專利名稱:含硅量為2—22(重量)％的鋁—硅合金的制造方法
本發(fā)明屬于有色金屬及合金的冶金領(lǐng)域，更確切地說，是與含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的制造方法有關(guān)。上述合金可用于汽車工業(yè)、拖拉機(jī)制造中所需異形鑄件的制造以及用于日用品生產(chǎn)中。
制造含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的一種已知方法包括把晶體硅裝入反射爐底部，所裝入的晶體硅為圓錐狀，然后把液態(tài)鋁澆入上述反射爐爐床之中，爐溫為780-820℃，并以人工方式將生成地鋁-硅熔體進(jìn)行周期性的攪拌[見I.A.Troitsky，V.A.Zheleznov所著“鋁冶金學(xué)”一書，1977年出版，蘇聯(lián)“Metallurgiya”出版社出版(莫斯科)，第367頁;另見G.B.Stroganov，V.A.Rotenberg所著“硅鋁合金”一書，1977年發(fā)表，蘇聯(lián)“Metallurgiya”出版社出版(莫斯科)，第208-211頁，重點(diǎn)在第210頁上]。
此外，另一種制造含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的已知方法大體上與上述方法相似，但所生成的鋁-硅熔體的攪拌是利用該熔體本身液流的流動而實(shí)現(xiàn)的，使金屬熔體通過爐床的幾何中心流到所裝入的圓錐狀晶體硅的上部(見USSR Inventor′s Certificate No.629429，Int.Cl2.F27B 17/00，Bulletion“Discoveries，Inventions，Industrial Designs，Trademarks”No.39，Pubished October 25，1978)。
這些已知方法的缺點(diǎn)是制造鋁-硅金屬的過程需在高溫下(780-820℃)進(jìn)行，結(jié)果造成成品合金中氫和氧化鋁的含量均有增高，因而降低了所制成的合金的質(zhì)量，并加大了爐料的不可回收性消耗。
在已知的方法中，采用上述技術(shù)工藝進(jìn)行鋁-硅熔體的攪拌時，會使塊狀晶體硅飄浮在液態(tài)熔體的表面上，結(jié)果造成了硅的氧化，并使其隨爐渣一起損耗掉。
我們把如下的一項(xiàng)任務(wù)作為本發(fā)明的基礎(chǔ)在制造含有2-22(重量)%硅的鋁-硅合金的方法中，應(yīng)當(dāng)改變金屬熔體的攪拌條件和爐床的加熱規(guī)程，以期降低合金中氫和氧化鋁的含量，最后達(dá)到提高合金質(zhì)量的目的，并大大減少爐料的不可回收性消耗，同時也避免塊狀晶體硅浮在液態(tài)熔體的表面上，因而也就減少了它氧化的機(jī)會以及它隨爐渣流走而造成的損失。
為解決上述任務(wù)，曾提出了一種制造含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的具體方法。該方法包括以下要點(diǎn)把晶體硅裝入反射爐爐底，而且所裝入的晶體硅應(yīng)呈圓錐狀，然后在780-820℃的溫度下把液態(tài)鋁澆入上述反射爐爐床之中，利用已生成的鋁-硅合金熔體所形成的液態(tài)金屬流進(jìn)行攪拌，此時，按照本發(fā)明，液態(tài)金屬流應(yīng)流到所裝入的錐形晶體硅的錐底，按液態(tài)金屬流的軸線計(jì)算，它的流速須保持在0.5-0.8米/秒的范圍內(nèi)，在開始攪拌的同時，務(wù)使?fàn)t床中金屬熔體的溫度降低到670-750℃，并在該溫度下對熔體進(jìn)行攪拌。
按照上述的流速(0.5-0.8米/秒)，按液態(tài)金屬流的軸線計(jì)算)，使熔體的液流流到所裝晶體硅的錐底部分，從而保證了晶體硅能夠從圓錐體底部逐漸開始溶解的條件。這就促進(jìn)圓錐體逐漸下沉，因而，使塊狀的晶體不會飄浮在液體熔體的表面上，于是避免了硅的氧化以及隨爐渣流走而造成的損失。
