DD260521A1 - METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM-SILICON ALLOY WITH A SILICON CONTENT OF 2 TO 22 MASS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie von NE-Metallen und Legierungen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-%. Erfindungsgemaess wird nach einer ersten Variante des erfindungsgemaessen Verfahrens das kristalline Silizium der Fraktion von 20 bis 50 mm im fluessigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 820C aufgeloest unter Vermischen in einem Strahlungsofen, wobei eine Aluminium-Silizium-Schmelze anfaellt. Dabei wird gleichzeitig das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm mit einem Inertgasstrahl unter die Schmelzebene eingefuehrt. Die zweite Variante des Verfahrens besteht in der gemeinsamen Aufloesung der genannten Fraktionen des Siliziums im fluessigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 820C unter Vermischen in einem Strahlofen, wobei die Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0 mm vor der Aufloesung mit dem Bariumchlorid und einem Flussmittel zusammengepresst wird.The invention relates to the field of metallurgy of non-ferrous metals and alloys, and more particularly to a process for producing an aluminum-silicon alloy containing 2 to 22 mass% of silicon. According to the invention, according to a first variant of the process according to the invention, the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm is dissolved in liquid aluminum at a temperature of 780 to 820C with mixing in a radiation furnace, producing an aluminum-silicon melt. At the same time, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm is introduced with an inert gas jet below the melt level. The second variant of the method consists in the common dissolution of said fractions of silicon in the liquid aluminum at a temperature of 780 to 820C with mixing in a jet furnace, wherein the silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm prior to dissolution with the barium chloride and a flux is compressed.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie von NE-Metallen und Legierungen, und insbesondere auf Verfahren der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-%. Die genannte Legierung läßt sich für die Herstellung von Formguß für den Bedarf der Kraftfahrzeug-, Auto- und Traktorenindustrie sowie für die Herstellung von Konsumgütern verwenden.The invention relates to the field of metallurgy of non-ferrous metals and alloys, and more particularly to methods of producing aluminum-silicon alloy containing from 2 to 22 mass% of silicon. Said alloy can be used for the production of molding for the needs of the automotive, automotive and tractor industries as well as for the manufacture of consumer goods.
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis22Ma.-%, das darin besteht, daß man Tonerde und Silizium der getrennten Zerkleinerung aussetzt. Man bereitet aus kohlenstoffhaltigem Stoff und der zerkleinerten Tonerde und dem zerkleinerten Silizium ein Beschickungsgut, wobei die genannten Komponenten in berechneten Mengen eingesetzt werden. Dann werden aus dem Beschickungsgut Brikette hergestellt, die einem Erzreduktionselektroofen aufgegeben werden. Durch die Reduktion des Beschickungsgutes erhält man primäre Aluminium-Silizium-Legierung. Im weiteren erfolgt die Raffination der hergestellten Legierung von nichtmetallischen Einschlüssen und ihre Verarbeitung zu Aluminium-Silizium-Konstruktionslegierungen (I.A.Troitsky, V.A.Zheleznov „Metallurgia aluminia", veröffentlicht 1977, Verlag „Metallurgia", Moskau, S.368-375).A process is known for producing an aluminum-silicon alloy containing from 2 to 22 mass% of silicon, which comprises subjecting alumina and silicon to separate comminution. A feedstock is prepared from the carbonaceous material and the crushed clay and the crushed silicon, said components being used in calculated amounts. Then briquettes are made from the feedstock, which are fed to a Erzreduktionselektroofen. The reduction of the feedstock gives primary aluminum-silicon alloy. Further, the refining of the produced alloy of non-metallic inclusions and their processing into aluminum-silicon construction alloys (I.A.Troitsky, V.A.Zheleznov "Metallurgia aluminia", published 1977, Publishing House "Metallurgia", Moscow, p.368-375).
Zu den Nachteilen des genannten Verfahrens gehören der niedrige Verwertungsgrad von Silizium und die niedrige Qualität der hergestellten Legierung infolge eines erhöhten Gehaltes von nichtmetallischen Einschlüssen in derselben. Die Prozeßführung gemäß dem genannten Verfahren geht mit einem hohen Grad der Schlackenbildung und mit wesentlichen Wärmeverlüsten für die Schlackenbildung (bis zu 10%) einer. Das Verfahren besteht aus mehreren Stufen und bedarf eines großen Stromverbrauchs.Disadvantages of said process include the low level of utilization of silicon and the low quality of the alloy produced due to an increased content of non-metallic inclusions therein. The process control according to the said method proceeds with a high degree of slag formation and with substantial heat losses for slag formation (up to 10%). The process consists of several stages and requires a large power consumption.
