RU2657680C1 - Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов - Google Patents
Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657680C1 RU2657680C1 RU2017132124A RU2017132124A RU2657680C1 RU 2657680 C1 RU2657680 C1 RU 2657680C1 RU 2017132124 A RU2017132124 A RU 2017132124A RU 2017132124 A RU2017132124 A RU 2017132124A RU 2657680 C1 RU2657680 C1 RU 2657680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flux
- melt
- halides
- binary
- metal halides
- Prior art date
Links
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 229
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 25
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 title description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 title description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 claims abstract description 64
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 54
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims abstract description 47
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 17
- -1 metals halides Chemical class 0.000 abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 100
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 96
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 79
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 56
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 50
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 50
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 48
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 40
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 34
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 21
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 20
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 19
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 13
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Inorganic materials [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 13
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K magnesium;potassium;trichloride;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[K+] PALNZFJYSCMLBK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 12
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 11
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 11
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 10
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 10
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 7
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 7
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- PPPLOTGLKDTASM-UHFFFAOYSA-A pentasodium;pentafluoroaluminum(2-);tetrafluoroalumanuide Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Al+3] PPPLOTGLKDTASM-UHFFFAOYSA-A 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 2
- DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L magnesium dichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-] DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- MJMDTFNVECGTEM-UHFFFAOYSA-L magnesium dichloride monohydrate Chemical compound O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-] MJMDTFNVECGTEM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hcl hcl Chemical compound Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009869 magnesium metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу приготовления галогенидсодержащих флюсов. Способ включает взвешивание компонентов флюса, порционную загрузку в печь и плавление галогенидов, составляющих основу флюса, с последующим введением в расплав остальных галогенидов металлов, перемешивание расплава флюса, грануляцию жидкого флюса или кристаллизацию расплава и дробление флюса, при этом 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па плавят со скоростью нагрева 15÷40°C/мин, после чего в расплав флюса порциями вводят оставшиеся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, затем в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па. При загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, температуру перегрева флюса над ликвидусом поддерживают не выше 80°C. Комплексные галогениды металлов и бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, загружают в расплав с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе. Бинарные и комплексные галогениды металлов, содержащие кристаллогидраты, предварительно обезвоживают при 220÷300°C, при этом отношение площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи поддерживают не более 0,8. Обеспечивается повышение эффективности производства галогенидсодержащих флюсов за счет контроля и регулирования последовательности и температурно-временных условий плавления компонентов флюса; улучшение экологической обстановки за счет применения данного флюса. 4 з.п. ф-лы, 7 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к литейному производству алюминия и его сплавов, к переработке вторичного алюминиевого сырья, и касается технологии приготовления галогенидсодержащих флюсов.
Уровень техники
В алюминиевой промышленности используют большое количество различных флюсов, предназначенных для повышения качества алюминия и его сплавов, снижения потерь металла. Как правило, большинство флюсов состоит из хлоридов и фторидов металлов, что обусловлено требованиями к их физико-химическим свойствам, в частности к температурам плавления галогенидов, их термической стойкости, вязкости расплавов и стоимости компонентов флюсов.
В научной и патентной литературе описано множество составов флюсов различного назначения, но относительно мало информации по технологии приготовления флюсов. Известно, что флюсы готовят по двум вариантам:
- механическое смешивание порошков хлоридов металлов или хлоридов и фторидов металлов в определенном соотношении;
- плавление хлоридов металлов или хлоридов и фторидов металлов с последующей кристаллизацией расплава и получением кусковых флюсов.
Заявляемое техническое решение относится к технологии получения плавленых галогенидсодержащих флюсов на основе хлоридов и фторидов металлов для обработки алюминия и его сплавов.
Известен флюс для рафинирования алюминиевых сплавов (А.с. СССР №1196400, C22B 9/10, C22C 1/06. Опубл. 1985 г.), содержащий хлорид натрия и хлорид калия, отличающийся тем, что, с целью обеспечения более полного удаления неметаллических включений из сплава и одновременного снижения выбросов в атмосферу, он дополнительно содержит базальт при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| Хлорид натрия | 30-35 |
| Базальт | 30-40 |
| Хлорид калия | остальное |
Технология приготовления этого флюса включает загрузку в смеситель требуемого количества ингредиентов, перемешивание и измельчение до дисперсности 0,03-0,5 мм. Полученную смесь термообрабатывают при 473-573 К. Для изготовления флюса используют технический хлорид натрия, хлорид калия и базальт Ровенского месторождения. Флюс в количестве 10-15% от массы расплава рафинируемого металла помещают на днище металлургической емкости, затем флюс расплавляют и в жидкий флюс подают расплав рафинируемого металла струей, перемешивающей жидкий металл с расплавленным флюсам. При этом флюс, имеющий меньшую плотность, чем расплав металла, всплывает на поверхность, проходя через всю толщу расплава металла, и взаимодействует с неметаллическими примесями, содержащимися в металле.
