RU2048568C1

RU2048568C1 - Method for production of aluminium-lithium alloys

Info

Publication number: RU2048568C1
Application number: RU93007337A
Authority: RU
Inventors: С.Б. Комаров; В.Е. Анферов; Б.В. Овсянников; В.И. Благодатских
Original assignee: Комаров Сергей Борисович
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: production of aluminium-lithium alloys. SUBSTANCE: method for production of aluminium- lithium alloys includes treatment of melt with flux based on lithium chloride, addition of lithium to melt and melt refining. Melt is treated with dehydrated lithium chloride, and supplied to furnace space is inert gas with moisture content of not in excess of 20 ppm. Inert gas in furnace space is renewed periodically, including renewing after melt refining. Pressure of inert gas in furnace space is maintained below the atmospheric pressure. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, а именно к технологии получения алюминиевых сплавов, содержащих литий. The invention relates to foundry, and in particular to a technology for producing aluminum alloys containing lithium.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения алюминиево-литиевых сплавов, включающий загрузку, плавление компонентов шихты в атмосфере инертного газа и рафинирование. The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a method for producing aluminum-lithium alloys, including loading, melting of the charge components in an inert gas atmosphere and refining.

Недостатком способа является то, что во время загрузки шихты, легирования расплава и рафинирования происходят кратковременные контакты расплава с атмосферным воздухом вследствие уноса разогретой защитной атмосферы. В результате происходит окисление сплава, в том числе лития, загрязнение расплава окислами и насыщение водородом. The disadvantage of this method is that during loading of the charge, alloying the melt and refining, short-term contacts of the melt with atmospheric air occur due to the entrainment of the heated protective atmosphere. The result is the oxidation of the alloy, including lithium, pollution of the melt by oxides and saturation with hydrogen.

Цель изобретения уменьшение потерь лития, повышение чистоты металла за счет снижения содержания водорода в сплаве. The purpose of the invention is the reduction of lithium losses, increasing the purity of the metal by reducing the hydrogen content in the alloy.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения алюминиево-литиевых сплавов, включающем загрузку, плавление компонентов шихты в атмосфере инертного газа и рафинирование, перед рафинированием осуществляют обработку расплава флюсом, основу которого составляет обезвоженный хлористый литий, с последующим введением в расплав металлического лития, а атмосферу инертного газа создают его подачей с влажностью не более 20 ppm. Подачу инертного газа осуществляют периодически перед рафинированием и после рафинирования. Давление инертного газа в печи поддерживают ниже атмосферного. Наличие хлористого лития на поверхности расплава полностью исключает взаимодействие расплава с атмосферным воздухом и устраняет потери лития, загрязнение расплава продуктами взаимодействия и водородом. This goal is achieved by the fact that in the method of producing aluminum-lithium alloys, including loading, melting the charge components in an inert gas atmosphere and refining, the melt is processed by flux before refining, the basis of which is dehydrated lithium chloride, followed by the introduction of lithium metal into the melt, and an inert gas atmosphere is created by supplying it with a moisture content of not more than 20 ppm. The inert gas is supplied periodically before refining and after refining. The inert gas pressure in the furnace is kept below atmospheric. The presence of lithium chloride on the surface of the melt completely eliminates the interaction of the melt with atmospheric air and eliminates the loss of lithium, pollution of the melt by the interaction products and hydrogen.

При нахождении расплава под слоем флюса, содержащего хлористый литий в атмосфере с влажностью более 20 ppm алюминиево-литиевые сплавы взаимодействуют с солевой фазой с потерей массы за счет перехода части металла в солевой расплав. Скорость коррозии алюминия и лития из алюминиево-литиевых сплавов составляет 5-20 мг в час с одного см²поверхности расплава. Скорость коррозии лития пропорциональна концентрации лития в сплаве.When the melt is located under a flux layer containing lithium chloride in an atmosphere with a moisture content of more than 20 ppm, aluminum-lithium alloys interact with the salt phase with weight loss due to the transfer of a part of the metal to the salt melt. The corrosion rate of aluminum and lithium from aluminum-lithium alloys is 5-20 mg per hour from one cm ^{2 of the} surface of the melt. The rate of lithium corrosion is proportional to the concentration of lithium in the alloy.

Механизм коррозии алюминиево-литиевых сплавов можно представить в виде следующих химических реакций:
2Li(Al)+H₂O=Li₂O+H₂ (1),
2LiO+Al=2Li(Al)+LiAlO₂ (2)
или суммарно
Li(Al)+Al+2H₂O=LiAlO₂+2H₂ (3).The corrosion mechanism of aluminum-lithium alloys can be represented in the form of the following chemical reactions:
2Li (Al) + H ₂ O = Li ₂ O + H ₂ (1),
2LiO + Al = 2Li (Al) + LiAlO ₂ (2)
or in total
Li (Al) + Al + 2H ₂ O = LiAlO ₂ + 2H ₂ (3).

