CS215208B1 - Method of refining the aluminium and the alloys thereof - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu rafinace roztaveného hliníku a·jeho_slitin.

Čistý hliník a jeho slitny se vyrábí ze ' surového hliníku meealurgickým procesem, jehož důležitou souUástí je vyčištění hliníku a jeho slitin od nežádoucích nečistot, jejichž přítomnost způsobuje zhoršení meehaanckých vlastností kovu (pevnnosi, tažnoosi) a sníženi odoonoosi vůči korooi. Obbykle se při výrobě čistého hliníku a jeho slitin pracuje tak, že jako vsázka se pouuije surový hliník · a případně odpady, které se roztaví. Během tavení docHází k reakci meei vsázkou a atmooférou pece (propal) a meei vsázkou a vyzdívkou, rychlost oxidace hliníku·vzrůstá s teplotou a později se zpomaauje, nebot se.na povrchu roztaveného kovu vytvoří vrstva oxidu hlinitého·nepropustná pro plyny. K naplynění taveniny též pouuitím znečištěné vsázky (zaolejované, vlhké), nebo pouuitím surového hliníku s vysokým obsahém·vodíku. Rozpustnost vodíku v tekutém hliníku je značně vysoká a vzrůstá s teplotou,' zatímco. v .tuhém · hliníku se vodík rozpoltí velmi mmio. Proto v případě, že tavenina není dokonale odplyněná, docci^á! během krystalizace k vylučování vodíku, popřípadě Jiných plynů, což . vyvolává tost odlitků a při ·.následném zpracování vznik zmetků.

Kromě plynů a oxidu hlinitého, vzniklého propalem, se do taveniny spolu se vsázkou dostávají některé dááší nečistoty jako.je oxid hlinitý, křemík, železo, v některých případech mohou · být nežádoucí . i ·měň, · mmngan, zinek, hořčík a další.

Hrubé nečistoty se z taveniny hliníku a jeho slitin odsSranuúí tzv. směrováním, tj. pochodem, při němž se z · povrchu roztaveného kovu stáhnou nečistoty, které vyplavaly na povrch taveniny· Nekovové částice a plyny uvnntř taveniny mohou být odstraněny teprve · dokonalým promícháním taveniny s vhodným rafinačním činideem.

Dosud známé postupy vynužvaai interní plyny (duuík, argon), které sé prtbuUlláУlí taveni.nou a tdstranuSí tím nečistoty především meechancky (notací), nebo látky, které působí i chemicky (chlor, tetrachlóraetan, tetraíallretai, SiíallrSifUlóraetan). Pro tyto účely se též používá pevných rafinačníía přípravků, které obsaaaSí hexachloretan, jež se za podmínek existujících v roztaveném kovu rozkládá za vzniku chloru.

Nevýhoda · rafinace hliníku a jeho slitin ptmaoí interních plynů spočívá v tom, že čistící proces je pouze meechnický a jeho účinnost nemůže· být tak vysoká jako u plynného chloru a činidel, která chlor nebo fluor uv· Poouž-tí plynného · chloru je nevýhodné, vzhledem k jeho vysoké toxicitě, z hlediska nároků při dopravě, skladování a mannipUaaC. Obdobné nevýhody · s sebou přim^^^ií rafinace pomel tet-r a chlor metanu a podobných činidel. Výatddnjší j*sou z tohoto hlediska přípravky na bázi aexacallretanu , které jsou za ·běžné teploty pevné, což uaatrшjt snadnou aannppUaci s: nimi. Nevýhoda přípravků na · · bázi hexachioretanu spočívá · v nutnosi pouuit při rafinaci vysokou teplotu 750 až 77O⁰C, · při které dochází ke značnému propalu a rozpustnost vodíku a železa v tavenině·je již · značná a rafinace je · mimo to náročn^ší · i na spotřebu energie.

Při tryaééa provozu pecí yznikalí na stěnách nístěje úsady a na taveniny (oxidy), které nelze tdsSranit přípravky na bázi aexachllretanu á je · nutné je odstraňovat pracným způsobem meehaaicky po odstavení pece, aby se nesnižovala pracovní kapaaita tavící pece. Rafinace pomo^ přípravků tbbtnaSícíía hexachllretnn je navýhodná vzhledem k jeho akutní toxicitě (LD^q 3 g/kg) a vysoké tenzi par i za nízké ·teploty (67 Pa při 20 ⁰C). · Přípravky jsou proto baleny do polyetylénových obalů, které je nutné před použitím sejmout a proto dochází ke styku pracovníků s přípravkám. V roztaveném hliníku se hexachloretan rozkládá značnou rychlostí, což má za následek nedokonalé využití vznikajícího chlóru, který způsobuje kontaminaci pracovního prostředí.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob rafinace tekutého hliníku a jeho slitin po předchozí předrafinaci pomocí krycí soli a odstranění hrubých nečistot, vyznačený tím, že se provádí při teplotě v rozmezí 680 až 760 °C, s výhodou při 710 až 750 °C, přípravkem na bázi hexachlórbenzenu ve formě briket pomocí rafinačních košů pod povrchem taveniny, v množství 0,1 až 5 kg na 1000 kg vsázky.