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehaltan Silizium von 2 bis22Ma.-%, das darin besteht, daß die Trennung des zerkleinerten kristallinen Siliziums in Fraktionen mit der Abnahme einer Fraktion von 20 bis 50 mm und einer Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm (die letzte Fraktion wird weggeworfen) und die Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm im flüssigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 8200C in einem Strahlungsofen unter Vermischen mit Anfallen von Aluminium-Silizium-Schmelze erfolgen (M.B.AItman, A.A. Lebedev, M.V.Chukhrov „Plavka i litje legkich splavov" [Schmelzen und Gießen von Leichtlegierungen], veröffentlicht 1969, Verlag „Metallurgia", [Moskau], S. 270-271).A process is known for producing aluminum-silicon alloy containing 2-22% by mass of silicon, which consists in separating the crushed crystalline silicon into fractions with the decrease of a fraction of 20 to 50 mm and a fraction of 0.3 to 1.0 mm (the last fraction is discarded) and the dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm in the liquid aluminum at a temperature of 780 to 820 0 C in a radiant furnace with mixing with attacks of aluminum Silicon melt done (MBAItman, AA Lebedev, MVChukhrov "Plavka i litje legkich splavov" [melting and casting of light alloys], published in 1969, Publisher "Metallurgia", [Moscow], pp 270-271).
Das beschriebene Verfahren gewährleistet die Erreichung eines erhöhten Grades der Verwertung von Silizium sowie die Herstellung einer Legierung mit guter Qualität infolge eines erniedrigten Gehaltes an nichtmetallischen Einschlüssen in derselben (Aluminiumoxid und Wasserstoff). Außerdem ermöglicht es dieses Verfahren, den Grad der Schlackenbildung zu senken. Das Verfahren ist technologisch leicht ausführbar und bedarf keines großen Stromverbrauchs. Bekannt ist, daß bei der Zerkleinerung des kristallinen Siliziums die Fraktion von 20 bis 50mm eine durchschnittliche Ausbeute von 95% und die Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm eine durchschnittliche Ausbeute von 4,5% aufweist. Gemäß diesem Verfahren wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm fürdie Herstellung der Aluminium-Silizium-Legierung nicht verwendet, was einen Verlust an defizitärem Rohstoff verursacht.The process described ensures the achievement of an increased degree of utilization of silicon as well as the production of a good quality alloy due to a reduced level of non-metallic inclusions therein (alumina and hydrogen). In addition, this method makes it possible to reduce the degree of slag formation. The method is technologically easy to carry out and does not require a large power consumption. It is known that in the crushing of the crystalline silicon, the fraction of 20 to 50 mm has an average yield of 95% and the fraction of 0.3 to 1.0 mm has an average yield of 4.5%. According to this method, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm is not used for the production of the aluminum-silicon alloy, causing a loss of deficient raw material.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Entwicklung eines solchen Verfahrens zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-%, das es ermöglichte, kristallines Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm zu verwenden und dadurch den Verlust an defizitärem Rohstoff zu vermeiden sowie die Qualität der hergestellten Legierung zu verbessern.The object of the present invention is to develop such a process for producing aluminum-silicon alloy containing 2 to 22 mass% of silicon, which enables crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm and thereby avoid the loss of deficient raw material and to improve the quality of the produced alloy.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-% die Bedingungen der Prozeßführung der Auflösung des kristallinen Siliziums so zu verändern, daß die Möglichkeit geschaffen wird, kristallines Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,Qmm zu verwenden und dadurch den Verlust an defizitärem Rohstoff zu vermeiden sowie die Qualität der hergestellten Legierung zu verbessern.The invention is based on the object in the process for the production of aluminum-silicon alloy containing 2 to 22% by weight of silicon, the conditions of the process control of the dissolution of the crystalline silicon to change so that the possibility is created, crystalline From 0.3 to 1, Qmm, thereby avoiding the loss of deficient raw material and improving the quality of the alloy produced.
In Übereinstimmung mit dem genannten Ziel und der Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß ein Verfahren (seine erste Variante) für die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-% vorgeschlagen wird, das die Trennung des zerkleinerten kristallinen Siliziums in Fraktionen mit Abnahme einer Fraktion von 20 bis 50 mm und einer Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm und die Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm im flüssigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 8200C in einem Strahlungsofen unter Vermischen mit Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze vorsieht, wobei man, erfindungsgemäß, gleichzeitig mit der Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm in einer Menge von 3 bis 10%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des kristallinen Siliziums, mit einem Inertgasstrahl unter die Schmelzeebene einführt. Entsprechend dem genannten Ziel und der Aufgabe besteht die Erfindung auch darin, daß ein Verfahren (seine zweite Variante) zur Herstell ung einer Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehaltan Silizium von 2 bis 22 Ma.-% vorgeschlagen wird, das die Trennung des zerkleinerten kristallinen Siliziums in Fraktionen mit der Abnahme einer Fraktion von 20 bis 50 mm und einer Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm und die Auflösung des kristallinen Silizium der Fraktion von 20 bis 50 mm im flüssigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 82O0C in einem Strahlungsofen unter Vermischen mit Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze vorsieht, wobei man erfindungsgemäß die Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm zusammen mit dem kristallinen Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm bei einem Massenverhältnis der Fraktionen von 80-85:20-15 durchführt, wobei man das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm vor der Auflösung mit Bariumchlorid und einem Flußmittel auf der Grundlage von Natrium- und Kaliumchioride bei einem Massenverhältnis des kristallinen Siliziums der Reaktion von 0,3 bis 1,0mm um Bariumchlorid und zum Flußmittel gleich 7:1 bis 2:1-3 zusammenpreßt.In accordance with the stated aim and object, the invention consists in proposing a method (its first variant) for the production of aluminum-silicon alloy containing from 2 to 22% by mass of silicon, which is the separation of the crushed crystalline silicon in fractions with a decrease of a fraction of 20 to 50 mm and a fraction of 0.3 to 1.0 mm and the dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm in the liquid aluminum at a temperature of 780 to 820 0 C in a radiant oven with mixing with accumulation of an aluminum-silicon melt provides, wherein, according to the invention, simultaneously with the dissolution of the crystalline silicon fraction of 20 to 50 mm, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount of 3 to 10%, based on the total mass of the charge of crystalline silicon, with an inert gas jet below the melt level. According to the above-mentioned object and object, the invention is also to provide a method (its second variant) for producing an aluminum-silicon alloy having a content of silicon of 2 to 22 mass%, which is the separation of the crushed one crystalline silicon in fractions with the decrease of a fraction of 20 to 50 mm and a fraction of 0.3 to 1.0 mm and the dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm in the liquid aluminum at a temperature of 780 to 82O 0 C in a radiant furnace with mixing with accumulation of an aluminum-silicon melt provides, according to the invention, the dissolution of the crystalline silicon fraction of 20 to 50 mm together with the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm at a mass ratio the fractions of 80-85: 20-15, wherein the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm before dissolution with barium chloride and a Flu The composition is based on sodium and potassium chlorides at a mass ratio of the crystalline silicon of the reaction of 0.3 to 1.0 mm to barium chloride and to the flux equal to 7: 1 to 2: 1-3 compressed.