Для прохождения указанных реакций необходимо наличие в расплаве молекул воды, которые могут появляться в нем в результате взаимодействия флюса с атмосферой (LiCl+H₂O=LiCl ˙ H₂O) и реакции взаимодействия флюса с расплавом (LiCl ˙ H₂O=LiCl+H₂O). В процессе ведения плавки выделение водорода за счет прохождения реакции (3) наблюдается визуально: видны вспышки от сгорания всплывающих пузырьков водорода на поверхности расплава.To undergo these reactions, it is necessary that there are water molecules in the melt that can appear in it as a result of the interaction of the flux with the atmosphere (LiCl + H ₂ O = LiCl ˙ H ₂ O) and the reaction of the interaction of the flux with the melt (LiCl ˙ H ₂ O = LiCl + H ₂ O). During the smelting process, hydrogen evolution due to the passage of reaction (3) is observed visually: flashes from the combustion of emerging hydrogen bubbles on the melt surface are visible.

Благодаря использованию аргона пониженной влажности и безводного хлористого лития окисления лития и образования водорода в результате переноса молекул воды к расплаву не наблюдается, а происходит обратный процесс, что способствует рафинированию расплава от водорода и восстановлению лития за счет прохождения реакции
Li₂O+H₂+LiCl

LiCl·H₂O+2Li
Соединение LiCl ˙ H₂O разлагается и H₂O переходит в находящийся над поверхностью расплава сухой инертный газ, повышая его влажность. При влажности инертного газа более 20 ppm процесс перехода H₂O из флюса в газ замедляется или совсем прекращается, поэтому необходимо использовать газ влажностью не более 20 ppm. При повышении его влажности в результате перехода H₂O из флюса инертный газ необходимо заменять на сухой, т.е. обновлять.Due to the use of argon of reduced humidity and anhydrous lithium chloride, lithium oxidation and hydrogen formation as a result of the transfer of water molecules to the melt are not observed, but the reverse process occurs, which contributes to the refining of the melt from hydrogen and the restoration of lithium due to the reaction
Li ₂ O + H ₂ + LiCl

LiCl · H ₂ O + 2Li
The compound LiCl ˙ H ₂ O decomposes and H ₂ O passes into a dry inert gas located above the melt surface, increasing its humidity. When the inert gas humidity is more than 20 ppm, the process of the transition of H ₂ O from flux to gas slows down or completely stops, so it is necessary to use gas with a moisture content of not more than 20 ppm. When its humidity increases as a result of the transition of H ₂ O from flux, the inert gas must be replaced by dry, i.e. update.

В результате рафинирования расплава газами (аргоном, хлором, смесью аргона с хлором) или гексахлорэтаном на поверхность расплава выносятся окислы и водород, и в результате их взаимодействия с флюсом образуется значительное количество H₂O, которое переходит в инертный газ над расплавом. Чтобы процесс не пошел в обратную сторону (LiCl ˙ H₂O+2Li _→ Li₂O+H₂), после рафинирования необходимо влажный инертный газ над расплавом заменить на сухой.As a result of refining the melt with gases (argon, chlorine, a mixture of argon with chlorine) or hexachloroethane, oxides and hydrogen are transferred to the surface of the melt, and as a result of their interaction with the flux, a significant amount of H ₂ O is formed, which passes into an inert gas above the melt. To prevent the process from going in the opposite direction (LiCl ˙ H ₂ O + 2Li _ → Li ₂ O + H ₂ ), it is necessary to replace the wet inert gas above the melt with dry one after refining.

Нахождение инертного газа над расплавом при давлении ниже атмосферного облегчает переход молекул Н₂О из слоя флюса в пространство печи.The presence of an inert gas above the melt at a pressure below atmospheric facilitates the transition of H ₂ O molecules from the flux layer to the furnace space.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В печь загружают и плавят шихту под защитой инертного газа. Наносят на поверхность расплава флюс, содержащий безводный хлористый литий. Присаживают литий и магний. Перемешивают расплав и, производя при необходимости подшихтовки, доводят химический состав расплава до требуемого периодически, по мере возрастания влажности инертного газа над расплавом (выше 20 ppm), увлажненный инертный газ из пространства над печью выпускают и подают сухой (обновляют). The mixture is loaded and melted under the protection of an inert gas. A flux containing anhydrous lithium chloride is applied to the surface of the melt. Lithium and magnesium are seated. The melt is mixed and, if necessary, underlays are made, the chemical composition of the melt is brought to the required periodically, as the humidity of the inert gas above the melt increases (above 20 ppm), moistened inert gas is released from the space above the furnace and fed dry (renew).