Заявленный флюс не содержит кристаллогидраты, поэтому предварительная обработка смеси хлорида натрия, хлорида калия и базальта при 473-573 К нецелесообразна, так как приведет к непроизводительному расходу энергоносителей, тем более, что после обработки при 473-573 К весь объем смеси плавят в металлургической емкости при более высокой температуре. При этом не регламентируются условия плавки флюса, в частности скорость плавления флюса и температура перегрева флюса над температурой плавления.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому решению является технология приготовления плавленых флюсов (монография: Напалков В.И., Махов С.В., Бобрышев Б.Л., Моисеев B.C. Физико-химические процессы рафинирования алюминия и его сплавов. - М.: Теплотехник, 2011. С. 342).
Согласно ближайшему аналогу, исходные компоненты флюса измельчают и взвешивают в соответствии с расчетным составом флюса. Первоначально расплавляют соли, составляющие основу флюса, после чего в расплав вводят остальные компоненты. Расплав флюса тщательно перемешивают и анализируют химический состав. Готовый флюс разливают в сухие изложницы или металлические контейнеры. Затем готовый флюс измельчают и затаривают.
К недостаткам известной технологии приготовления флюсов относятся:
- неизбирательный подход к плавлению компонентов флюса, особенно обладающих повышенной упругостью паров (летучестью), склонностью к пирогидролизу (взаимодействию с парами воды) при высокой температуре или содержащих кристаллогидраты галогенидов;
- отсутствие контроля над скоростью плавления флюса и температурой перегрева флюса выше температуры плавления.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является повышение эффективности производства галогенидсодержащих флюсов за счет контроля и регулирования последовательности и температурно-временных условий плавления компонентов флюса; улучшение экологической обстановки за счет применения данного флюса.
Техническими результатами предлагаемого способа являются:
- уменьшение потерь компонентов флюса за счет испарения и пирогидролиза (высокотемпературного взаимодействия галогенидов с парами воды) галогенидов и, как следствие, повышение выхода годного флюса;
- максимальное соответствие расчетного состава флюса фактически полученному при переплавке;
- снижение удельного расхода сырья и энергозатрат на получение плавленых флюсов;
- уменьшение выбросов газообразных хлоридов и фторидов.
Технический результат достигается тем, что в способе приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов, включающем взвешивание компонентов флюса, порционную загрузку в печь и плавление галогенидов, составляющих основу флюса, с последующим введением в расплав остальных галогенидов металлов, перемешивание расплава флюса, грануляцию жидкого флюса или кристаллизацию расплава и дробление флюса, согласно изобретению 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па плавят со скоростью нагрева 15÷40°C/мин, после чего в расплав флюса порциями вводят оставшиеся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, затем в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па.
Кроме того, в заявляемом способе предусмотрены следующие дополнительные действия.
При загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, температуру перегрева флюса над ликвидусом поддерживают не выше 80°C.
Комплексные галогениды металлов и бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, загружают в расплав с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе.
Также бинарные и комплексные галогениды металлов, содержащие кристаллогидраты, предварительно обезвоживают при 220÷300°C, при этом отношение площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи поддерживают не более 0,8.
Равновесные упругости пара галогенидов можно найти в справочной литературе, например «Напалков В.И., Махов С.В., Бобрышев Б.Л., Моисеев B.C. Физико-химические процессы рафинирования алюминия и его сплавов. - М.: Теплотехник, 2011. С. 342.» или «http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/12_obshchie_svedeniya/6054».
Техническая сущность заявляемого решения заключается в следующем.
В качестве исходных компонентов для получения галогенидсодержащего флюса предусматривается использование хлоридов и фторидов бинарных и комплексных металлов.
К бинарным хлоридам и фторидам металлов относят соли соляной (HCl) и фтористоводородной (HF) кислот, состоящие из одного вида ионов металла и соответствующего галогена (например, NaCl, CaCl2, AlF3).
Комплексные галогениды металлов - это твердые соединения, содержащие два или более вида ионов металлов и один тип атомов галогена (например, Na3AlF6, KMgCl3).
В заявляемом техническом решении предусматривается раздельное плавление хлоридов и фторидов металлов, в зависимости от их термической стойкости. В качестве параметра термической стойкости выбрана упругость пара галогенида. Термически более стойкие галогениды, равновесная упругость пара которых при 827°C менее 1330 Па, плавят в первую очередь. Это связано с тем, что на начальной стадии плавления флюса порошковая смесь галогенидов имеет большую удельную поверхность и, соответственно, повышенную степень испарения и пирогидролиза. Поэтому для снижения потерь флюса предусмотрено его порционное плавление. На первой стадии 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па плавят со скоростью нагрева 15÷40°C/мин. Заявленная высокая скорость нагрева компонентов флюса (15÷40°C/мин) на первой стадии плавления уменьшит его потери за счет испарения. Нижний и верхний пределы по скорости нагрева компонентов флюса зависят от количества переплавляемого флюса. Чем больше количество флюса, наплавляемого за одну плавку, тем объем первой партии ближе к 20% вес., а скорость нагрева компонентов флюса - к нижнему пределу: 15°C/мин.
