Алюминий-сырец и способы его рафинирования

 

Алюминий, полученный в электролизных ваннах, называют алюминием-сырцом. Такой алюминий ещё не пригоден для использования в промышленности, так как он по содержанию примесей не отвечает принятым стандартам качества. Примеси, содержащиеся в алюминии-сырце, можно разделить на три группы: металлические, неметаллические и примеси газов.

Металлические примеси в алюминии-сырце - это железо, кремний, ванадий, никель, титан, хром, медь, натрий, калий и др. Наиболее велико содержание в сырце кремния и железа. Наличие каждого из этих двух примесей вызывает существенное изменение свойств алюминия: повышает вязкость алюминия в жидком состоянии, увеличивает его электрическое сопротивление, твердость и предел прочности на разрыв, снижает пластичность и коррозионную стойкость.

Одно из важнейших свойств алюминия – электропроводность. Металлы по степени их влияния на электропроводность алюминия можно разделить на три группы:

I - медь, цинк, никель, бериллий не оказывают значительного влияния на электропроводность алюминия;

II - железо, кремний, магний весьма ощутимо снижают электропроводность алюминия;

III - ванадий, титан, марганец, хром резко снижают электропроводность алюминия даже при незначительном содержании; первый из них – ванадий оказывает наибольшее влияние, так как поступает в электролизёр с глинозёмом и углеродными материалами в довольно значительных количествах.

Из неметаллических примесей в алюминии могут присутствовать оксид алюминия (глинозём), фтористые соли, углерод, карбид и нитрид алюминия. Даже тысячные доли процента этих примесей ухудшают механические и литейные свойства алюминия и снижают его коррозионную стойкость.

Из газов в алюминии присутствуют преимущественно водород (более 80%), а также диоксид углерода, сернистый газ, кислород и азот. Суммарное их содержание в алюминии-сырце составляет 0,10-0,50 см³ на 100 г алюминия. Газы, содержащиеся в алюминии, ухудшают его физико-механические свойства, вызывают образование пор, раковин, пузырьков, что отрицательно влияет на изделия проката и литья.

Очистка алюминия-сырца от взвешенных неметаллических включений и газов производится в промышленных условиях следующими методами: продувкой инертными газами, обработкой флюсами, выдержкой под разрежением, отстаиванием и фильтрацией. Рассмотрим некоторые из них.

Отстаивание - простейший способ рафинирования алюминия-сырца от твёрдых и газообразных примесей. Расплавленный алюминий отстаивается при сравнительно небольшой температуре (700-750°С). В процессе отстаивания легкие частицы примесей всплывают на поверхность металла, а тяжелые оседают на дно. Одновременно происходит удаление части растворенного в металле газа. Пузырьки газа адсорбируются преимущественно на частицах взвешенных в расплаве примесей (оксидов) и вместе с ними всплывают на поверхность. Оптимальное время отстаивания 30-45 мин; более длительное отстаивание или повышение температуры металла приводят к дополнительному его окислению.

Рафинирование инертными газами. В качестве инертных газов применяют азот, аргон или смесь газов. Газ продувают снизу через всю толщу расплава, при этом с пузырьками инертного газа удаляется растворенный в металле водород. Всплывающие пузырьки встречают на пути движения вверх взвешенные неметаллические включения и выносят их на поверхность. Наиболее доступный газ – азот, он инертен по отношению к алюминию при температуре в пределах 700ºС и весьма широко применяется в промышленности. Время азотирования 3-5 мин, расход азота порядка 700-750 л на 1 т металла. Широкое распространение находит также аргон.

Рафинирование флюсами. Этот метод основан на извлечении неметаллических примесей из расплава путем их взаимодействия с расплавленными солями. Механизм такого взаимодействия различен в зависимости от применяемого флюса. Взвешенные неметаллические включения могут растворяться расплавленными солями, могут химически взаимодействовать с ними или сорбироваться, т.е. оседать на поверхности корольков расплавленной соли. Эффективность очистки достигается лишь в том случае, если флюсы смачивают неметаллические включения лучше, чем металл. В результате смачивания размер включений увеличивается и они всплывают с большей скоростью, чем до обработки флюсом.

Кроме того, для очистки расплава от неметаллических включений используются различные типы фильтров: фильтры из стеклосетки (например, из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла), из пенокерамики, насыпные и керамические трубчатые. Фильтры из стеклоткани, закреплённые на каркасе, устанавливают на участке перелива расплава – в распределительной воронке, в лунке слитка и т.д. Алюминиевые расплавы не проходят через стеклоткань с размерами ячейки менее 0,5×0,5 мм, что определяет минимальный размер ячейки. Поэтому с помощью фильтров из стеклоткани можно отделить только грубые включения, размер которых больше размера ячейки сетки.

Таблица 10.1

Химический состав товарного алюминия, %

( примесей металлов, % не более)

 

Марка Al, не менее Fe Si Cu Zn Ti Примесь (каждая другая) Сумма примесей
А8 А7 А7Э А7Е А6 А5 ASE А0 99,80 99,70 99,70 99,70 99,60 99,50 99,50 99,00 0,12 0,16 0,20 0,20* 0,25 0,30 0,35* 0,50 0,10 0,15 0,10 0,08 0,18 0,25 0,10 0,50 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,05 0,04 0,04 0,03 0,04 0,05 0,06 0,04 0,10 0,01 0,01 0,04 0,01** 0,02 0,02 0,015** 0,02 0,02 0,02 0,03 0.02 0,03 0,03 0,02 0,03 0,20 0,30 0,30 0,30 0,40 0,50 0,50 1,00

*Fe – не менее 0,18%. **Для суммы Ti+V+Mn+Cr

 

Более тонкая очистка расплава достигается путём применения кусковых насыпных фильтров и проницаемых для расплавленного металла керамических фильтров. В первом из них фильтрацию проводят через слой дроблёного мелкокускового материала с узким интервалом крупности при условии, что он смачивается жидкими включениями. Установлено, что для обеспечения необходимой скорости прохождения жидкого металла через кусковой фильтр размер зерна не должен быть меньше 4-6мм.

Качество электролитического алюминия и его сплавов регламентируется целым рядом отечественных и международных стандартов. Приведём в качестве примера сведения из ГОСТ 11069-2001 на алюминий первичный и из ТУ 48-5-287-64 на алюминий электротехнический марки А7Э (таблица 10.1).

В табл. 10.1 приведены основные сорта алюминия, применяемые отечественной и зарубежной промышленностью, и ограничения их состава по металлическим примесям.

 






Дата добавления: 2016-06-18; просмотров: 3660; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.01 сек.