После приготовления в печи сплав переливают в миксер для последующей дегазации вакуумированием и отливки слитков. After preparation in the furnace, the alloy is poured into a mixer for subsequent degassing by vacuum and casting of ingots.

Способ был опробован на литейно-плавильном агрегате индукционная тигельная печь вакуумный миксер. В индукционную тигельную печь последовательно по мере оплавления загружали шихтовые материалы (отходы, алюминий, лигатуру алюминий-цирконий) и плавили их под защитой инертного газа. Затем с поверхности расплава снимали шлак и наносили флюс, основной частью которого является безводный хлористый литий ЛХI. Был опробован флюс, содержащий только хлористый литий, а также флюс, содержащий 90% лития, 10% фторида алюминия, который имеет повышенные рафинирующие свойства, но увеличивает потери лития из расплава. Опробовано использование флюса, содержащего 50% хлористого лития и 50% хлорида калия. Этот флюс дешевле, чем состоящий из 100% хлористого лития, но несколько ухудшает качество сплава. The method was tested on a casting and melting unit induction crucible furnace vacuum mixer. In the induction crucible furnace, charge materials (waste, aluminum, aluminum-zirconium alloys) were sequentially loaded as they were reflowed and melted under the protection of an inert gas. Then, slag was removed from the melt surface and a flux was applied, the main part of which is anhydrous lithium chloride LXI. A flux containing only lithium chloride was tested, as well as a flux containing 90% lithium, 10% aluminum fluoride, which has enhanced refining properties, but increases the loss of lithium from the melt. The use of flux containing 50% lithium chloride and 50% potassium chloride was tested. This flux is cheaper than consisting of 100% lithium chloride, but slightly impairs the quality of the alloy.

Затем под слой флюса загружали литий и магний и в пространство между крышкой печи и расплавом подавали свежую порцию осушенного аргона. Затем расплав перемешивали индукционным полем. При необходимости производили подшихтовку. После получения расплава необходимого химического состава из пространства под крышкой печи выпускали увлажненный аргон и подавали туда осушенный. Затем производили рафинирование расплава хлором в течение 20 мин. Then, lithium and magnesium were charged under the flux layer, and a fresh portion of dried argon was fed into the space between the furnace lid and the melt. Then the melt was mixed with an induction field. If necessary, trimmed. After obtaining the melt of the required chemical composition, humidified argon was released from the space under the furnace lid and dried there. Then, the melt was refined with chlorine for 20 minutes.

После завершения рафинирования газом из пространства над крышкой печи выпускали увлажненный аргон и подавали осушенный. Затем металл нагревали до температуры перелива 770-780^оС и переливали в вакуумный миксер. В миксере производили вакуумную обработку расплава и отстой. Отливали слитки диаметром 400 мм. В отлитых слитках определяли содержание водорода.After refining with gas, moist argon was discharged from the space above the furnace lid and drained. Then the metal was heated to a temperature of 770-780 overflow ^C. and poured into a vacuum mixer. The mixer produced vacuum melt processing and sludge. Ingots with a diameter of 400 mm were cast. In the cast ingots, the hydrogen content was determined.

Путем сравнивания расчетного по загруженной шихте содержания лития с фактически полученным в слитках определяли потери лития. Результаты отливки слитков при приготовлении сплавов предложенным способом по сравнению с принятым в качестве прототипа изобретения приведены в таблице. By comparing the lithium content calculated from the loaded charge, the lithium loss actually obtained in ingots was determined. The results of casting ingots in the preparation of alloys by the proposed method in comparison with adopted as a prototype of the invention are shown in the table.

Как видно из результатов опробования, использование предложенного способа приготовления алюминиево-литиевых сплавов позволит на 25-30% снизить содержание водорода в металле и на 30-50% уменьшить потери лития в результате угара. As can be seen from the results of testing, the use of the proposed method for the preparation of aluminum-lithium alloys will reduce the hydrogen content in the metal by 25-30% and reduce lithium losses by 30-30%.

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM-LITHIUM ALLOYS, including loading the charge components, melting in an inert atmosphere and refining, characterized in that prior to refining, the melt is processed by flux, the basis of which is dehydrated lithium chloride, followed by the introduction of lithium metal atmosphere, and inert create by supplying an inert gas with a moisture content of not more than 20 ppm.

2. The method according to p. 1, characterized in that the inert gas is supplied periodically before refining and after refining.

3. The method according to p. 1, characterized in that the inert gas pressure in the furnace is maintained below atmospheric.