Плавление 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с низкой упругостью пара при высокой скорости нагрева (15÷40°C/мин) позволит быстро получить расплав флюса с минимальными потерями. Последующее плавление оставшихся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с низкой упругостью пара проводят загружая порции галогенидов в расплав флюса. Такая загрузка уменьшает потери флюса за счет испарения и пирогидролиза.
После расплавления термически стойких галогенидов в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па. Предусматриваются следующие варианты использования флюсов:
- загружают комплексные галогениды металлов;
- загружают бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па;
- загружают комплексные галогениды металлов и бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па.
Загрузка указанных галогенидов непосредственно в расплав снизит потери легколетучих компонентов флюса. При этом необходимо поддерживать температуру перегрева расплава флюса над ликвидусом не выше 80°C, чтобы минимизировать потери галогенидов за счет испарения и пирогидролиза. Заявленная температура перегрева (не более 80°C) обеспечит достаточную жидкотекучесть флюса. Перегрев расплава флюса до более высокой температуры приведет, кроме того, к непроизводительному расходу энергоносителей.
Учитывая склонность термически нестойких комплексных галогенидов металлов и бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па к потерям при плавлении, их загружают в расплав с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе. Это обеспечит более точное соответствие расчетного состава флюса фактическому составу, полученному после переплавки порошковых галогенидов. Величина избытка термически нестойких галогенидов в интервале 2÷6% от расчетного зависит от свойств галогенидов и определяется экспериментальным путем.
Бинарные и комплексные галогениды металлов, содержащие кристаллогидраты, рекомендуется предварительно обезвоживать при 220÷300°C. Из кристаллогидратов, наиболее часто используемых для приготовления флюсов, используются карналлит KMgCl3⋅6H2O и бишофит MgCl2⋅6H2O.
Обезвоживание карналлита KMgCl3⋅6H2O при атмосферном давлении на воздухе протекает в две стадии. Первая - дегидратация шестиводного карналлита до двухводного (схема 1). Это превращение начинается при 85°C и заканчивается при 145°C. Вторая стадия - обезвоживание двухводного карналлита до безводного KMgCl3 - завершается при 190÷200°C (Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1987. - 320 с.: ил.).
Дегидратация бишофита MgCl2⋅6H2O протекает в три стадии и заканчивается образованием моногидрата хлорида магния MgCl2⋅H2O (схема 2) (Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1987. - 320 с.: ил.).
Более глубокое обезвоживание моногидрата хлорида магния MgCl2⋅H2O, то есть удаление последней молекулы кристаллизационной воды путем его дальнейшего нагревания на воздухе, сопровождается гидролизом хлорида магния с выделением в газовую фазу хлористого водорода HCl.
Поэтому дальнейшее удаление влаги из MgCl2⋅H2O на стадии предварительной дегидратации в воздушной атмосфере нецелесообразно.
В результате предварительного обезвоживания кристаллогидратов бинарных и комплексных галогенидов металлов при низких температурах (220÷300°C) минимизируются потери хлоридов и фторидов металлов вследствие пирогидролиза (высокотемпературного взаимодействия галогенидов с парами воды). В случае загрузки кристаллогидратов бинарных и комплексных галогенидов металлов без предварительного обезвоживания в расплав флюса неизбежен пирогидролиз хлоридов и фторидов металлов с участием в процессе практически всей влаги, содержащейся в кристаллогидратах. В результате увеличиваются потери хлоридов и фторидов, ухудшается экологическая обстановка.
Еще ограничение, направленное на уменьшение потерь флюса при его приготовлении, заключается в том, что отношение площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи поддерживают не более 0,8. Экспериментальным путем установлено, что при отношении площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи более 0,8 возрастают потери флюса благодаря испарению и пирогидролизу хлоридов и фторидов с увеличенной поверхности флюса. Для снижения потерь с поверхности расплавленного флюса желательно иметь минимальную площадь поверхности флюса при максимальном объеме расплава. Иными словами желательно, чтобы печь для плавления флюса была глубокой и с узкой горловиной. Как пример для тигельной газовой печи это отношение составляет 0,67.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- оба решения распространяются на технологию приготовления плавленых флюсов на основе галогенидов металлов;
- включают предварительное взвешивание компонентов флюса;
- порционную и последовательную загрузку в печь галогенидов металлов, перемешивание расплава флюса;
- кристаллизацию расплава и дробление флюса.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- при приготовлении флюса первоначально, со скоростью нагрева 15÷40°C/мин, плавят 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, после чего в расплав флюса порциями вводят оставшиеся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па;
- после плавления термически стойких галогенидов в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па;
- при загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, температуру перегрева флюса над ликвидусом поддерживают не выше 80°C;
- комплексные галогениды металлов и бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, загружают в расплав с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе;
- бинарные и комплексные галогениды металлов, содержащие кристаллогидраты, предварительно обезвоживают при 220÷300°C;
- отношение площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи поддерживают не более 0,8.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:
Известна технология плавки покровно-рафинирующего флюса, включающая:
- загрузку в печь части смеси хлористых солей и расплавление загруженной смеси;
- загрузку в жидкий флюс и расплавление оставшейся части хлористых солей;
- введение в готовый расплав фтористых солей - NaF и AlF3 при температуре 700-740°C с периодическим перемешиванием расплава до гомогенного состава;
- разливку готового флюса и его дробление.
