RU2040573C1

RU2040573C1 - Method of preparing master alloy aluminium-titanium-boron in the furnace

Info

Publication number: RU2040573C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Маленьких; В.Э. Лисай; И.В. Косов; Ю.А. Зверев
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: sponge titanium is added on the melt surface together with ferroboron as a boron-containing compound. Then melt is covered with flux, and melt temperature is raised up to 850-900 C at the rate 3-5 C/min. EFFECT: improved method of master alloy preparing. 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству лигатур на основе алюминия, содержащих титан и бор, для модифицирования алюминия и его сплавов. The invention relates to non-ferrous metallurgy, and in particular to the production of aluminum alloys containing titanium and boron, for the modification of aluminum and its alloys.

Известен способ получения лигатуры алюминий-титан-бор путем введения титановой стружки (или губки) и фторбората калия в расплав алюминия [1]
Недостатком данного способа является невысокая степень усвоения бора.A known method of producing alloys aluminum-titanium-boron by introducing titanium shavings (or sponges) and potassium fluoroborate into molten aluminum [1]
The disadvantage of this method is the low degree of assimilation of boron.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения лигатурного сплава алюминий-титан-бор в печи, включающий заливку жидкого алюминия, поддержание его температуры 670-690^оС, нанесение на поверхность расплава покровного флюса, содержащего хлорид калия и криолит, введение под слой флюса фторбората калия, повышение температуры расплав до 850-900^оС, введение в расплав при этой температуре губчатого титана, перемешивание и разливку [2]
Недостатками известного способа являются недостаточно высокая степень усвоения титана и бора, большая продолжительность плавки, высокие потери металла от окисления расплава и значительные затраты на производство лигатуры вследствие высокого удельного расхода флюса (толщиной 0,07 м) и использования дорогостоящего сырья (фторбората калия).The closest to the invention by the technical essence and attainable result is a method for producing dore alloy of aluminum-titanium-boron in an oven comprising casting liquid aluminum, maintaining its temperature ^of 670-690 C, applying to the surface of the melt coating flux containing potassium chloride and cryolite, introducing potassium fluoroborate under the flux layer, raising the melt temperature to 850-900 ^о С, introducing sponge titanium into the melt at this temperature, mixing and casting [2]
The disadvantages of this method are the insufficiently high degree of assimilation of titanium and boron, the long melting time, the high loss of metal from melt oxidation and the significant cost of ligature production due to the high specific flux consumption (0.07 m thick) and the use of expensive raw materials (potassium fluoroborate).

Целью изобретения является повышение степени усвоения титана и бора, сокращение продолжительности плавки и потерь алюминия, титана и бора и снижение затрат на производство лигатуры. The aim of the invention is to increase the degree of assimilation of titanium and boron, reducing the duration of smelting and loss of aluminum, titanium and boron and reducing the cost of producing the master alloy.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу получения лигатуры алюминий-титан-бор в печи, включающему заливку жидкого алюминия, покрытие расплава флюсом, введение борсодержащего соединения при температуре расплава 670-690^оС и губчатого титана, повышение температуры расплава до 850-900^оС, перемешивание и разливку, введение губчатого титана осуществляют на поверхность расплава совместно с борсодержащим соединением, в качестве которого используют ферробор, с последующим покрытием расплава флюсом, а температуру расплав до 850-900^оС повышают со скоростью 3-5^оС/мин.The goal is achieved by the fact that according to the proposed method for producing aluminum-titanium-boron alloys in a furnace, including pouring liquid aluminum, coating the melt with flux, introducing a boron-containing compound at a melt temperature of 670-690 ^о С and sponge titanium, increasing the melt temperature to 850-900 ^о C, mixing and casting, the introduction of sponge titanium is carried out on the surface of the melt together with a boron-containing compound, which is used as a ferroboron, followed by coating the melt with flux, and the melt temperature is up to 850-900 ^о С melt at a speed of 3-5 ^about C / min.

Введение губчатого титана на поверхность расплава совместно с борсодержащим соединением, в качестве которого используют ферробор, с последующим покрытием расплава флюсом и повышение температуры расплава до 850-900^оС со скоростью 3-5^оС/мин позволяют повысить степень усвоения титана и бора, сократить продолжительность плавки и потери алюминия, титана и бора и снизить затраты на производство лигатуры.Introduction spongy titanium to the melt surface together with a boron compound which is used as ferroboron, followed by coating with molten flux and increasing the melt temperature to 850-900 ^{° C} at a rate ^of 3-5 C / min allow to increase the degree of digestion of titanium and boron to reduce the duration of the smelting and loss of aluminum, titanium and boron and reduce the cost of producing ligatures.

