70°С/мин обеспечивает максимальную производительность процесса при минимальных потерях флюса за счет испарения и пирогидролиза.The preparation of a silicon-containing reagent at a mixture heating rate of 30-70 ° C / min provides maximum process productivity with minimal flux loss due to evaporation and pyrohydrolysis.
При скорости нагрева смеси менее 30°С/мин увеличиваются потери флюса за счет испарения и пирогидролиза вследствие увеличения времени пребывания смеси в зоне высоких температур.When the heating rate of the mixture is less than 30 ° C / min, flux losses increase due to evaporation and pyrohydrolysis due to an increase in the residence time of the mixture in the high temperature zone.
При скорости нагрева смеси более 70°С/мин увеличивается продолжительность приготовления кремнийсодержащего реагента и, как следствие, энергозатраты на процесс.When the heating rate of the mixture is more than 70 ° C / min, the duration of preparation of the silicon-containing reagent and, as a consequence, the energy consumption for the process increases.
Пример 2Example 2
Получение и использование кремнийсодержащего компонента, содержащего галогенид легирующего элементаObtaining and using a silicon-containing component containing an alloying element halide
В печь сопротивления, нагретую до температуры 560±5°С, помещали металлическую емкость из нержавеющей стали со смесью 500 г металлического кремния, крупностью 5-10 мм, и 100 г флюса KCl+KBF4 в эквимолярном соотношении (37 г KCl + 63 г KBF4). Температура плавления данного флюса составляет ~528°С. Смесь кремния и флюса нагревали со скоростью 30-70 град/мин, до температуры 560±5°С. По достижению заданной температуры смесь выдерживали в печи в течение 10 мин, после чего извлекали из печи и охлаждали на воздухе до комнатной температуры.In a resistance furnace heated to a temperature of 560 ± 5 ° C, a stainless steel metal container was placed with a mixture of 500 g of silicon metal, 5–10 mm in size, and 100 g of KCl + KBF 4 flux in an equimolar ratio (37 g KCl + 63 g KBF 4 ). The melting point of this flux is ~ 528 ° C. The mixture of silicon and flux was heated at a speed of 30-70 deg / min, to a temperature of 560 ± 5 ° C. Upon reaching the set temperature, the mixture was kept in the oven for 10 minutes, after which it was removed from the oven and cooled in air to room temperature.
Вес охлажденного кремнийсодержащего компонента из кремния и флюса составил 597,95 г.The weight of the cooled silicon-containing component of silicon and flux was 597.95 g.
Полученный кремнийсодержащий компонент загружали в расплав алюминия, весом 10 кг, нагретый до температуры 750±10°С, и выдерживали в течение 30 мин при периодическом перемешивании. После чего с поверхности металла удаляли солевой продукт (флюс + шлак), от полученного сплава отбирали пробы для анализа. Результаты опыта представлены в табл. 5.The resulting silicon-containing component was loaded into an aluminum melt weighing 10 kg, heated to a temperature of 750 ± 10 ° C, and held for 30 minutes with periodic stirring. After that, the salt product (flux + slag) was removed from the metal surface, and samples were taken from the obtained alloy for analysis. The results of the experiment are presented in table. 5.
Введение в состав флюса галогенида легирующего сплав элемента обеспечивает, наряду с эффективным усвоением кремния, дополнительное легирование и/или модифицирование сплава другими элементами.The introduction of the alloying element into the flux composition of the halide halide provides, along with effective absorption of silicon, additional alloying and / or modification of the alloy with other elements.
Получение алюминиево-кремниевых сплавов с применением предлагаемого кремнийсодержащего компонента обеспечивает высокие технико-экономические результаты при приготовлении сплава за счет более полной переработки кристаллического кремния и повышения его извлечения в сплав, сокращения времени приготовления сплава.Obtaining aluminum-silicon alloys using the proposed silicon-containing component provides high technical and economic results in the preparation of the alloy due to more complete processing of crystalline silicon and increase its extraction into the alloy, reducing the time of preparation of the alloy.