Источник информации: Библиофонд. Электронная библиотека студента. Дипломная работа по химии: «Разработка нового состава флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния» Подраздел. 3.6.2 Технология плавки покровно-рафинирующего флюса С. 48.
В процессе анализа, проведенного с целью определения «уровня техники» по отобранному массиву, частично приведенному в разделе описания - «аналоги», выявлено, что отдельные признаки объекта защиты известны:
- известна порционная загрузка и плавление компонентов флюса с последующей догрузкой оставшейся части солей;
- известна последовательность приготовления флюса, при которой первоначально расплавляют соли, составляющие основу флюса, после чего в расплав вводят остальные компоненты;
- известны ограничения по температуре в процессе плавления флюсов.
В результате поиска и сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными или эквивалентными признаками предлагаемому решению, а именно:
- не выявлено, что при приготовлении флюса первоначально, со скоростью нагрева 15÷40°C/мин, плавят 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, после чего в расплав флюса порциями вводят оставшиеся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па;
- не установлено, что после плавления термически стойких галогенидов в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па;
- не найдено, что при загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, температуру перегрева флюса над ликвидусом поддерживают не выше 80°C;
- не выявлен факт загрузки в расплав комплексных галогенидов металлов и бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па, с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе;
- не выявлено ограничения отношения площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи на уровне не более 0,8.
Учитывая вышеизложенное и принимая во внимание то, что использование совокупности известных и неизвестных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение в объеме, представленном в формуле изобретения, позволило выйти на новый уровень в разработке перспективной технологии приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Соответствие заявляемого решения условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных опытов.
Пример 1. Обоснование количества бинарных галогенидов металлов (от 20 до 40% вес.) с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, которые плавят на первой стадии приготовления флюсов.
Готовят пять плавленых покровных флюсов на основе химически чистых порошков хлоридов натрия, калия и карналлита. Состав исходных хлоридов, % вес.: бинарные хлориды: NaCl=20,7; KCl=66,85; комплексный хлорид: KMgCl2=12,82 - взят с избытком в 3% вес. (избыток = 0,037 кг) от расчетного содержания во флюсе. Вес исходных хлоридов 10,037 кг. Готовят пять одинаковых смесей указанного веса и состава. Причем каждая смесь состоит из двух составляющих: первая - бинарные хлориды NaCl+KCl весом 8,755 кг, вторая - комплексный хлорид KMgCl3 весом 1,282 кг. Плавление проводят в тиглях из нержавеющей стали в шахтной печи сопротивления, нагретой до 730±10°C. Предварительно пустой тигель нагревают до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой печи. Затем в нагретый тигель загружают 0,8755 кг смеси бинарных хлоридов NaCl+KCl (10% вес. от общего веса NaCl+KCl) и фиксируют время до полного плавления флюса и нагрева до 730±10°C. Равновесная упругость пара при 827°C составляет: для NaCl ~ 107 Па, KCl ~ 199 Па, что существенно ниже 1330 Па. Исходя из времени плавления смеси NaCl+KCl, рассчитывают скорость нагрева смеси до 730±10°C. Далее в расплав флюса небольшими порциями загружают остальные 7,8795 кг смеси NaCl+KCl. Каждую порцию доводят до полного плавления, при этом фиксируют время. После полного плавления бинарных хлоридов NaCl+KCl расплав нагревают до 730±10°C и загружают в него 1,282 кг комплексного хлорида KMgCl3, полученного в результате предварительной дегидратации карналлита KMgCl3⋅6H2O при 230±10°C. Температура плавления полученного покровного флюса, в соответствии с диаграммой состояния системы NaCl - KCl - MgCl2 (Лебедев В.А., Седых В.И. Металлургия магния: учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2010. 174 с.), равна ~680°C. Температура перегрева флюса над ликвидусом составляет 50±10°C. Готовый флюс разливают в железную изложницу, охлаждают и взвешивают. Отбирают представительную пробу готового флюса и анализируют его химический состав. По результатам анализа рассчитывают фактический состав полученного флюса и сравнивают с расчетным (исходным) составом.
По аналогичной методике плавят оставшиеся четыре смеси хлоридов, изменяя при этом от 20% до 50% вес. количество бинарных хлоридов NaCl+KCl с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, первоначально загружаемых в нагретый тигель.
Результаты опытов приведены в таблицах 1, 2.
Из полученных результатов лабораторных опытов следует:
1. При первоначальном плавлении смеси бинарных хлоридов (NaCl+KCl) в количестве менее 20% вес. (опыт 1.1) увеличивается общее время приготовления флюса за счет большого количества порций при загрузке и плавлении оставшейся части бинарных хлоридов. Увеличенное время приготовления флюса приводит к дополнительным потерям компонентов флюса за счет испарения и пирогидролиза. В результате увеличивается расхождение фактического состава готового флюса от расчетного состава.