Повышение степени усвоения титана достигается за счет интенсивного замешивания в расплав вводимого на его поверхность губчатого титана (обеспечивает низкая температура расплава и отсутствие на его поверхности флюса) и замедления процесса окисления замешанного губчатого титана непосредственно в расплаве в результате снижения температуры последнего. Использование в качестве борсодержащего соединения ферробора как более плотного материала, чем расплав не требует покрытия расплава (в отличие от фторбората калия, что в сочетании с низкой температурой расплава, при которой защитные свойства приобретает сам расплав, позволяет отказаться от наведения флюса на поверхности расплав на данном этапе плавки, что обеспечивает эффективное введение в расплав губчатого титана. Потери металла от окисления расплава при этом не увеличиваются, наоборот снижаются за счет сокращения времени введения ферробора и губчатого титана в результате ускоренного их замешивания в расплав. К моменту достижения температуры расплава 850-900^оС (при повышении ее со скоростью 3-5^оС/мин) усвоение титана завершается.An increase in the degree of assimilation of titanium is achieved by intensively mixing sponge titanium introduced onto its surface (provides a low melt temperature and no flux on its surface) and by slowing down the oxidation of knitted sponge titanium directly in the melt as a result of a decrease in the temperature of the latter. The use of ferroboron as a denser material as a boron-containing compound than the melt does not require coating the melt (unlike potassium fluoroborate, which, in combination with the low temperature of the melt, at which the melt itself acquires protective properties, allows refusing to induce flux on the surface of the melt on this stage of melting, which ensures the effective introduction of sponge titanium into the melt. The metal loss from the oxidation of the melt does not increase, on the contrary, it decreases due to the reduction of the introduction time errobora and titanium sponge as a result of rapid mixing of the melt. At the time of reaching a melt temperature of ^about 850-900 C (with increasing it at a rate of 3-5 ° ^C / min) titanium uptake terminates.

Введение в качестве борсодержащего соединения ферробора не только способствует созданию условий для эффективного введения губчатого титана в расплав, но и позволяет повысить степень усвоения бора за счет увеличения скорости растворения данного материала, содержащего бориды железа Fe₂B и FeB c температурой плавления соответственно 1389 и 1540^оС. Повышение температуры расплава до 850-900^оС со скоростью 3-5^оС/мин обеспечивает усвоение бора с высокой степенью. Кроме того, относительно высокая скорость растворения ферробора и пониженные потери бора от повышения степени его усвоения обеспечивает сокращение продолжительности плавки и уменьшение за счет этого потерь алюминия, титана и бора (последних двух компонентов дополнительно) от окисления расплава.The introduction of ferroboron as a boron-containing compound not only contributes to the creation of conditions for the effective introduction of sponge titanium into the melt, but also improves the absorption of boron by increasing the dissolution rate of this material containing iron borides Fe ₂ B and FeB with a melting point of 1389 and 1540 ^o, respectively C. Increasing the temperature of the melt to 850-900 ^about With a speed of 3-5 ^about With / min provides the assimilation of boron with a high degree. In addition, the relatively high dissolution rate of ferroboron and the reduced loss of boron from an increase in the degree of assimilation of it ensures a reduction in the duration of smelting and a decrease due to this loss of aluminum, titanium and boron (the last two components additionally) from oxidation of the melt.