Das erfindungsgemäße Verfahren (seine beiden Varianten) ermöglicht es, das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm zu verwenden, wodurch der Verlust an defizitärem Rohstoff vermieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es außerdem, eine Legierung mit einer besseren Qualität infolge eines erniedrigten Gehaltes an nichtmetallischen Einschlüssen in derselben (Aluminiumoxid und Wasserstoff) herzustellen.The method according to the invention (its two variants) makes it possible to use the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm, whereby the loss of deficient raw material is avoided. The process of the present invention also makes it possible to produce an alloy of better quality due to a reduced content of non-metallic inclusions therein (alumina and hydrogen).
Durch die Einführung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm mit dem Inertgasstrahl unter die Schmelzeebene bei der gleichzeitigen Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm (erste Variante des Verfahrens) wird die Vergrößerung der Verweilezeit der feinen Siliziumfraktion im Schmelzevolumen erreicht, das heißt, daß die Zeit für die Auflösung derfeinen Fraktion in der Schmelze ausreichend wird, bevor sie es schafft, an die Oberfläche aufzuschwimmen. Das Inertgasfördert außerdem beim Eintreffen in die Schmelze die Entfernung von nichtmetallischen Einschlüssen (Wasserstoff und Aluminiumoxid) aus der Schmelze.By introducing the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm with the inert gas jet below the melt level with the simultaneous dissolution of the crystalline silicon fraction of 20 to 50 mm (first variant of the method), the increase in the dwell time of the fine silicon fraction achieved in the melt volume, that is, the time for the dissolution of the fine fraction in the melt is sufficient before it manages to float to the surface. The inert gas also promotes the removal of non-metallic inclusions (hydrogen and alumina) from the melt on arrival in the melt.
Dadurch, daß man das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm mit Bariumchlorid und Flußmittel (zweite Variante des Verfahrens) zusammenpreßt, erhält man zusammengepreßtes Material, dessen Dichte über die Dichte der Schmelze liegt, was das Aufschwimmen der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm an die Oberfläche der Schmelze ausschließt. Hierdurch wird es rr\öglich, die gemeinsame Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm und der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm durchzuführen. Das Vorhandensein eines Flußmittels in der Zusammensetzung des zusammengepreßtem Materials ermöglicht es, den Gehalt an Wasserstoff und Aluminiumoxid in der Aluminium-Silizium-Schmelze zu verringern. In der Praxis der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen mit einem Gehaltan Silizium von 2 bis 22 Ma.-% wurde festgestellt, daß die Fraktion des kristallinen Siliziums mit einer Teilchengröße von 20 bis 50 mm für die Prozeßführung als besonders optimal erscheint, da dabei der minimale Verlust an Silizium bei seiner Auflösung zu verzeichnen ist. Wie oben erwähnt, weist die Fraktion des kristallinen Siliziums von 20 bis 50 mm bei seiner Zerkleinerung eine durchschnittliche Ausbeute von 95% und die Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm eine durchschnittliche Ausbeute von 4,5% auf.By compressing the crystalline silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm with barium chloride and flux (second variant of the process), one obtains compressed material whose density is above the density of the melt, which is the floating of the fraction of 0.3 to 1.0 mm to the surface of the melt excludes. This makes it possible to carry out the joint dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm and the fraction of 0.3 to 1.0 mm. The presence of a flux in the composition of the compressed material makes it possible to reduce the content of hydrogen and alumina in the aluminum-silicon melt. In the practice of producing aluminum-silicon alloys containing from 2 to 22% by weight of silicon, it has been found that the fraction of crystalline silicon having a particle size of from 20 to 50 mm appears to be particularly optimal for process control, since the minimal loss of silicon at its resolution is recorded. As mentioned above, the fraction of crystalline silicon of 20 to 50 mm has an average yield of 95% and the fraction of 0.3 to 1.0 mm an average yield of 4.5% when comminuted.