Způsob rafinace tekutého hliníku a jeho slitin lze podle vynálezu provádět rovněž přípravkem ve formě briket zabalených v hliníkové fólii.

Postup podle vynálezu umožňuje, aby uvolněný chlór reagoval s hliníkem na chlorid hlinitý, který ve formě jemných bublinek plynu stoupá к povrchu lázně, čímž dochází jak к promíchávání a čištění mechanickým způsobem, tak i к odstranění některých dalších nečistot především vodíku, který je rozpuštěn v kovu, případně chemicky vázán (na oxid hlinitý, ve formě hydridu sodného apod.). Může docházet též к přímé reakci uvolněného chlóru s přítomným vodíkem, sodíkem a hořčíkem, které lze tímto způsobem z hliníku odstranit ve formě chlorovodíku nebo chloridu. Pro zvýšení účinnosti rafinace obsahuje přípravek chloridy draselný, sodný a některé komplexní fluoridy jako jsou hexafluorohlinitany draselný a sodný, které snižují mezifázové napětí, čímž umožňují lepší oddělení stěrů od kovu a zvyšují rozpustnost nekovových příměsí, zvláště oxidu hlinitého ve strusce. Kromě toho se reakcí s chlórem (vznikajícím rozkladem hexachlórbenzenu) částečně odstraní i některé kovové nečistoty, tvořící těkavé chloridy.

Rafinační přípravek se aplikuje bu<5 jednorázově, nebo postupně v několika dávkách po sobě následujících, přičemž se po každém přídavku provede stažení stěrů. Rafinační přípravek se aplikuje pomocí rafinačního koše, který se ponoří do taveniny a u dna se jím pohybuje tak, aby rafinační činidlo bylo zavedeno do celého objemu taveniny.

Postupem podle vynálezu se dosáhne mimořádně dobrých výsledků v odplynění a rafinaci hliníku a jeho slitin a v důsledku toho se sníží zmetkovitost a zlepší se užitné vlastnosti vyrobených materiálů. Vzhledem к tomu, že rozklad hexachlórbenzenu ve srovnání s ji nými chlorovanými uhlovodíky (hexachloretan, tetrachlórmetan) probíhá méně bouřlivě, je využití uvolněného chlóru dokonalejší a dosažený Čistící účinek vyšší, což se projeví nižší zmetkovitostí, menší pórovitostí odlitků, v případě výroby tenkých fólií snížením děrovitosti. Vznikající stěry jsou objemné, suché s nízkým obsahem kovu čímž se sníží ztráty hliníku ve stěrech, výborně se oddělují od taveniny kovu i při teplotě nižší, než je nutná při dosavadním způsobu rafinace přípravky na bázi hexachlóretanu.

Rafinaci je proto možno provádět při nižší teplotě, kdy rozpustnost plynů a železa ’ v tekutém hliníku je nízká. To umožňuje postupné provádění rafinace při teplotě ustálené taveniny, přibližně 680 až 730 °C bez vyhřívání na teplotu 750 °C. Kromě zkrácení procesu je přínosem úspora topného plynu a nižší ztráta hliníku oxidací (propalem). Způsobem podle vynálezu se průběh rafinace rovněž zrychlí, nebot к dosa|^í stejného efektu je možné použít rafinační přípravek v množství až o 40 % menším, пе1ЙртГ dosavadním postupu. Rovněž

5208 technologie rafinace se ·zjednoduší, nebot odpadá nutnost přídavku krycí . 8θ^:ί před stažením stěru. Při postupu podle vynálezu dojde k velmi dobrému stěrů od kovu i bez přídavku krycí . soli a dosáhne se úspory asi 1/3 celkového možssví krycí soli. Další výhoda ve srovnání s dosavadním postupem . rafinace hliníku a jeho·slitin spočívá v tom, Se při rafimci podle vynálezu se do taveniny·kovu vnáší s rafinačním přípravkem podstatně menOí mxoožtví sodíku·ve formě · soli, což má příznivý vliv při zpracování slitin s vyšším obsahem hořčíku. Způsob rafinace podle vynálezu zamezuje vznik úsad na stěnách oístěje pece. DdIší výhodou je, Se·postup ·podle vynálezu se provádí přípravkem, jehož aktivní látka má nízkou tenzi par 1,45· 10”^ Pa při 20 °C a nízkou toxicitu (LD^₀ je 10 g/kg). S výhodou lze použít briket přípravku balených v hliníkové fólii, což zvyšuje hygienu ceieho rafá-načního procesu a příznivě.ovlivňuje spotřebu přípravku.

Některé konkrétní, шо^о^х provedení předmětu vynálezu jsou ilustoováry v následujících příkladech.