保證具備良好的熱量交換和質(zhì)量交換的種種條件，并實(shí)現(xiàn)上述的攪拌條件，就能夠使制備過程的溫度降低到670-750℃，于是降低了合金中氫和氧化鋁的含量，從而提高了合金的質(zhì)量，并大大減少爐料的不可回收性消耗所造成的損失。除此之外，在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)制備的過程可以使能耗大大降低。
本發(fā)明規(guī)定液態(tài)鋁澆入反射爐爐床的溫度為780-820℃，這個澆注溫度是由反射爐的工作特性，以及在該爐中制造合金所進(jìn)行過程的條件所決定的。
如上所述，在所提出的方法中，須使液態(tài)熔體流到所裝入的晶體硅圓錐體的底部，沿金屬熔體流的軸線計(jì)算，流速應(yīng)為0.5-0.8米/秒。沿軸線計(jì)算，金屬熔體流的推進(jìn)速度低于0.5米/秒是不適宜的，這是因?yàn)樵谶@種情況下，爐床中液態(tài)熔體的運(yùn)動從原來的狀態(tài)轉(zhuǎn)入了平穩(wěn)的層流區(qū)，于是降低了攪拌的效果(即降低了爐床金屬熔體自身體積內(nèi)的熱量交換和質(zhì)量交換的效果)。沿軸線計(jì)算，金屬熔體的推進(jìn)速度若高于0.8米/秒，在經(jīng)濟(jì)上也是不合算的，這是因?yàn)樵谶@種情況下，就不可能再進(jìn)一步提高過程的各項(xiàng)效益指標(biāo)了。
在所提出的方法中，開始對金屬熔體進(jìn)行攪拌的同時，使?fàn)t床中液態(tài)熔體的溫度降到670-750℃，并在該溫度下對它進(jìn)行攪拌。建議過程進(jìn)行的溫度不應(yīng)低于670℃，這是因?yàn)榇藭r液態(tài)熔體的粘度將會增加，使攪拌的效果降低，結(jié)果是延長了硅的溶解時間。在高于750℃的溫度下進(jìn)行該過程會使氫在合金中的溶解度增高到不利的程度，而且由于此時金屬鋁發(fā)生氧化而使鋁的損耗加大。
本發(fā)明的制造含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的方法，其具體實(shí)施過程如下
從爐頂?shù)拈_口把必要數(shù)量的晶體硅裝入反射爐的爐底，而且，所裝入的晶體硅應(yīng)呈圓錐狀。然后在780-820℃的溫度下，把必要數(shù)量的液態(tài)金屬鋁澆入爐床之中。進(jìn)而利用由已生成的鋁-硅液態(tài)流體構(gòu)成的金屬流對鋁-硅熔體本身進(jìn)行攪拌。金屬流可以利用離心泵來產(chǎn)生，例如，可采用“Carborundun”公司(美國)的離心泵，以及氣動泵和電磁攪拌裝置等[見A.D.Andreev，V.B.Gogin，G.S.Makorov所著“鋁合金的高產(chǎn)熔煉法”，1980年發(fā)表，蘇聯(lián)“Metallurgiya”出版社出版(莫斯科)，第89-95頁]。使所形成的液態(tài)金屬流流經(jīng)已裝入晶體硅的底部，這時，沿軸線計(jì)算，液體金屬的流動速度保持在0.5-0.8米/秒的范圍內(nèi)。在開始進(jìn)行攪拌的同時，把爐床中液體金屬的溫度降到670-750℃，并在該溫度下對它進(jìn)行攪拌。斷開熱源，或是強(qiáng)制性地排出熱量(把它用于其它的工藝過程)，都可把溫度降到上述值。根據(jù)對主合金元素含量及雜質(zhì)含量的爐邊分析結(jié)果，可確定合金的完成程度，在這之后，把已制成的合金澆入鑄錠模之中。
為了更好地了解本發(fā)明，茲提供以下若干具體的實(shí)施例證。
實(shí)施例1
從爐頂?shù)拈_口把2950公斤的晶體硅裝到總?cè)萘繛?5000公斤(按液態(tài)金屬計(jì)算)的反射爐爐底上，分布在爐底的晶體硅呈圓錐狀。然后在820℃的溫度下把22050公斤的液態(tài)金屬鋁澆入爐床。合金中硅的理論含量為11.7(重量)%。進(jìn)而利用已生成的鋁-硅液態(tài)熔體的金屬流對鋁-硅熔體本身進(jìn)行攪拌。采用由磁攪拌裝置產(chǎn)生液態(tài)熔體流，并使它流到已裝入的圓錐形晶體硅的錐底部分，按熔體的軸線計(jì)算，其流速應(yīng)為0.8米/秒。在開始攪拌的同時，切斷熱流，使?fàn)t床中液態(tài)熔體的溫度降到700℃，并在該溫度下對它進(jìn)行攪拌。