Früher wurde die Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm für die Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung nicht verwendet, was den Verlust an defizitärem Rohstoff verursachte. Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung unter Einsatzder Fraktion von 0,3 bis 1,0mm vor.Previously, the fraction of 0.3 to 1.0 mm was not used for the production of an aluminum-silicon alloy, which caused the loss of deficient raw material. The present invention proposes a process for producing an aluminum-silicon alloy using the fraction of 0.3 to 1.0 mm.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Auflösung des kristallinen Siliziums im flüssigen Aluminium bei einer Temperatur von 780 bis 82O0C vorgesehen. Die genannte Temperatur der Auflösung ist auf die Spezifik der Fahrweise des Strahlungsofens und auf die Bedingungen der Prozeßführung der Herstellung der Legierung in dem Ofen zurückzuführen. Gemäß der ersten Variante des Verfahrens führt die Einführung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm in einer Menge unter 3%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des Siliziums, mit dem Inertgasstrahl zu einem niedrigen Grad der Auslastung von Ausrüstungen, und die Einführung der genannten Fraktion in einer Menge über 10%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des Siliziums, führt zu einem großen Verbrauch von inertem Trägergas. Gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fraktion des kristallinen Siliziums von 20 bis 50 mm und die Fraktion von 0,3 bis 1,0mm bei ihrem Massenverhältnis gleich 80 bis 85:20 bis 15 eingesetzt. Die Verwendung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm in einer Menge über die obere Grenze in dem genannten Verhältnis hinaus ist nicht zweckmäßig, weil das zur Notwendigkeit führt, die Menge des Bariumchlorids, das beim Zusammenpressen mit der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm und mit dem Flußmittel eingesetzt wird, zu vergrößern, was seinerseits zu einer unerwünschtenIn the method according to the invention, the dissolution of the crystalline silicon in the liquid aluminum at a temperature of 780 to 82O 0 C is provided. The stated temperature of the dissolution is due to the specifics of the operation of the radiant furnace and to the conditions of the process control of the production of the alloy in the furnace. According to the first variant of the process, the introduction of the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount of less than 3%, based on the total mass of the charge of silicon, with the inert gas jet results in a low degree of equipment utilization , and the introduction of said fraction in an amount of more than 10%, based on the total mass of the charge of silicon, leads to a large consumption of inert carrier gas. According to the second variant of the process according to the invention, the fraction of crystalline silicon of from 20 to 50 mm and the fraction of from 0.3 to 1.0 mm are used at their mass ratio equal to 80 to 85:20 to 15. The use of the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount in excess of the upper limit in said ratio is not desirable, because it leads to the necessity of reducing the amount of barium chloride which is compressed when compressed with the fraction of 0 , 3 to 1.0 mm and with the flux is used, which in turn is an undesirable
Vergrößerung der Zähflüssigkeit der Schmelze führt. Die Verwendung des kristallinen Siliziums der Fraktionvon 0,3 bis 1,0mm in einer Menge unter der unteren Grenze in dem genannten Verhältnis wird nicht empfohlen, da dabei spürbar die Effektivität der Prozeßführung beeinträchtigt wird. .Increasing the viscosity of the melt leads. The use of the fraction of 0.3 to 1.0 mm of crystalline silicon in an amount below the lower limit in said ratio is not recommended, since it noticeably affects the effectiveness of the process control. ,
Gemäß derzweiten Variante der vorgeschlagenen Erfindung wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm mit Bariumchlorid und einem Flußmittel in einem Masseverhältnis gleich 7:1 bis 2:1 bis 3 zusammengepreßt. Die Wahl der unteren Grenze für das Bariumchlorid und für das Flußmittel wird dadurch bedingt, daß dabei eine minimale Dichte des zusammengepreßten Materials erreicht wird, die die Dichte des flüssigen Aluminiums übersteigt (γ-, = 2,4g/cm3, γ2 = 2,48g/ cm3, worin γ-ι —die Dichte des flüssigen Aluminiums ist und γ2 — die Dichte des zusammengepreßten Materials ist. Die obere Grenze für das Bariumchlorid und Flußmittel in dem genannten Verhältnis wird dadurch bestimmt, daß eine weitere Steigerung des Gehaltes an Bariumchlorid und an Flußmittel zu einer unerwünschten Vergrößerung der Zähflüssigkeit der Schmelze und zu unproduktivem Verbrauch an Flußmittel führt.According to the second variant of the proposed invention, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm is compressed with barium chloride and a flux in a mass ratio equal to 7: 1 to 2: 1 to 3. The choice of the lower limit for the barium chloride and for the flux is due to the fact that a minimum density of the compressed material is reached, which exceeds the density of the liquid aluminum (γ-, = 2.4 g / cm 3 , γ 2 = 2 , 48g / cm 3 , where γ- 1 is the density of the liquid aluminum and γ 2 is the density of the compressed material The upper limit for the barium chloride and flux in said ratio is determined by further increasing the content to barium chloride and flux leads to an undesirable increase in the viscosity of the melt and unproductive consumption of flux.
Gemäß der ersten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehaltan Silizium von 2 bis 22 Ma.-% wie folgt ausgeführt.According to the first variant, the process according to the invention for producing aluminum-silicon alloy with a content of silicon of 2 to 22% by weight is carried out as follows.