Příklad 1

Pro přípravu slitory hliníku s 2 % hořčíku bylo do pece vsazeno 7000 kg slitOny hliníku s 2 '% hořčíku, 2500 kg surového hliníku a 5277 kg kusového odpadu s obsahem 99,5 % hliníku. Vsázka byla roztavena a vyhřátá oa 740 °C a po vypnutí vyhřívycích hořáků byla provedena předrafinace nahozením krycí sooi, tj. směěi chloridu sodného, chloridu draselného a kryolitu, v mnoožsví 15 kg oa celou plochu taveniny. Po 10 mio ustálení taveniny a stáhnutí stěrů bylo přidáno 190 kg hořčíku, 10 kg antimonu, 3 kg·slitóny hliníku s 30 % křemíku. Po roztavení legov-acích přísad·byla provedena rafinace (první stupeň) vsázky 24.kg rafioačního přípravku ^ba^uícího · 80 % hexachlórbenzenu, 15 % chloridu draselného, 3 % chloridu sodného a 2 % hexafludnhlioitanu sodného. Přípravek byl aplikován při teplotě taveniny 735 °C ve formě 3 kg аИюуагй^ briket, zabalených v hlinkkové folii pomooí rafirnčoích košů, kterými bylo u doa pohybováno tak, aby se rafioačnk činidlo dostalo do celého objemu tavenio/· Po ustálení taveniny a dokonalém oddělení strusky od kovu (bez přídavku krycí soli) byly stěry staženy z povrchu lázně. NNáseedJjcí druhý stupeň rafinace byl proveden s 15 kg raf-načniho přípravku při teplotě 705 °C. Po · ustálení byly opět staženy stěry a vyčištěná slitrm byla odlita do ingotů a za tepla vyválcována oa plechy. Pevnost maatriálu v ' tahu se zvýšila o 10 % a tažoost o 15 ’ % ve srovnání s ma^^álem, který byl rafOnován dosavadním postupem.

Příklad 2

Do páce bylo· vsazeno 9000 kg surového hliníku ve formě ingotů a 2000 kg kusového odpadního hliníku. Po roztavení vsázky byla provedena · předrafinace 15 kg soli obsslující 48 % chloridu draselného, 30 % chloridu sodného a 22 % h^^^e^f^lumro^h-ioi^^^ř^r^u sodného a po stažení hrubých nečistot byla provedena·vlastní rafinace přípravkem · obsah^ícím 60 % hexachlórbenzeou, 20 · % chlpridu draselného, 10 % tetrαfUuoroblritanu draselného, · V prvním stupni rafioace bylo ponuRo 24 ·kg ·přípravku ve formě 3 kg slioovaných briket. Teplota kovu při · í!¹!oaci byli udržována oa 750 °C. Přípravek byl aplikován pomc^oí nakaolinoviných ·rifinačoích košů jako·v příkladě 1. Po ustálení taveniny byly z lázoě staženy,stěry nakiolinovinými hřebly a při teplotě 725 °C byla rafinace opakována.s.18 kg rafinačního přípravku. Po ustálení a stažení stěrů byl z taveniny odlit na kontinuálním zařízení pás tlouštíky 8,5 mm, ze kterého byla vyválcována tenká fólie tlošíky 0,010 mm· Průměrná hodnota lěrooitosti této fólie činila 72 děr/m, což je o 15 % méně.než v případě, kly byla rafinace provedena dosavadním postupem.

Příklad 3

Rafinace slitiny hliníku s manganem byla provedena podobně jako v příkladě 1 a 2. Po roztavení vsázky, odstranění hrubých neeistot a úpravě chemického ' složení přídavkem legovacích přísad byla provedena vlastní .rafinace při teplotě 710 až 720 °C přípravkem obsahhjícím 80 % hexachlórbenzenu a 20 % chloridu draselného. Přípravek byl aplikován ve formě . 2 kg briket, zabalených v hlinkkové fólii pomooí rafinačních košů do celého objemu roztavené slitiny. Na 1000 kg vsázky bylo.použito 0, 5 kg rafinačního přípravku. Doba rafinace se zkrátila o 30 % ve srovnání s dosavadním způsobem rafinace přípravkem na bázi hexachlóretanu. Ze slitiry ofossauujcí vedle hliníku 1,54 % hm. manganu, ’0,01 % mědi, 0,03 % hořčíku, 0,20 % křemíku, 0,30 % železa a 0,021 % titanu byly vyválcovány plechy tlouštky 8 mm, · mající pevnost v tahu 212 MPa.

Claims (2)

1. Způsob rafinace hliníku a jeho slitin po předchozí předrafinaci pomooí krycí so.i a odstranění hrubých nečistot, vyznačený tím, že se provádí při teplotě z rozm^z^zí 680 až 760 °C, s výhodou při 710 až 750 °C, přípravkem na bázi hexachlórbenzenu ve formě briket pomooí rafinačních košůpod povrchem taveniny, v mnžžtví 0,1 až 5 kg na 1000 kg vsázky.

2. Způsob rafinace podle bodu 1, vyznačený tím, že se provádí přípravkem ve f^ormě briket zabalených v hliníkové fólii.