2. При первоначальном плавлении смеси бинарных хлоридов (NaCl+KCl) в количестве более 40% вес. (опыт 1.5) время приготовления флюса уменьшается. Но за счет плавления на начальной стадии 50% порошковой смеси (NaCl+KCl) с большой удельной поверхностью возрастают потери хлоридов, что приводит к снижению количества готового флюса и отклонению его состава от расчетного.
3. Флюсы, полученные в опытах 1.2, 1.3, 1.4, в которых количество бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па составляло от 20% до 40% вес., наиболее близки к расчетному (исходному) составу.
Пример 2. Обоснование скорости нагрева бинарных галогенидов металлов в пределах 15÷40°C/мин.
Готовят пять плавленых покровных флюсов состава, приведенного в примере 1, из пяти одинаковых смесей, состоящих из двух частей: первая - смесь NaCl+KCl весом 8,755 кг, вторая - KMgCl3 весом 1,282 кг. Во всех пяти опытах в нагретый тигель первоначально загружают 2,6265 кг порошковой смеси NaCl+KCl (30% вес. от общего веса NaCl+KCl) и нагревают до 730±10°C с различными скоростями: от 10 до 50°C/мин. Скорость нагрева смеси NaCl+KCl в этом опыте регулируют изменением мощности печи сопротивления. При этом фиксируют время до полного плавления флюса и нагрева его до 730±10°C. По времени нагрева до заданной температуры рассчитывают скорость нагрева. Также фиксируют общий расход электроэнергии на приготовление флюса. Далее, также как в примере 1, в расплаве NaCl+KCl плавят оставшиеся 70% вес. бинарных хлоридов NaCl+KCl и загружают в расплав 1,282 кг комплексного хлорида KMgCl3, полученного в результате предварительной дегидратации карналлита KMgCl3⋅6H2O при 230±10°C. Разливку и анализ готовых флюсов проводят аналогично описанному в примере 1.
Результаты опытов приведены в таблице 3.
При скорости нагрева смеси NaCl+KCl в первой загрузке 10°C/мин (опыт 2.1) увеличивается общее время приготовления флюса до 126 мин. В интервале скоростей нагрева 15÷40°C/мин (опыты 2.2-2.4) общее время приготовления флюса составляет от 73 до 99 мин. При скорости нагрева 50°C/мин (опыт 2.5) возрастают энергозатраты на плавление флюса вследствие увеличенной мощности печи для обеспечения заданной скорости нагрева. При высоких скоростях нагрева снижается коэффициент полезного действия печи сопротивления за счет дополнительных теплопотерь.
Кроме того, при приготовлении больших объемов плавленых флюсов (сотни кг) практически очень сложно обеспечить скорость нагрева более 40°C/мин вследствие низкой теплопроводности порошковых смесей галогенидов. При этом существенно возрастают энергозатраты на плавление флюса.
Пример 3. Обоснование последовательного плавления сначала бинарных галогенидов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, затем комплексных галогенидов металлов.
Готовят два плавленых покровных флюса на основе химически чистых порошков хлоридов натрия, калия и хиолита. Плавление проводят в тиглях из нержавеющей стали в шахтной печи сопротивления, нагретой до 710±10°C. Состав исходных хлоридов, % вес.: бинарные хлориды: NaCl=39,6; KCl=50,4; комплексный фторид - хиолит: Na5Al3F14=10,3 - взят с избытком в 3% вес. от расчетного содержания во флюсе, равного 10% вес. Вес исходных галогенидов для каждого флюса 5,015 кг, в т.ч. NaCl=1,98 кг; KCl=2,52 кг, Na5Al3F14=0,515 кг.
Опыт 3.1. Первый состав флюса плавят согласно заявляемой последовательности: сначала 30% вес. смеси NaCl+KCl со скоростью нагрева 25°C/мин с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 70% вес. смеси NaCl+KCl. Затем расплав нагревают до 710±10°C и загружают в него 0,515 кг хиолита. Температура плавления флюса NaCl+KCl+Na5Al3F14 указанного состава равна 640±5°C. Температура перегрева флюса над ликвидусом составляет 70±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Опыт 3.2. Второй флюс плавят, нагревая со скоростью 25°C/мин. 30% вес. смеси NaCl+KCl+Na5Al3F14 с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 70% вес. смеси NaCl+KCl+Na5Al3F14 при 710±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1. Результаты опытов приведены в таблице 4.
Из экспериментальных данных следует:
1. При введении комплексного галогенида (Na5Al3F14) в расплав бинарных галогенидов (опыт 3.1), по сравнению с плавлением комплексного галогенида в смеси с бинарными галогенидами (опыт 3.2), состав плавленого флюса более точно соответствует расчетному (исходному) составу.