Man fraktioniert das zerkleinerte kristalline Silizium in Fraktionen von 20 bis 50mm und von 0,3 bis 1,0mm, wonach man die Fraktion von 20 bis 50 mm in einen Strahlungsofen aufgibt. Dann wird in den Ofen die erforderliche Menge des flüssigen Aluminiums bei einer Temperatur von 780 bis 82O0C eingegossen. Man führt die Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm im flüssigen Aluminium bei der genannten Temperatur und unter Vermischen mit Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze durch. Das Vermischen kann beispielsweise unter Einsatz von Zentrifugalpumpen der „Carborundum"-Firma (USA), von Gasdynamopumpen und von elektromagnetischen Mischvorrichtungen (A. D.Andreev, V. B.Gogin, G. S. Makarov „Hochleistungsschmelzen von Aluminiumlegierungen", veröffentlicht 1980, Verlag „Metallurgie" [Moskau], S. 89-95) erfolgen.The crushed crystalline silicon is fractionated into fractions of 20 to 50 mm and from 0.3 to 1.0 mm, after which the fraction of 20 to 50 mm is placed in a radiation oven. Then the required amount of the liquid aluminum is poured into the furnace at a temperature of 780 to 82O 0 C. The dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm is carried out in the liquid aluminum at the said temperature and with mixing with the formation of an aluminum-silicon melt. For example, mixing may be performed using "Carborundum" (US) centrifugal pumps, gas dynamo pumps and electromagnetic mixing devices (ADAndreev, VBGogin, GS Makarov "High Performance Melting Aluminum Alloys", published 1980, "Metallurgy" [Moscow], p. 89-95).
Gleichzeitig mit der Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm in einer Menge von 3 bis 10%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des Siliziums, mit einem Strahl von Inertgas, beispielsweise Stickstoff, Argon, unter die Schmelzeebene eingeführt. Die Herausbildung des Strahls des Inertgases im Gemisch mit dem kristallinen Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm erfolgt in einem Wirbelschichtapparat. Bei der Einführung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm mit dem Inertgasstrahl unter die Schmelzeebene kommt es zur vollständigen Auflösung des Siliziums der genannten Fraktion infolge der Vergrößerung ihrer Verweiledauer im Schmelzevolumen.Simultaneously with the dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount of 3 to 10%, based on the total mass of the charge of silicon, with a jet of inert gas, for example nitrogen, argon, introduced below the melt level. The formation of the jet of inert gas mixed with the crystalline silicon fraction 0.3 to 1.0 mm takes place in a fluidized bed apparatus. When the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm is introduced with the inert gas jet below the melt level, complete dissolution of the silicon of said fraction occurs as a result of the increase in its residence time in the melt volume.
Der Fertigkeitsgrad der herzustellenden Legierung wird durch die Ergebnisse einer Schnellanalyse nach Gehalt an Grundkomponenten der Legierung und der Beimengungen ermittelt, wonach man die fertige Legierung in Kokillen vergießt. Nach der zweiten Variante wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 2 bis 22 Ma.-% wie folgt durchgeführt.The degree of production of the alloy to be produced is determined by the results of a rapid analysis based on the content of basic components of the alloy and the admixtures, after which the finished alloy is cast in molds. According to the second variant, the inventive method for producing aluminum-silicon alloy with a content of silicon from 2 to 22% by weight is carried out as follows.
Man fraktioniert das zerkleinerte kristalline Silizium in Fraktionen von 20 bis 50 mm und von 0,3 bis 1,0 mm. Danach wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm mit Bariumchlorid (Beschwerungsmittel) und mit einem Flußmittel auf der Grundlage von Natrium- und Kaliumchlorid bei einem Massenverhältnis des kristallinen Siliziums zum Bariumchlorid und zum Flußmittel gleich 7:1 bis 2:1-3 zusammengepreßt. Als Flußmittel kann man beispielsweise ein Gemisch verwenden, das sich aus 52 bis 57Ma.-% NaCI, 30 bis35Ma.-% KCI und 10 bis 15Ma.-% Na2SiF6 zusammensetzt. Dann wird in den Bestrahlungsofen das kristalline Silizium der Fraktion von 20 bis 50 mm und das hergestellte zusammengepreßte Material aufgegeben, das die Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0 mm enthält, dabei werden sie in einer solchen Menge aufgegeben, daß das Massenverhältnis der Siliziumfraktion von 20 bis 50mm zur Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0mm von 80-85:20-15 beträgt.The crushed crystalline silicon is fractionated into fractions of 20 to 50 mm and from 0.3 to 1.0 mm. Thereafter, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm is treated with barium chloride (weighting agent) and with a flux based on sodium and potassium chloride at a mass ratio of the crystalline silicon to the barium chloride and the flux equal to 7: 1 to 2 : 1-3 compressed. As a flux, for example, a mixture composed of 52 to 57% by mass of NaCl, 30 to 35% by mass of KCl and 10 to 15% by mass of Na 2 SiF 6 may be used . Then, in the irradiation furnace, the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm and the produced compacted material containing the silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm are charged while being charged in such an amount that the mass ratio of the silicon fraction from 20 to 50mm to the silicon fraction of 0.3 to 1.0mm from 80-85: 20-15.