根據(jù)對合金中主要元素及雜質(zhì)含量進(jìn)行快速分析的結(jié)果，確定合金的完成程度，之后，把含硅量為11.4(重量)%的已制備好的合金澆入鑄錠的模子里。
表1所示為在上述反射爐中實(shí)施本發(fā)明方法的其它實(shí)施例。
表1
序 實(shí)施 合金中 澆入爐床 所裝入 澆入液 液態(tài)熔 攪拌液
號 例號 的含硅 中的液態(tài) 的晶體 態(tài)鋁時 體流的 態(tài)熔體
量，鋁的量 硅的量 的溫度 流速 時的溫
(重量) (公斤) (公斤) (℃) (沿流 度
% 體軸線 (℃)
計(jì)算)
(米/秒)
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 2 24490 510 a)780 0，5 670
σ)800
B)820
2 3 11 22112 2888 a)780 0，5 670
σ)800
B)820
3 4 13 21587 3413 a)780 0，5 670
σ)800
B)820
4 5 22 19465 5535 a)780 0，5 670
σ)800
B)820
5 6 2 24490 510 800 a)0，7 670
σ)0，8
6 7 11 22112 2888 800 a)0，7 670
σ)0，8
7 8 13 21587 3413 800 a)0，7 670
σ)0，8
8 9 22 19465 5535 800 a)0，7 670
σ)0，8
9 10 2 24490 510 800 0，7 a)700
σ)750
10 11 11 22112 2888 800 0，7 a)700
σ)750
11 12 13 21587 3413 800 0，7 a)700
σ)750
12 13 22 19465 5535 800 0，7 a)700
σ)750
根據(jù)對合金中氫和氧化鋁含量進(jìn)行分析的結(jié)果，并根據(jù)爐渣的成份，對本方法的效果做出了評價。為了進(jìn)行對比，還按照相同的指標(biāo)，對現(xiàn)有各種方法的效果做了評價。
按照M.B.Altman，A.A.Lebedev，W.V.Chukhrov在1969年所寫的“輕合金的焙煉與鑄造”一書中所介紹的方法(見該書第663-674頁，蘇聯(lián)“Metallurgiya”出版社出版，莫斯科)，分別測定了合金中氫及氧化鋁的含量。爐渣成分的分析則是依據(jù)現(xiàn)有的化學(xué)分析方法進(jìn)行的。
在表2里進(jìn)一步給出了本發(fā)明所提出的方法及現(xiàn)有方法二者效果指標(biāo)的對比(接上述分析方法測定)。
表2
序 實(shí)施 合金中的氫含量
號 例號 (厘米3/100克合金)
1 2 3
1 1 0.191
2 2a 0.190
σ 0.193
B 0.192
3 a 0.188
3σ 0.190
B 0.192
4 a 0.194
4σ 0.191
B 0.191
5 a 0.197
5σ 0.200
B 0.195
6
0.192
0.193
7
0.192
0.193
8
0.194
0.191
9
0.200
0.195
10
0.196
0.195
11
0.200
0.196
12
0.200
0.197
13
0.200
0.200
現(xiàn)有方法(A) 0.257
現(xiàn)有方法(B) 0.244
注(A)-在I.A.Troitsky，V.A.Zheleznov所著“鋁的冶金學(xué)”及G.B.Stroganov，V.A.Rotenberg，G.B.Gershman所著“鋁-硅合金”等書中所介紹的現(xiàn)有方法。
(B)-蘇聯(lián)發(fā)明者證書629429號所介紹的現(xiàn)有方法。
表2(續(xù))
序 合金中氧化鋁的含量
粗夾雜物
分散態(tài)夾雜物 及結(jié)疤 爐渣中鋁
號 (根據(jù)化學(xué)分 (根據(jù)工 和硅的總
藝試驗(yàn)確
析法確定) 定) 含量
(重量)% 毫米2/厘米2(重量)%
1 4 5 6
1 0.017 0.340 51.06
2 a 0.018 0.330 49.88
σ 0.019 0.350 50.56