2. Вес плавленого флюса в опыте 3.1 (4,965 кг) превышает вес флюса, полученного в опыте 3.2 (4,940 кг), что связано с меньшими потерями комплексного галогенида (Na5Al3F14) в газовую фазу за счет испарения и пирогидролиза. Это связано с тем, что в опыте 3.1 порошок хиолита загружали непосредственно в расплав с минимальным временем контакта порошка с воздухом. В опыте 3.2 порошок хиолита с большой удельной поверхностью плавили в смеси с бинарными галогенидами, что привело к увеличению потерь фторидов.
Пример 4. Обоснование последовательного плавления сначала бинарных галогенидов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, затем комплексных галогенидов металлов и бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C более 1330 Па.
Готовят два плавленых флюса на основе химически чистых порошков хлорида калия, хлорида натрия, хлорида цинка и карналлита. Расчетный состав исходного флюса, % вес.: бинарные хлориды: NaCl=33,0; KCl=42,0; ZnCl2=15,0; комплексный хлорид - KMgCl3=10,0%. Равновесная упругость пара хлорида цинка ZnCl2 достигает 1330 Па при 611°C, т.е. хлорид цинка - термически нестойкий бинарный хлорид. Хлорид цинка - взят с избытком в 4% вес. от расчетного содержания во флюсе. Количество обезвоженного карналлита KMgCl3 взято строго по стехиометрии. Вес исходных хлоридов для приготовления каждого флюса равен 5,03 кг, в т.ч.: NaCl=1,65 кг; KCl=2,10 кг; ZnCl2=0,78 кг; KMgCl3=0,50 кг.
Опыт 4.1. Первый состав флюса готовят согласно заявляемой последовательности: сначала 35% вес. смеси NaCl+KCl плавят со скоростью нагрева 20°C/мин с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 65% вес. смеси NaCl+KCl. Затем расплав нагревают до 710±10°C и загружают в него 0,78 кг хлорида цинка и 0,515 кг обезвоженного карналлита. При этом температуру расплава снижают до 670±10°C. Температура плавления флюса NaCl+KCl+ZnCl2+KMgCl3 указанного состава составляет около 605±5°C (Коршунов Б.Г., Сафонов В.В., Дробот Д.В. Диаграммы плавкости галогенидных систем переходных элементов: справочник / М.: Металлургия, 1977. 248 с., Chao-Jen Li, Peiwen Li, Kai Wang, Edgar Emir Molina. Survey of Properties of Key Single and Mixture Halide Salts for Potential Application as High Temperature Heat Transfer Fluids for Concentrated Solar Thermal Power Systems. AIMS Energy. Volume 2, Issue 2, 133-157. Published date 23 April 2014). Температура перегрева флюса над ликвидусом равна 65±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Опыт 4.2. Второй флюс готовят плавлением 35% вес. смеси NaCl+KCl+ZnCl2+KMgCl3, нагревая со скоростью 20°C/мин, с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 65% вес. смеси NaCl+KCl+ZnCl2+KMgCl3 при 710±10°C. Температурно-временной режим приготовления флюса полностью соответствует параметрам опыта 4.1. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1. Результаты опытов приведены в таблице 5.
Из экспериментальных данных следует:
1. В опыте 4.1, при введении комплексного галогенида - обезвоженного карналлита KMgCl3 и термически нестойкого бинарного хлорида цинка ZnCl2 в расплав бинарных хлоридов натрия и калия, вес и состав плавленого флюса более точно соответствует расчетному (исходному) весу и составу, по сравнению с опытом 4.2, где обезвоженный карналлит и хлорид цинка плавили вместе с хлоридом калия и хлоридом натрия.
2. В опыте 4.1 зафиксированы меньшие потери комплексного галогенида - обезвоженного карналлита и хлорида цинка в газовую фазу за счет испарения и пирогидролиза. Это связано с тем, что в опыте 4.1 порошки карналлита и хлорида цинка загружали непосредственно в расплав флюса с минимальным временем контакта порошка с воздухом. В опыте 4.2 порошки обезвоженного карналлита и хлорида цинка с большой удельной поверхностью плавили в смеси с бинарными галогенидами, что привело к увеличению потерь хлоридов.
Пример 5. Обоснование последовательного плавления сначала бинарных галогенидов с равновесной упругостью пара при 827°C менее 1330 Па, затем бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°C более 1330 Па. Готовят два плавленых флюса на основе химически чистых порошков хлорида калия, хлорида натрия и хлорида цинка. Расчетный состав исходного флюса, % вес.: бинарные хлориды: NaCl=25,0; KCl=41,0; ZnCl2=34,0. Равновесная упругость пара хлорида цинка ZnCl2 достигает 1330 Па при 611°C, т.е. хлорид цинка - термически нестойкий бинарный хлорид. Хлорид цинка взят строго по стехиометрии (без избытка). Вес исходных хлоридов для приготовления каждого флюса равен 5,00 кг, в т.ч.: NaCl=1,25 кг; KCl=2,05 кг; ZnCl2=1,70 кг. Температура плавления флюса NaCl+KCl+ZnCl2 указанного состава составляет 580±5°C (Коршунов Б.Г., Сафонов В.В., Дробот Д.В. Диаграммы плавкости галогенидных систем переходных элементов: справочник / М.: Металлургия, 1977. 248 с., Chao-Jen Li, Peiwen Li, Kai Wang, Edgar Emir Molina. Survey of Properties of Key Single and Mixture Halide Salts for Potential Application as High Temperature Heat Transfer Fluids for Concentrated Solar Thermal Power Systems. AIMS Energy. Volume 2, Issue 2, 133-157. Published date 23 April 2014).