Danach wird in den Ofen die erforderliche Menge des flüssigen Aluminiums bei einer Temperatur von 780 bis 82O0C eingegossen und man führt die gemeinsame Auflösung des kristallinen Siliziums der beiden Fraktionen im flüssigen Aluminium bei der genannten Temperatur und unter Vermischen mit Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze durch. Unter solchen Bedingungen der Prozeßführung schafft es das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm, sich infolge der Vergrößerung seiner Verweiledauer im Schmelzevolumen aufzulösen.Thereafter, the required amount of liquid aluminum is poured into the furnace at a temperature of 780 to 82O 0 C and leads to the joint dissolution of the crystalline silicon of the two fractions in the liquid aluminum at the said temperature and mixed with attack of an aluminum-silicon Melt through. Under such conditions of process control, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm can dissolve in the melt volume due to the increase in its residence time.
Das genannte Vermischen erfolgt ähnlicherweise, wie in der ersten Variante des Verfahrens beschrieben wurde. Der Fertigkeitsgrad der herzustellenden Legierung wird durch die Ergebnisse einer Schnellanalyse nach den Gehalt an Grundkomponenten der Legierung und der Beimengungen bestimmt, wonach man die fertige Legierung in Kokillen vergießt.The said mixing is similar, as described in the first variant of the method. The degree of production of the alloy to be produced is determined by the results of a rapid analysis according to the content of the basic components of the alloy and of the admixtures, after which the finished alloy is cast in molds.
Ausführungsbeispieleembodiments
Zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden nachstehende Beispiele für ihre konkrete Ausführung angeführt.For a better explanation of the present invention, the following examples are given for their specific embodiment.
Beispiel 1 (erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens)Example 1 (first variant of the method according to the invention)
Man fraktioniert das zerkleinerte kristallme Silizium in Fraktionen von 20 bis 50mm und von 0,3 bis 1,0mm, wonach man die Fraktion von 20 bis 50 mm in einer Menge von 2 650 kg in einen Strahlofen mit einem Fassungsvermögen von 25000 kg, bezogen auf das flüssige Metall, aufgibt. Dann werden in den Ofen 22250 kg des flüssigen Aluminiums bei einer Temperatur von 8000C eingegossen. Man führt die Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50mm im flüssigen Aluminium bei der genannten Temperatur und unter Vermischen mit dem Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze durch. Das Vermischen erfolgt unter Einsatz einer elektromagnetischen ,Mischvorrichtung.The crushed crystalline silicon is fractionated into fractions of 20 to 50 mm and from 0.3 to 1.0 mm, after which the fraction of 20 to 50 mm in an amount of 2 650 kg in a jet furnace with a capacity of 25000 kg, based on the liquid metal gives up. Then 22250 kg of liquid aluminum at a temperature of 800 0 C are poured into the oven. The dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm is carried out in liquid aluminum at the said temperature and with mixing with the precipitation of an aluminum-silicon melt. The mixing is carried out using an electromagnetic mixing device.
Gleichzeitig mit der Auflösung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm in einer Menge von 270kg (10%, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des Siliziums) mit einem Stickstoffstrahl unter die Schmelzeebene eingeführt. Die berechnete Menge des Siliziums in der Schmelze beträgt 11,7Ma.-%.Simultaneously with the dissolution of the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount of 270 kg (10% based on the total mass of the charge of silicon) with a nitrogen jet introduced below the melt level. The calculated amount of silicon in the melt is 11.7% by mass.
Bei der Einführung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm mit einem Stickstoffstrahl unter die Schmelzeebene erfolgt die vollständige Auflösung des Siliziums der genannten Fraktion.With the introduction of the crystalline silicon fraction 0.3 to 1.0 mm with a nitrogen jet below the melt level, the complete dissolution of the silicon of said fraction takes place.
Der Fertigkeitsgrad der Legierung wird durch die Ergebnisse einer Schnellanalyse nach dem Gehalt an Grundkomponenten der Legierung und der Beimengungen ermittelt, wonach man die fertige Legierung mit einem Gehalt an Silizium von 11,4Ma.-% in Kokillen vergießt.The degree of alloying is determined by the results of a rapid analysis on the content of basic components of the alloy and the admixtures, after which the final alloy containing 11.4 mass% of silicon is cast in molds.
Nachstehend sind Beispiele für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Variante in dem obengenannten Strahlungsofen in Tabelle 1 angeführt.The following are examples of the realization of the method according to the first variant in the above-mentioned radiant furnace in Table 1.