Поскольку покровный флюс наводят на поверхности расплава после введения легирующих компонентов (для защиты расплава от окисления его при высоких температурах), причем в уменьшенных количествах (ведение ферробора не требует присутствия твердого флюса, тем более большой толщины), то расход флюса резко сокращается, что ведет к снижению затрат на производство лигатуры. Этому же способствует использование в качестве борсодержащего соединения ферробора, получаемого из более дешевого сырья (бората кальция и борного ангидрида или борной кислоты), причем с большим содержанием бора благодаря облегчению восстановления В₂О₃алюминием за счет образования борида FeB.Since the coating flux is induced on the surface of the melt after the introduction of alloying components (to protect the melt from oxidation at high temperatures), and in reduced quantities (maintaining the ferroboron does not require the presence of solid flux, especially of a greater thickness), the flux consumption is sharply reduced, which leads to to reduce the cost of producing ligatures. The same contributes to the use of ferroboron as a boron-containing compound obtained from cheaper raw materials (calcium borate and boric anhydride or boric acid), and with a high content of boron due to the facilitation of the reduction of B ₂ O _{3 by} aluminum due to the formation of FeB boride.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами. Повышение температуры расплава при введении губчатого титана совместно с борсодержащим соединением ферробором выше 690^оС ведет к ухудшению замешивания губчатого титана в расплав и усилению процесса окисления его непосредственно в расплаве, что снижает степень усвоения титана, а снижение температуры расплава ниже 670^оС не представляется возможным из-за сближения температуры расплава и температуры его плавления. Увеличение скорости повышения температуры расплава до 850-900^оС более 5^оС/мин ведет к снижению степени усвоения бора, а уменьшение менее 3^оC/мин нецелесообразно из-за увеличения продолжительности плавки и повышения потерь алюминия, титана и бора от окисления расплава.The selected conditions are limited by the following factors. Increasing the temperature of the melt when administered titanium sponge together with a boron compound ferroboron above 690 ^{° C} leads to deterioration of kneading the spongy titanium in the melt and increase the oxidation process it directly in the melt, which reduces the degree of titanium assimilation and melt temperature decrease below 670 ^{° C} is not possible due to the convergence of the temperature of the melt and its melting point. Increasing the speed increasing melt temperature to 850-900 ^{° C} for more than 5 ^{° C} / min, leads to lower degree of assimilation of boron, and the decrease ^of less than 3 C / min impractical due to increased duration of melting and increasing the loss of aluminum, titanium and boron from oxidation of the melt .

В результате поиска по патентной и научно-технической литературе не обнаружены технические решения с признаками, отличающими предлагаемый объект изобретения от прототипа, а именно позволяющими осуществить интенсивное замешивание в расплав губчатого титана, вводимого совместно с борсодержащим соединением ферробором при температуре расплава 670-690^оС и без флюса на его поверхности, и снизить окисление губчатого титана непосредственно в расплаве с последующим эффективным усвоением титана и бора при повышении температуры расплава до 850-900^оС с определенной скоростью (3-5^оС/мин). При этом одновременно достигается сокращение продолжительности плавки и потерь металла от окисления расплава.As a result of the search in the patent and scientific and technical literature, no technical solutions with features distinguishing the proposed invention from the prototype, namely, allowing intensive mixing of titanium sponge into the melt, introduced together with a boron-containing compound with ferroboron at a melt temperature of 670-690 ^o C and without flux on its surface, and reduce the oxidation of titanium sponge directly in the melt, followed by the effective absorption of titanium and boron with increasing melt temperature to 850-90 0 ^о С with a certain speed (3-5 ^о С / min). At the same time, a reduction in the duration of smelting and the loss of metal from oxidation of the melt is simultaneously achieved.

Реализация способа осуществляется при приготовлении лигатурного сплава алюминий-титан-бор, предназначенного для модифицирования алюминия и его сплавов. Плавку ведут в индукционной печи ИАТ-6. Для получения лигатуры используют титан губчатый марки ТГ-110 по ГОСТ 17746-79, измельченный ферробор марки ФБ-0 (с 20% бора) по ГОСТ 14848-69 и первичный алюминий марок А5 и АО по ГОСТ 11069-74. Фактическое содержание титана (4%) и бора (0,8%) в лигатуре получают с учетом безвозвратных потерь этих элементов. Для защиты расплава от окисления используют покровный флюс состава, мас. хлорид калия 47, хлорид натрия 30 и криолит 23. The implementation of the method is carried out in the preparation of the alloy alloy aluminum-titanium-boron, intended for the modification of aluminum and its alloys. Melting is carried out in an induction furnace IAT-6. To obtain the master alloy, titanium sponge grade TG-110 according to GOST 17746-79, ground ferroboron grade FB-0 (with 20% boron) according to GOST 14848-69 and primary aluminum of grades A5 and AO according to GOST 11069-74 are used. The actual content of titanium (4%) and boron (0.8%) in the ligature is obtained taking into account the irretrievable losses of these elements. To protect the melt from oxidation using a coating flux composition, wt. potassium chloride 47, sodium chloride 30 and cryolite 23.

