Исследование и разработка технологии алюминотермического получения алюминиево-циркониевой лигатуры из оксида циркония в хлоридно-фторидных расплавах

• Автор: Попов, Денис Андреевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Аналитический обзор литературы.

1.1 Общие сведения о лигатурах.

1.2 Производство циркониевых лигатур

1.3 Взаимодействие жидкого алюминия с цирконием.

1.4 Растворимость циркония в алюминии.

1.5 Лигатура А1г.

2 Изучение растворимости Ъх в солевой системе ЫаРА1РЗ.

3 Основы термодинамики процесса алюминотермического восстановления циркония из оксида циркония в солевых расплавах.
4 Основы кинетики процесса алюминотермического восстановления циркония из оксида циркония в солевых расплавах
5 Изучение влияния различных технологических факторов на извлечение циркония в лигатуру.
5.1 Влияние способа загрузки шихты
5.1.1. Жидкий алюминий жидкий флюс.
5.1.2. Твердый алюминий твердый флюс.
5.1.3. Жидкий алюминий твердый флюс
5.1.4. Твердый алюминий жидкий флюс
5.2 Влияние температуры и времени перемешивания расплава на извлечение циркония в лигатуру.
5.3 Влияние хлорида калия на проведение процесса алюминотермического восстановления циркония.
6 Опробование технологии получения алюминиевоциркониевой лигатуры в опытно промышленных условиях
6.1 Расчет баланса по металлу.
6.2 Расчт материального баланса
6.3 Результаты опытнопромышленных испытаний
7 Расчет калькуляции себестоимости алюминиевоциркониевой лигатуры
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
Список использованных источников


Изучение влияния температуры процесса, времени выдержки расплава, состава и исходного агрегатного состояния шихты на извлечение циркония в лигатуру. Разработка эффективной технологической схемы производства алюминиевоциркониевой лигатуры из оксида циркония. В диссертации получены следующие научные результаты. Впервые определены значения растворимости оксида циркония в расплаве солей NaF-AlF3, взятых в мольном соотношении 2-4 и установлено, что ее максимальное значение (2,2%) достигается только при отношении NaF/AlF3 равном 3/1. На основании теоретического анализа и термодинамических расчетов реакций, протекающих в системах Zr-KF-A1F3, Zr-NaF-AlF3-KCl и Na(K)2ZrF6-Al определен интервал температур и значения энтальпии и энтропии образования фторцирконатов натрия и калия и выявлена тенденция увеличения степени извлечения циркония в лигатуру при снижении температуры процесса восстановления. Экспериментально обнаружен эффект снижения температуры образования фторцирконатов калия и натрия при взаимодействии компонентов в системе Zr-NaF-AlF3 -Al в присутствии КС1, что может быть связано с образованием легкоплавкой эвтектики Na3AlF6-KCl. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на -й научной конференции молодых ученых МИСиС, г. Москва ( г); IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Взаимодействие науки и литейно-металлургического производства», г. Самара ( г); Третьей Международной Конференции и Выставки " Алюминий-/Литье", Санкт-Петербург ( г). Основное содержание работы опубликовано в рекомендованных ВАК изданиях - 2, в сборниках тезисов докладов научных конференций - 3, всего - 5 научных работ, получены 1 ноу-хау, 1 Российский и 1 Международный патенты. Лигатурой называют промежуточный сплав, содержащий в достаточно большом количестве легирующий металл, добавляемый в расплав для получения требуемого химического состава, структурных и технологических свойств отливок и слитков. Как правило, лигатуры для алюминиевых сплавов содержат только один легирующий компонент, но иногда готовят и тройные лигатурные сплавы. Состав сложных лигатур подбирают таким образом, чтобы обеспечить получение нужного химического состава сплава в заданных пределах по каждому легирующему компоненту [ 1 ]. Применение лигатур необходимо из-за малой скорости растворения тугоплавких компонентов в чистом виде в жидком алюминии, а также из-за повышения степени усвоения легкоокисляющихся легирующих элементов. В алюминиевых лигатурах легирующий компонент находится в виде кристаллов интерметаллических соединений. Учитывая характер распределения компонента в лигатурных материалах и скорость растворения его в расплавах алюминия, можно получить заданное содержание легирующего компонента в сплаве добавлением в твердую шихту или непосредственно в расплав определенного количества лигатуры. Благодаря этому алюминиевые сплавы не нужно перегревать до высокой температуры, в результате уменьшается угар основного и легирующего металла. Применение лигатур с легкоплавкими элементами позволяет снизить потери последних на испарение и окисление. С помощью лигатур в расплав значительно легче ввести элементы с резко отличной от основного расплава температурой плавления, с высокой упругостью паров, легко окисляющиеся при температурах приготовления расплава, а также в тех случаях, когда введение легирующего элемента непосредственно в расплав сопровождается сильным экзотермическим эффектом, приводящим к значительному перегреву расплава, или когда испарение легирующего элемента сопровождается выделением токсичных паров в атмосферу цеха. Поскольку лигатура представляет собой промежуточный сплав, то к ней не предъявляют требований в отношении каких-либо механических свойств. Достаточно низкая температура плавления лигатуры (ия), что позволит обеспечить минимальную температуру присадки элемента, которая на 0-0 °С выше температуры ликвидуса (ТД. Низкая температура ликвидуса лигатуры способствует быстрому растворению легирующего элемента и его однородному распределению по объему расплава, особенно при условии достаточно интенсивного и равномерного перемешивания последнего. Из табл.