Nr. GehaltderNo salary
des Beispiels Legierung,the example of alloy,
an kristallinem Silizium, Ma.-%on crystalline silicon, Ma .-%
Temperatur, bei der die Auflösung d. kristallinen Siliziums imTemperature at which the resolution d. crystalline silicon in the
Aluminium erfolgt, 0CAluminum takes place, 0 C
Menge des kristallinen Inertgas Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm, %, bezogen auf die Gesamtmasse der Beschickung des kristallinen SiliziumsAmount of the crystalline inert gas silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm,%, based on the total mass of the charge of the crystalline silicon
Beispiel 1 (zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens)Example 1 (second variant of the method according to the invention)
Man fraktioniert das zerkleinerte kristalline Silizium in Fraktionen von 20 bis 50 mm und von 0,3 bis 1,0 mm. Dann wird das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm in einer Menge von 584kg mit 166,8kg Bariumchlorid und 250,2 kg Flußmittel zusammengepreßt (das Massenverhältnis der Siliziumfraktion mit dem Bariumchlorid und dem Flußmittel beträgt 7:2 bzw. 3). Das Flußmittel stellt ein Gemisch dar, das sich aus 52 Ma.-% NaCI. 34 Ma.-% KCI und 14Ma.-% Na2SiF6 zusammensetzt. Dann wird in den Strahlofen mit einem Fassungsvermögen von 25000 kg, bezogen auf das flüssige Metall, kristallines Silizium der Fraktion von 20 bis 50mm in einer Menge von 2336kg und das hergestellte zusammengepreßte Material, aufgegeben, das die Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0 mm enthält. Das Massenverhältnis der Siliziumfraktion von 20 bis 50 mm zur Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0 mm beträgt 80:20. Die berechnete Menge des Silizium in der Legierung beträgt 11,7Ma.-%. Dann gießt man 22250 kg flüssiges Aluminium in den Ofen bei einerTemperaturvon800°Cein und es wird die gemeinsame Auflösung des kristallinen Siliziums beider Fraktionen in flüssigem Aluminium bei der genannten Temperatur und unter Vermischen mit dem Anfallen einer Aluminium-Silizium-Schmelze durchgeführt. Unter solchen Bedingungen der Prozeßführung schafft es das Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm, infolge der Vergrößerung seiner Verweiledauer im Schmelzevolumen sich aufzulösen. Das genannte Vermischen wird unter Einsatz einer elektromagnetischen Mischvorrichtung vorgenommen. Der Fertigkeitsgrad der Legierung wird durch die Ergebnisse einer Schnellanalyse nach dem Gehalt an Grundkomponentender Legierung und der Beimengungen ermittelt, wonach man die fertige Legierung mit einem Gehaltan Silizium von 11,4Ma.-%in Kokillen vergießt.The crushed crystalline silicon is fractionated into fractions of 20 to 50 mm and from 0.3 to 1.0 mm. Then, the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm in an amount of 584 kg is compressed with 166.8 kg of barium chloride and 250.2 kg of flux (the mass ratio of the silicon fraction with the barium chloride and the flux is 7: 2 and 3, respectively ). The flux is a mixture consisting of 52 mass% NaCl. 34 mass% KCl and 14 mass% Na 2 SiF 6 . Then, in the jet furnace having a capacity of 25,000 kg, based on the liquid metal, crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm in an amount of 2336 kg and the produced compressed material, which contains the silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm contains. The mass ratio of the silicon fraction of 20 to 50 mm to the silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm is 80:20. The calculated amount of silicon in the alloy is 11.7% by mass. Then, 22250 kg of liquid aluminum are poured into the furnace at a temperature of 800 ° C, and co-dissolution of the crystalline silicon of both fractions in liquid aluminum is carried out at the said temperature and mixing with the precipitation of an aluminum-silicon melt. Under such conditions of process control, the silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm succeeds in dissolving due to the increase in its residence time in the melt volume. The said mixing is carried out using an electromagnetic mixing device. The degree of alloying is determined by the results of a rapid analysis on the content of the basic components of the alloy and the admixtures, after which the finished alloy containing 11.4 mass% of silicon is cast in molds.
Nachstehende Beispiele für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Variante in dem obenerwähnten Strahlungsofen sind in Tabelle 2 angeführt. Dabei wird in den Beispielen das in Beispiel 1 der zweiten Variante des Verfahrens beschriebene Flußmittel verwendet.The following examples of the realization of the method according to the second variant in the above-mentioned radiation furnace are given in Table 2. In this case, the flux described in Example 1 of the second variant of the method is used in the examples.
Nr. QehaltderNo Qehaltder
des Beispiels Legierungof the example alloy
an kristallinem Silizium Ma.-%on crystalline silicon Ma .-%
Temperatur, bei derdie Auflösung des kristallinen Siliziums im Aluminium erfolgt,0CTemperature at which dissolution of crystalline silicon occurs in aluminum, 0 C
Massenverhältnisder Massenver-Fraktionen des kristall. Siliziums v. 20 bis 50 mm und von 0,3 bis 1,0 mmMass ratio of the mass fractions of the crystal. Silicon v. 20 to 50 mm and from 0.3 to 1.0 mm
hältnisdes kristallcohesive crystal
Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm zum Bariumchlorid und zum Flußmittel Silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm to the barium chloride and the flux
Die Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens (seiner beiden Varianten) wurde nach den Ergebnissen der Analyse der Legierung nach dem Gehalt an Wasserstoff und an Aluminiumoxid sowie nach dem Grad der Verwertung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm bewertet.The effectiveness of the process according to the invention (its two variants) was evaluated according to the results of the analysis of the alloy according to the content of hydrogen and of aluminum oxide as well as the degree of utilization of the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm.