Опыт 5.1. Первый состав флюса готовят согласно заявляемой последовательности: сначала плавят 35% вес. смеси NaCl+KCl со скоростью нагрева 20°C/мин с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 65% вес. смеси NaCl+KCl. Затем расплав нагревают до 710±10°C и загружают в него 1,70 кг термически менее стойкого хлорида цинка. При этом температуру расплава снижают до 650±10°C. Температура перегрева флюса над ликвидусом составляет 70±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Опыт 5.2. Второй флюс готовят плавлением 35% вес. смеси NaCl+KCl+ZnCl2, нагревая со скоростью 20°C/мин с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 65% вес. смеси NaCl+KCl+ZnCl2 при 710±10°C. Температурно-временной режим приготовления флюса полностью соответствует параметрам опыта 5.1. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Результаты опытов приведены в таблице 6.
Из экспериментальных данных следует:
1. В опыте 5.1, при введении термически нестойкого бинарного хлорида цинка в расплав бинарных хлоридов натрия и калия, вес и состав плавленого флюса более точно соответствует расчетному (исходному) весу и составу, по сравнению с опытом 5.2, где хлорид цинка плавили вместе с хлоридом калия и хлоридом натрия.
2. В опыте 5.1 зафиксированы меньшие потери в газовую фазу за счет испарения и пирогидролиза преимущественно хлорида цинка. Это связано с тем, что в опыте 5.1 порошок хлорида цинка загружали непосредственно в расплав флюса. В опыте 5.2 порошок хлорида цинка с большой удельной поверхностью плавили в смеси с бинарными галогенидами, что привело к увеличению потерь хлоридов.
Пример 6. Обоснование необходимости поддержания температуры перегрева флюса над ликвидусом не выше 80°C при загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°C более 1330 Па.
Готовят два плавленых флюса на основе химически чистых порошков бинарных галогенидов: хлорида меди (II), фторида натрия и фторида магния. Расчетный состав исходного флюса, % вес.: CuCl2=34,0; NaF=44,0; MgF2=22,0. Вес исходных бинарных фторидов для приготовления каждого флюса равен 5,00 кг, в т.ч.: CuCl2=1,700 кг; NaF=2,200 кг; MgF2=1,100 кг. Температура плавления флюса указанного состава по данным термогравиметрического анализа равна 720±10°C. Фториды, входящие в состав флюса, имеют низкие значения упругости пара. Равновесная упругость пара фторидов достигает 1330 Па при следующих температурах, °C: NaF=1452; MgF2=1917. Для хлорида меди равновесная упругость пара достигает 1330 Па при 435°C. В ходе приготовления флюсов фиксируют расход электроэнергии.
Опыт 6.1. Первый флюс готовят согласно заявляемой последовательности: сначала плавят 25% вес. смеси NaF+MgF2 со скоростью нагрева 25°C/мин с последующей порционной загрузкой в расплав оставшихся 75% вес. смеси NaF+MgF2. При этом температуру расплава поддерживают 850±10°C. Затем в расплав порциями вводят хлорид меди и при этом температуру флюса снижают до 770±10°C. Температура перегрева флюса над ликвидусом составляет 50±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Опыт 6.2. Второй флюс готовят аналогично первому, но температуру расплава при введении хлорида меди поддерживают 820±10°C. Температура перегрева флюса над ликвидусом составляет 100±10°C. Разливка, взвешивание и анализ готового флюса - аналогично описанному в примере 1.
Результаты опытов приведены в таблице 7.
Из экспериментальных данных следует, что при температуре перегрева флюса над ликвидусом 100±10°C (опыт 6.2), по сравнению с перегревом в 50±10°C (опыт 6.1), снижается выход готового флюса, в большей степени изменяется фактический состав флюса относительно расчетного, а также увеличиваются энергозатраты на приготовление флюса.
Таким образом, при внедрении предлагаемого решения обеспечивается:
- уменьшение потерь компонентов флюса за счет испарения и пирогидролиза галогенидов и, как следствие, повышение выхода годного флюса;
- максимальное соответствие расчетного состава флюса фактически полученному при переплавке;
- снижение удельного расхода сырья и энергозатрат на получение плавленых флюсов;
- уменьшение выбросов газообразных хлоридов и фторидов.