П р и м е р 1. В печь заливают 4620 кг жидкого алюминия-сырца (по расчету) с содержанием железа 0,4% На поверхность расплава при его перемешивании вводят 218 кг губчатого титана и 208 кг ферробора, в котором содержится 41,6 кг бора. После введения губчатого титана и ферробора на поверхности расплава наводят флюс, а температуру расплава повышают до 870^оС со скоростью 3 ^оС/мин. Расплав перемешивают 20 мин для выравнивания химического состава и получают 5000 кг лигатуры алюминий-титан-бор с содержанием титана 4% и бора 0,8% которую разливают. Степень усвоения титана составляет 99,4% и бора 96,5%
В примерах 2 и 3 лигатуру Al-Ti-B получают аналогично примеру 1 при следующих параметрах.PRI me R 1. 4620 kg of liquid raw aluminum (calculated) with an iron content of 0.4% are poured into the furnace with an iron content of 218 kg of titanium sponge and 208 kg of ferroboron, which contains 41.6 kg of boron. After introduction of titanium sponge and ferroboron to induce flux melt surface and the melt temperature was raised to 870 C at a rate ^of 3 ° ^C / min. The melt is stirred for 20 minutes to equalize the chemical composition and get 5000 kg of aluminum-titanium-boron alloys with a titanium content of 4% and 0.8% boron which is poured. The degree of assimilation of titanium is 99.4% and boron 96.5%
In examples 2 and 3, the Al-Ti-B alloy is obtained analogously to example 1 with the following parameters.

П р и м е р 2. Температура расплава при введении губчатого титана совместно с борсодержащим соединением ферробором 680^оС. Скорость повышения температуры расплава 4^оС/мин.PRI me R 2. The temperature of the melt with the introduction of sponge titanium together with a boron-containing compound ferroboron 680 ^about C. The rate of increase in the temperature of the melt 4 ^about C / min

П р и м е р 3. Температура расплава при введении губчатого титана совместно с борсодержащим соединением ферробором 690^оС. Скорость повышения температуры расплава 5^оС/мин. В примерах 4-6 лигатуру Аl-Ti-B получают аналогично примерам 1-3 за пределами заявленных интервалов.PRI me R 3. The temperature of the melt with the introduction of sponge titanium together with a boron-containing compound ferroboron 690 ^about C. The rate of increase in the temperature of the melt 5 ^about C / min In examples 4-6, the Al-Ti-B ligature is obtained analogously to examples 1-3 outside the stated intervals.

Получают лигатуру по известному способу. Get the ligature by a known method.

Результаты испытаний приведены в таблице. Из данных таблицы видно, что использование заявляемого способа получения лигатуры алюминий-титан-бор (примеры 1-3) обеспечивает повышение степени усвоения титана на 2,2 абс. и бора на 1,7 абс. и сокращение потерь металла от окисления расплава на 2,4 кг/т получаемой лигатуры за счет уменьшения времени приготовления лигатуры на 26% Общие потери титана и бора снижаются соответственно в 3 и 1,4 раза. От сокращения расхода флюса и использования ферробора, получаемого из более дешевого сырья, затраты на производство лигатуры снижаются. The test results are shown in the table. From the data of the table it is seen that the use of the proposed method for producing the aluminum-titanium-boron alloys (examples 1-3) provides an increase in the degree of assimilation of titanium by 2.2 abs. and boron at 1.7 abs. and reduction of metal losses from melt oxidation by 2.4 kg / t of the resulting ligature by reducing the ligature preparation time by 26%. The total losses of titanium and boron are reduced by 3 and 1.4 times, respectively. From reducing the consumption of flux and the use of ferroboron obtained from cheaper raw materials, the cost of producing ligatures is reduced.

Claims

METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM-TITAN-BOR LIGATURE IN FURNACES, including pouring liquid aluminum, coating the melt with flux, introducing a boron-containing compound at a melt temperature of 670 690 ^o С, raising the melt temperature to 350 900 ^o С, introducing sponge titanium into the melt at this temperature, mixing and casting, characterized in that, in order to increase the degree of assimilation of titanium and boron, reduce the duration of smelting and loss of aluminum, titanium and boron and reduce the cost of producing ligatures, sponge titanium is introduced onto the surface of the melt together with a boron compound which is used as ferroboron, and then coated with molten flux and the melt temperature was raised to 850 900 ^o C at a rate of 3 - 5 ^o C / min.