Dier Gehalt der Legierung an Wasserstoff und an Aluminiumoxid wurde nach der Methodik ermittelt, die im Buch von M. B. Altman, A. A. Lebedev und M. V. Chukhrov „Schmelzen und Gießen von Leichtlegierungen", veröffentlicht 1969, Verlag „Metallurgia" (Moskau), S.663-674 beschrieben wurde.The content of the alloy of hydrogen and aluminum oxide was determined by the methodology described in the book by MB Altman, AA Lebedev and MV Chukhrov "Melting and Casting of Light Alloys", published 1969, Verlag "Metallurgia" (Moscow), p.663- 674 has been described.
Der Grad der Verwertung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0mm wurde für beide Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt ermittelt.The degree of utilization of the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm was determined for both variants of the method according to the invention as follows.
Zunächst erfolgte die Prozeßführung lediglich unter Verwendung der Siliziumfraktion von 20 bis 50 mm. Hierdurch erhielt man eine Aluminium-Silizium-Legierung mit einem bestimmten Gehalt anSilizium (C1). Dann erfolgte die Prozeßführung unter Verwendung der Siliziumfraktion von 20 bis 50 mm und der Siliziumfraktion von 0,3 bis 1,0 mm bei ihrem Massenverhältnis, das der ersten beziehungsweise der zweiten Variante des Verfahrens entspricht. Hierdurch erhielt man eine Aluminium-Silizium-Legierung mit einem bestimmten Gehalt an Silizium (C2). In den beiden Fällen der Prozeßführung war der berechnete Gehalt an Silizium in der Legierung gleich.First, the process was carried out using only the silicon fraction of 20 to 50 mm. This gave an aluminum-silicon alloy with a certain content of silicon (C 1 ). Then, the process was carried out using the silicon fraction of 20 to 50 mm and the silicon fraction of 0.3 to 1.0 mm in their mass ratio, which corresponds to the first and the second variant of the method. This gave an aluminum-silicon alloy with a certain content of silicon (C 2 ). In the two cases of process control, the calculated content of silicon in the alloy was the same.
Der Grad der Verwertung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm (γ, %) wurde nachfolgender Formel berechnet:The degree of utilization of the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm (γ,%) was calculated from the formula:
C2 Y = : 100, worinC 2 Y = : 100, in which
C1 — Gehaltan Silizium in der Legierung ist, die unter Verwendung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50mmC 1 - content of silicon in the alloy obtained by using the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50mm
hergestellt wurde, Ma.-%.was prepared, Ma .-%.
Γ?—Gehalt an Silizium in der Legierung, die unter Verwendung des kristallinen Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm und vonΓ ? Content of silicon in the alloy using the crystalline silicon of the fraction of 20 to 50 mm and of
0,3 bis 1,0mm hergestellt wurde, Ma.-%.0.3 to 1.0 mm was prepared, Ma .-%.
Nachstehend sind in Tabelle 3 Kenndaten der Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß seinen beiden Varianten und gemäß dem bekannten Verfahren angeführt, die nach den obengenannten Methodiken ermittelt wurden.Table 3 below shows characteristics of the effectiveness of the process according to the invention according to its two variants and according to the known process, which were determined by the abovementioned methodologies.
Nr. Grad der VerwertungNo degree of recovery
des des kristall. Siliziumsof the crystal. silicon
Beispiels der Fraktion vonExample of the fraction of
0,3 bis 1,0 mm, %0.3 to 1.0 mm,%
Gehalt an nicht metallischen Einschlüssen Aluminiumoxid Wasserstoff,Content of non-metallic inclusions alumina hydrogen,
Ma.-% cm3/100gderMa .-% cm 3 / 100gder
Legierungalloy
* Anmerkung: Bekanntes Verfahren, das in dem erwähnten Buch von M. B. Altman, A. A. Lebedev, M. Y. Chukhrov „Schmelzen und Gießen von Leichtlegierungen" beschrieben wurde.* Note: Known method described in the mentioned book by M. B. Altman, A. A. Lebedev, M.Y. Chukhrov "Melting and Casting of Light Alloys".
Eine Vergleichsanalyse der in Tabelle 3 angeführten Angaben zeigt, daß es die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (seiner Varianten) ermöglicht, den Gehaltan Wasserstoff in der fertigen Legierung durchschnittlich um 30% und an Aluminiumoxid durchschnittlich um 37% zu senken.A comparative analysis of the data presented in Table 3 shows that the use of the process (s) of this invention makes it possible to reduce the hydrogen content of the finished alloy by an average of 30% and of aluminum oxide by 37% on average.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichtes, das kristalline Silizium der Fraktion von 0,3 bis 1,0 mm zu verwenden, was den Verlust an defizitärem Rohstoff ausschließt. Wie aus den Angaben der Tabelle 3 hervorgeht, wird dabei der hohe Grad der Verwertung des Siliziums der genannten feinen Fraktion gewährleistet, dieser Grad ist dem Grad der Verwertung des Siliziums der Fraktion von 20 bis 50 mm gemäß dem bekannten Verfahren praktisch gleich.The process according to the invention makes it possible to use the crystalline silicon of the fraction of 0.3 to 1.0 mm, which excludes the loss of deficient raw material. As can be seen from the data in Table 3, while ensuring the high degree of utilization of the silicon of said fine fraction, this degree is practically equal to the degree of utilization of the silicon fraction of 20 to 50 mm according to the known method.
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