Claims (5)
1. Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов, включающий взвешивание компонентов флюса, порционную загрузку в печь и плавление галогенидов, составляющих основу флюса, с последующим введением в расплав остальных галогенидов металлов, перемешивание расплава флюса, грануляцию жидкого флюса или кристаллизацию расплава и дробление флюса, отличающийся тем, что 20÷40% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°С менее 1330 Па плавят со скоростью нагрева 15÷40°С/мин, после чего в расплав флюса порциями вводят оставшиеся 60÷80% вес. бинарных галогенидов металлов с равновесной упругостью пара при 827°С менее 1330 Па, затем в расплав флюса загружают комплексные галогениды металлов и/или бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°С более 1330 Па.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при загрузке в расплав флюса комплексных галогенидов металлов и/или бинарных галогенидов металлов, равновесная упругость пара которых при 827°С более 1330 Па, температуру перегрева флюса над ликвидусом поддерживают не выше 80°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что комплексные галогениды металлов и бинарные галогениды металлов, равновесная упругость пара которых при 827°С более 1330 Па, загружают в расплав с избытком 2÷6% вес. от расчетного содержания в готовом флюсе.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бинарные и комплексные галогениды металлов, содержащие кристаллогидраты, предварительно обезвоживают при 220÷300°С.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение площади поверхности расплавленного флюса в печи к полному объему флюса в печи поддерживают не более 0,8.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132124A RU2657680C1 (ru) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132124A RU2657680C1 (ru) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657680C1 true RU2657680C1 (ru) | 2018-06-14 |
Family
ID=62620121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017132124A RU2657680C1 (ru) | 2017-09-13 | 2017-09-13 | Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657680C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2113527C1 (ru) * | 1996-03-06 | 1998-06-20 | Донат Павлович Байбаков | Способ рафинирования алюминия и его сплавов |
| CN1275628A (zh) * | 1999-06-01 | 2000-12-06 | 曹启哲 | 一种铝合金覆盖清渣剂 |
| RU2203337C1 (ru) * | 2001-10-31 | 2003-04-27 | ООО "Промтрейдинтелл" | Флюс для алюминия и его сплавов |
| RU2547379C1 (ru) * | 2013-09-23 | 2015-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Металлургический флюс и способ его изготовления |
-
2017
- 2017-09-13 RU RU2017132124A patent/RU2657680C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2113527C1 (ru) * | 1996-03-06 | 1998-06-20 | Донат Павлович Байбаков | Способ рафинирования алюминия и его сплавов |
| CN1275628A (zh) * | 1999-06-01 | 2000-12-06 | 曹启哲 | 一种铝合金覆盖清渣剂 |
| RU2203337C1 (ru) * | 2001-10-31 | 2003-04-27 | ООО "Промтрейдинтелл" | Флюс для алюминия и его сплавов |
| RU2547379C1 (ru) * | 2013-09-23 | 2015-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Группа "Магнезит" | Металлургический флюс и способ его изготовления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НАПАЛКОВ В.И. и др. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ. М., ТЕПЛОТЕХНИК. 2001, с.342. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5445725B1 (ja) | Ａｌ−Ｓｃ合金の製造方法 | |
| Suzdaltsev et al. | Synthesis of aluminum master alloys in oxide-fluoride melts: a Review | |
| EA024674B1 (ru) | Способ получения низших хлоридов титана | |
| CN114945692A (zh) | 金属除去方法和金属回收方法 | |
| CN105039796A (zh) | 铝碲中间合金及其制备方法与应用 | |
| RU2507291C1 (ru) | Способ получения лигатуры алюминий-скандий | |
| RU2657680C1 (ru) | Способ приготовления галогенидсодержащего флюса для обработки алюминия и его сплавов | |
| Binz et al. | Development of secondary antimony oxides from metallurgical slags for the application in plastic products | |
| CN107058761B (zh) | 金属锂或锂合金中降除氮化物的方法 | |
| Hardmann et al. | Al-Ti-B Grain refining alloys from Al, B2O3 and TiO2 | |
| Vetrova et al. | Influence of alkaline earth metal cations on the charge transfer kinetics for the redox couple Ti (IV)/Ti (III) in a chloride–fluoride melt | |
| Kosov et al. | Interaction of erbium fluoride with alkali metal chloride–fluoride melts in synthesizing an Al–Er master alloy | |
| NO138056B (no) | Fremgangsm}te for fremstilling av dyrefor | |
| US4992096A (en) | Metallothermic reduction or rare earth metals | |
| RU2394927C2 (ru) | Способ получения титансодержащего алюминиевого сплава | |
| Stepanenko et al. | A comparative analysis of technologies for producing Al–3Ti–1B modifying master alloy | |
| RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
| Zhang et al. | The melting behaviour of aluminium smelter crust | |
| Kuznetsov | Electrochemical synthesis of novel niobium and tantalum compounds in molten salts | |
| Henry et al. | Solubility Data for Aluminum Reduction Systems | |
| US2805130A (en) | Process of producing boron halides | |
| Zaitseva et al. | Solid solutions in aluminum electrolytes with the participation of LiF | |
| MX2007006688A (es) | Produccion de polvos metalicos de valvulas. | |
| RU2754214C1 (ru) | Способ переработки магнийсодержащих отходов титано-магниевого производства | |
| US2497529A (en) | Process for production of magnesium base alloys containing zirconium |