Реализация предлагаемого технического решения повышает качество сплава за счет снижения в нем содержания неметаллических и газовых включений, а также за счет получения мелкодисперсной, однородной структуры металла.The implementation of the proposed technical solution improves the quality of the alloy by reducing the content of non-metallic and gas inclusions in it, as well as by obtaining a finely dispersed, uniform metal structure.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2153022, 22С 1/02, 2000 г.1. RF patent No. 2153022, 22C 1/02, 2000
2 Патент Великобритании №1514313, 22С 1/03, 1978 г.2 British Patent No. 1514313, 22C 1/03, 1978
3. Патент РФ №2336313, С21С 7/06, 2008 г.3. RF patent №2336313, С21С 7/06, 2008
4. А.с. СССР №1242532, С22В 7/00, С22С 1/06, 1986 г.4. A.S. USSR No. 1242532, C22B 7/00, C22C 1/06, 1986
5. А.с. СССР №1677079, С22С 1/06, С22В 9/10, 1991 г.5. A.S. USSR No. 1677079, C22C 1/06, C22B 9/10, 1991
6. Патент СССР №1833651, С22С 1/06, С22В 9/10, 1996 г.6. USSR patent No. 1833651, C22C 1/06, C22B 9/10, 1996
7. Патент РФ №2072178, 22С 1/06, 1997 г.7. RF patent No. 2072178, 22C 1/06, 1997
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105303/02A RU2393259C1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009105303/02A RU2393259C1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2393259C1 true RU2393259C1 (en) | 2010-06-27 |
Family
ID=42683632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009105303/02A RU2393259C1 (en) | 2009-02-16 | 2009-02-16 | Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2393259C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1514313A (en) * | 1975-05-21 | 1978-06-14 | Solmet Alloys | Alloying additive for producing alloys of non-ferrous metals and a method of producing such an additive |
| GB2038364A (en) * | 1978-12-06 | 1980-07-23 | Solmet Alloys | Alloying Additive |
| RU2072178C1 (en) * | 1994-09-06 | 1997-01-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "СибЭКО" | METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOY |
| RU2153022C2 (en) * | 1998-06-11 | 2000-07-20 | Закрытое акционерное общество СП "ЛСТ-Металл" | Method of producing aluminum-silicon alloys |
-
2009
- 2009-02-16 RU RU2009105303/02A patent/RU2393259C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1514313A (en) * | 1975-05-21 | 1978-06-14 | Solmet Alloys | Alloying additive for producing alloys of non-ferrous metals and a method of producing such an additive |
| GB2038364A (en) * | 1978-12-06 | 1980-07-23 | Solmet Alloys | Alloying Additive |
| RU2072178C1 (en) * | 1994-09-06 | 1997-01-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "СибЭКО" | METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOY |
| RU2153022C2 (en) * | 1998-06-11 | 2000-07-20 | Закрытое акционерное общество СП "ЛСТ-Металл" | Method of producing aluminum-silicon alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| El-Mahallawy et al. | On the reaction between aluminium, K2TiF6 and KBF4 | |
| Kuz'min et al. | Obtaining of Al–Si foundry alloys using amorphous microsilica–Crystalline silicon production waste | |
| CN101343699A (en) | Aluminum-silicon alloy refining agent and preparation thereof | |
| CN112593110B (en) | Preparation method of nano-carbide reinforced aluminum matrix composite welding wire | |
| WO2003042418A1 (en) | Method for producing an aluminium-scandium foundry alloy and a flux for producing said aluminium-scandium foundry alloy | |
| CN113174506A (en) | Refining flux suitable for magnesium-lithium alloy and preparation method thereof | |
| CN104278176B (en) | A kind of preparation method of high-quality Al-5Ti-1B intermediate alloy | |
| CN106756143A (en) | Aluminium and aluminium alloy melt refining flux and aluminium and aluminium alloy melt method of refining | |
| Kuz’min et al. | New methods of obtaining Al–Si alloys using amorphous microsilica | |
| CN106498216B (en) | A kind of preparation method of villaumite fusion refining agent | |
| RU2507291C1 (en) | Method for obtaining aluminium-scandium alloy combination | |
| CN107034374B (en) | A kind of method that villiaumite reaction method prepares Al-5Ti-1B intermediate alloy | |
| CN101001968B (en) | Improved recycling method for Al-B4C composites | |
| RU2567779C1 (en) | Method of producing of modified aluminium alloys | |
| RU2393259C1 (en) | Procedure for production of silicon containing element for preparation of silicon containing alloys | |
| CN117904500B (en) | 800 MPa-grade ultrahigh-strength aluminum alloy round ingot and preparation method thereof | |
| RU2542191C1 (en) | Method of alloys manufacturing for aluminium alloys production | |
| RU2637545C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING Al-Ti MODIFYING ALLOY | |
| CN118854075A (en) | A refining agent for improving the corrosion resistance and mechanical properties of aluminum-copper alloy and its application | |
| Krishnan et al. | Development of Al–5% Ti–1% B master alloy | |
| RU2010881C1 (en) | Process of producing aluminum-silicon alloys | |
| US3355281A (en) | Method for modifying the physical properties of aluminum casting alloys | |
| US3189444A (en) | Metallic composition and method of making | |
| Kuz’min et al. | Fabrication of silumins using silicon production waste | |
| CN114182130A (en) | Refining agent for magnesium alloy with high rare earth content, preparation method and application method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140217 |