Способ получения алюминиево-кремневых сплавов

(51) 22 21/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Предлагаемый способ производства алюминий кремниевых сплавов позволяет утилизировать отходы кремниевого производства (пылевидный кремний фракции 1 мм), обеспечивает повышение механических свойств сплавов и их стабильность. Согласно изобретению мелкую фракцию кремния обрабатывают горячим водяным паром,смешивают с влажным кремнеземом (например,кварцевым песком) и вводят при постоянном перемешивании в расплав алюминия. При смешении пылевидного кремния с влажным кремнеземом происходит комкообразование, что облегчает замешивание смеси в расплав алюминия и предотвращает потери кремния в шлак.(72) Бейсембетов Искандер Калыбекович Кенжалиев Багдаулет Кенжалиевич Аубакиров Ержан Габдувич Ходарева Татьяна Анатольевна(73) Акционерное общество КазахстанскоБританский технический университет(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОКРЕМНЕВЫХ СПЛАВОВ Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминиево-кремневых сплавов. Алюминиево-кремневые сплавы применяются в современном машиностроении и приборостроении для изготовления деталей, работающих в условиях износа, трения, высоких температур. Чтобы улучшить физико-механические свойства силуминов предлагаются различные составы,которые зависят от функционального назначения. Для приготовления алюминиево-кремневых сплавов обычно используют кристаллический кремний фракции 5-50 мм, получаемый после дробления и рассева кристаллического кремния,полученного электротермическим методом. Фракции менее 5 мм, составляющие до 7 от объема выпускаемого кристаллического кремния,считаются непригодными для использования в литейном производстве, так как при плавлении значительная их часть переходит в шлак (по нашим данным до 90). Наиболее простым является способ получения алюминиево-кремневых сплавов, включающий дробление и разделение кристаллического кремния на фракции, введение кремния фракции 20-50 мм в расплавленный и нагретый до 850-900 С алюминий порциями при перемешивании расплава. Введение кремния под уровень расплава осуществляют с помощью колокольчика (Альтман М.Б. и др. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969,с.270). По другому способу (Патент РФ 2010881, кл. С 22 С 1/02, 15.04.1994) для получения алюминиевокремневых сплавов используют фракцию менее 20 мм. Для лучшей усвояемости сплавом мелкодисперсного кремния плавку ведут в два этапа сначала кремний без отсева мелкой фракции вводят на поверхность расплава алюминия при 665680 С и интенсивном замешивании, затем, после завершения введения кремния температуру расплава поднимают до 850-900 С со скоростью 2-5 градС/мин до температуры 850-900 С,которая способствует усвоению кремния фракции 20-50 мм. Оба способа достаточно просты в исполнении,но не позволяют получить сплав с заданными характеристиками, так как структура, морфология, а следовательно, и свойства сплава существенно зависят от свойств исходных компонентов, в частности и от дисперсности кремния. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ производства алюминиевокремневых сплавов, включающий приготовление сплавленной массы кремния мелких фракций(10 мм) с флюсом и введение ее в алюминиевый расплав (Патент РФ 2153022, кл. С 22 С 021/02,С 22 С 001/00, С 22 В 004/06) . В качестве флюса используют плав на основе СС 2, а сплавленную массу готовят при массовом соотношении,составляющим 5-6 41, и вводят в расплав при температуре, составляющей 1,03 - 1,06 от температуры плавления флюса. При этом увеличивается усвояемость кремния, выход металла и степень удаления Н 2 и А 123. Однако, такой 2 способ можно использовать при производстве силуминов, допускающих достаточно высокое содержание меди, так как из плава на основе СС 2 в расплав переходит элементарная медь в результате взаимодействия хлорида меди с жидким алюминием. Кроме того, указанный способ требует дополнительных затрат на получение плава хлорида металла с измельченным кремнием. Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа производства алюминий кремниевых сплавов, обеспечивающего повышение механических свойств и их стабильность без привнесения в сплав дополнительных примесей. Другим аспектом предлагаемого изобретения является создание технологии, позволяющей утилизировать отходы кремниевого производства. Для достижения поставленной задачи предлагается способ, по которому в расплав алюминия добавляют пылевидный кремний(фракции 1 мм) в смеси с увлажненным кварцевым песком. Суть изобретения заключается в том, что мелкую фракцию кремния обрабатывают горячим водяным паром, смешивают с влажным кремнеземом(например, кварцевым песком) и вводят при постоянном перемешивании в расплав алюминия. При смешении пылевидного кремния с влажным кремнеземом происходит комкообразование, что облегчает замешивание смеси в расплав алюминия и предотвращает потери кремния в шлак. Образующиеся в расплаве пары воды взаимодействуют с алюминием по реакции 2 А 3 Н 20 А 1233 Н 2. При этом образуется оксид алюминия,адсорбирующий водород в активной форме. Водород частично уходит в шлак, а частично расходуется на восстановление поверхностных оксидов пылевидного кремния, а кремнезем частично восстанавливается до кремния по алюмотермической реакции 3 24223 С учетом предполагаемых реакций в расплаве рассчитывается количество кремния и кремнезема,необходимое для получения сплава определенного состава. Оптимальное соотношение кремний кремнезем определялось опытным путем и составляет 1(12,5). Увеличение доли чистого кремния приводит к его потере за счет перехода в шлак, а уменьшение - отрицательно сказывается на выходе сплава за счет общего увеличения шлакообразования. Примеры Для определения эффективности изобретения в лабораторных условиях были приготовлены алюминиево-кремнивые сплавы различного состава доэвтектический силумин АК 9,сплав,соответствующий эвтектическому составу АК 12, и заэвтектические силумины АК 18,5 и АК 25,4. Пример 1. 840 г алюминия марки А 7 расплавляли в печи электросопротивления. Кремний измельчали и отсеивали 60 г фракции 0,1 мм, подвергали обработке водяным паром, смешивали с 125 г кремнезема и полученную скомковавшуюся смесь вносили в расплав алюминия. После тщательного перемешивания в течение 30-45 минут сливали шлак и образец отливали в металлический кокиль. В результате получено 860 г сплава, содержащего 12 мас. кремния, выход по металлу составил 89. Пример 2 Сплав готовились как в примере 1, но количество исходных ингредиентов составило Алюминий - 910 г Кремний - 45 г Кремнезем - 95 г В результате получено 965 г сплава,содержащего 9 мас. кремния, выход по металлу составил 91. Пример 3 Сплав готовились как в примере 1, но количество исходных ингредиентов составило Алюминий - 815 г Кремний - 70 г Кремнезем - 170 г В результате получено 860 г сплава,содержащего 18,5 мас. кремния, выход по металлу составил 87. Пример 4 Сплав готовились как в примере 1, но количество исходных ингредиентов составило Алюминий - 750 г Кремний - 70 г Кремнезем - 235 г В результате получено 860 г сплава,содержащего 25,4 мас. кремния, выход по металлу составил 84. Примеры 5-8 Для сравнения были приготовлены и исследованы аналогичные сплавы по стандартной технологии (Альтман МБ. и др. Плавка и литье легких сплавов. М., Металлургия, 1969, с.270) с использованием рафинирующего флюса АС 3. Все приготовленные образцы исследовались на твердость по Бринелю и газовую пористость в соответствии с ГОСТ 1583-73. Результаты исследования механических свойств и газовой пористости силуминов, приготовленных в соответствии с предложенным техническим решением и по стандартной технологии, приведены в таблице 1. Твердость по Бринелю Сплавы по Сплавы по изобретению стандартной Из таблицы следует, что сплавы, полученные в соответствии с предлагаемым способом, обладают более высокой твердостью (на 12-15) и значительно меньшей пористостью, чем сплавы аналогичного состава,приготовленные по стандартной технологии. Кроме улучшения механических свойств сплавов, предлагаемый способ позволяет увеличить выход металла. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Балл пористости Сплавы по изобретению Сплавы по стандартной технологии 2-3 4-5 2-3 4-5 2-3 4-5 2-3 4-5 кремния совместно с функциональной добавкой в расплав алюминия,перемешивание,отличающийся тем, что для приготовления сплавов используют мелкодисперсный кремний фракции менее 1 мм, причем перед введением в расплав его обрабатывают горячим водяным паром и смешивают с увлажненным кремнезмом. 2.Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение кремний кремнезм в единицах массы составляет 1(12,5). 3.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мелкодисперсного кремния используют отходы кремниевого производства.