Получение электротермического силумина

Из всех способов переработки силикоалюминия с высоким содержанием алюминия в наибольшей степени исследовано и получило применение в промышленности производство эвтектического силумина путем: а) разбавления силикоалюминия чистым алюминием и б) непосредственно из силикоалюминия методом фильтрации.
Способ разбавления силикоалюминия чистым алюминием до эвтектического силумина является наиболее простым к более экономически целесообразным по сравнению со сплавлением кристаллического кремния с алюминием. Этот способ позволяет сократить расход электролитического алюминия на го количество, которое содержится в силикоалюминии.

Как видно на рис. 109, при содержании в силикоалюминии 40% алюминия экономится 20% электролитического алюминия, а при 70% алюминия в электротермическом сплаве экономится 40% электролитического алюминия.
Следует отметить, что при использовании способа разбавления необходимо, чтобы силикоалюминии содержал как можно меньше примесей железа, титана, кальция и др.
Изготовление силумина способом разбавления производится примерно по следующей схеме. Силикоалюминий вначале рафинируют с целью удаления из него неметаллических примесей (окислов, карбидов, нитридов и др.). Рафинировка производится при температуре 1000—1200° С под слоем флюса примерно следующего состава: 44% криолита; 47% хлористого натрия; 9% хлористого калия. Для рафинирования применяют однофазные электрические печи мощностью 150 ква при вторичном напряжении от 12 до 22 в. В рафинировочные печи сплав заливают в жидком виде из дуговых восстановительных печей.
После рафинирования сплав в жидком виде поступает на смешение с чистым алюминием. Для смешения могут служить как электрические отражательные, так и газовые печи с поворотным механизмом. Смешение осуществляется под флюсом состава: 50,5% фтористого натрия, 45,5% фтористого калия и 4% криолита при температуре 750—800° С.
Полученный таким образом силумин содержит: 12,8% кремния; 0,5—0,45% железа, небольшое количество титана и кальция, остальное — алюминий.
Непосредственное получение силумина из сплава основано на разности температур застывания составляющих силикоалюминня. При застывании расплавленного силикоалюминия из него в первую очередь кристаллизуется кремний и железосоставляющие
типа Al3FeSi или Аl4FeSi3. Это будет происходить до тех пор, пока состав жидкой фазы не станет отвечать эвтектике для данного сплава, которая и будет затвердевать в последнюю очередь.
Таким образом, если при температуре образования эвтектики, равной 575° С, отделить жидкую фазу от твердой, то получим сплав эвтектического состава, который будет аналогичен промышленному сплаву — силумину.
Отделение твердой кремневой и железистой составляющих от эвтектической жидкой фазы лежит в основе получения силумина. Этот метод разделения фаз является наиболее эффективным и применяется в заводской практике. Для этой цели применяют специальный аппарат (рис. 110) периодического действия. Он состоит из фильтра вороночного типа, куда засыпают слой фильтрующего материала, и сосуда-ковша для сбора фильтрата.

В качестве фильтрующего материала могут быть использованы вещества, не вступающие в реакцию с расплавом: кварцевая крошка, базальтовая мелочь и др. Этот материал засыпают между двумя перфорированными стальными листами (толщиной 1,0—1,5 мм), имеющими достаточное количество отверстии диаметром около 2 мм Для протекания силумина. В зависимости от вязкости сплава определяют, толщину слоя фильтрующего материала и его грануляционный состав. Материал ковша должен выдерживать частые теплосмены и не взаимодействовать со сплавом при повышенных температурах. Во избежание застывания сплава и для ускорения скорости фильтрации обычно производят обогрев фильтрата и регулируют его температуру.
При отделении жидкой силуминной эвтектики от твердой кремнистой составляющей сплава в аппарате создается разность давлений вследствие образования разрежения в ковше или же создания давления над фильтруемым материалом.
Технология фильтрации сводится к следующему.
Силикоалюминий, выпущенный из печи, заливают в воронку фильтровального аппарата, где он постепенно остывает до температуры 578°С (определяемой с помощью термопары). Посте этого включают вакуум-насос (или компрессор) Силумин проходит через фильтр и скапливается на дне аппарата, а твердая кремнистая составляющая сплава остается на фильтре.
Выход силуминовой эвтектики в основном зависит от состава алюмокремниевого сплава и увеличивается с понижением в нем содержания кремния и железа. Пo данным Л.Н. Сергеева, выход силумина порядка 90% от теоретического получается в том случае, если объем твердых выделившихся кристаллов составляет около 10% от объема фильтруемого материала. Силикоалюминий с низким содержанием алюминия целесообразно фильтровать в два приема: сначала при температуре несколько более высокой чем эвтектическая, — для получения промежуточного сплава с содержанием кремния порядка 18—25%, который затем фильтруется вторично при эвтектической температуре — для отделения сплава, отвечающего по составу силумину.
Твердый остаток на фильтре (так называемый «фильтростаток») может содержать от 55 до 78% кремния; он является ценным материалом, который может быть использован как раскислитель в черной металлургии, в пиротехнике и для других целей. Свойства силумина с увеличением содержания в нем железа значительно ухудшаются. Частичная нейтрализация вредного действия железа в силумине может Сыть достигнута введением в пего небольших добавок марганца (0,3—0,5%) или хрома (0,4—0,6%). Особенно благоприятно влияет присутствие марганца, который резко повышает жидкотекучесть силумина. Это позволяет увеличить выход силумина при фильтрации, а отфильтрованный силумин получается вполне удовлетворительной кондиции.