B 0.018 0.360 51.09
3 a 0.015 0.330 51.06
σ 0.017 0.330 51.06
B 0.017 0.350 51.06
4 a 0.016 0.340 51.06
σ 0.017 0.340 51.06
B 0.017 0.340 51.06
5 a 0.022 0.365 53.06
σ 0.023 0.375 54.18
B 0.020 0.346 52.30
6 a 0.018 0.335 50.10
σ 0.019 0.353 50.50
7 a 0.017 0.330 51.06
σ 0.018 0.350 51.06
8 a 0.016 0.340 51.06
σ 0.017 0.340 51.06
9 a 0.021 0.375 54.16
σ 0.020 0.345 52.19
10 a 0.019 0.350 50.37
σ 0.019 0.352 51.60
11 a 0.021 0.370 53.26
σ 0.019 0.360 53.26
12 a 0.019 0.370 53.26
σ 0.020 0.380 53.26
13 a 0.022 0.370 53.55
σ 0.020 0.367 54.26
0.039 0.516 70.12
0.036 0.488 68.34
對于表2所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析后表明，采用本發(fā)明提出的方法可以使成品合金中氫的含量平均降低22%，使以分散態(tài)夾雜物形式存在的氧化鋁的含量平均降低50%，使以粗夾雜物形式和結(jié)疤形式存在的氧化鋁的含量平均降低70%。此外，爐渣中鋁和硅的總含量也平均降低25%。
文件名稱 頁 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后
說明書 8 表2
第6欄 51.06 51.00
序4B
權(quán)利要求
制造含硅量為2-22(重量)%的鋁-硅合金的方法，其要點(diǎn)包括把晶體硅裝入反射爐爐底，而且所裝入的晶體硅應(yīng)呈圓錐形，然后在780-820℃的溫度下把液態(tài)鋁澆入上述反射爐的爐床，利用所生成的鋁-硅合金的熔體產(chǎn)生的金屬液流將鋁-硅合金熔體本身攪拌，此法的特點(diǎn)在于使液態(tài)熔體的金屬流流到已經(jīng)裝入的錐形晶體硅的底部，這時沿熔體金屬流的軸線計(jì)算，其流速應(yīng)保持在0.5-0.8米/秒的范圍之內(nèi)，在開始攪拌的同時，使?fàn)t床中合金熔體的溫度降到670-750℃，并在該溫度下對合金熔體進(jìn)行攪拌。
專利摘要
本發(fā)明屬于有色金屬及合金的冶金領(lǐng)域，具體說涉及含硅量2-22(重量)％的鋁—硅合金制法。該法是把晶體硅裝入反射爐底，該晶體硅呈圓錐形，再于780-820℃把液態(tài)鋁澆入反射爐爐床內(nèi)，利用所得鋁—硅合金熔體形成的金屬流攪拌鋁—硅合金熔體本身；再使合金熔體液流流到裝入的圓錐形晶體硅底部，熔體流速沿軸線計(jì)算為0.5-0.8米/秒；在開始攪拌的同時，使?fàn)t床中液態(tài)金屬熔體溫度降到670-750℃，并在該溫度下攪拌液態(tài)金屬熔體。所得合金可用于汽車工業(yè)、拖拉機(jī)工業(yè)及日用品生產(chǎn)。
文檔編號C22C1/02GK87101972SQ87101972
公開日1988年10月12日 申請日期1987年3月17日
發(fā)明者瓦迪姆·彼得羅維奇, 伊夫琴科夫, 尼古萊·安德萊維奇·卡盧茨斯基, 埃都阿爾德·阿萊塞維奇·伊西多羅夫, 維克多·格爾基耶維奇·西羅登科, 維克多·西曼諾維奇·舒茨特羅夫, 格那迪·阿歷山德羅維奇·帕克霍莫夫, 弗多爾·康斯坦丁諾維奇·臺普里科夫, 奧萊格·塞爾格維奇·克羅莫夫斯基克 申請人:全蘇鋁鎂電極工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院, 拉脫維亞社會主義共和國科學(xué)院物理所磁體動力學(xué)設(shè)計(jì)科導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan