РОЗРОБКА МЕТОДУ ОТРИМАННЯ АЛЮМІНІЄВО-ЦИРКОНІЄВОЇ ЛІГАТУРИ МЕТАЛОТЕРМІЧНИМ СПОСОБОМ ІЗ ФТОРИДНО-ХЛОРИДНОГО РОЗПЛАВУ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2024-4-4Ключові слова:
лігатура, алюміній, цирконій, алюмінотермія, фторидно-хлоридний розплав, флюс, вилучення.Анотація
Мета роботи. Розробка методу промислового отримання алюмінієво-цирконієвих лігатур металотермічним способом із фторидно-хлоридного розплаву.
Методи дослідження. Експериментальний метод отримання лігатури. Спектрометричний аналіз. Теоретичний аналіз.
Отримані результати. Розроблено метод промислового отримання алюмінієво-цирконієвих лігатур металотермічним способом із фторидно-хлоридного розплаву. Алюмінотермічне відновлення оксиду цирконію з метою отримання алюмінієво-цирконієвих сплавів було вибрано як найбільш економічно доцільний метод. Наведено результати дослідно-промислового виробництва лігатури та вплив технологічних параметрів на техніко-економічні показники процесу. Проведено лабораторні випробування для оцінки оптимальних технологічних параметрів процесу алюмотермії. На отриманих металевих зразках виконувалося спектрометричне визначення вмісту цирконію та проводився розрахунок повноти його вилучення. На основі отриманих результатів була обрана принципова технологічна схема для отримання лігатури з вмістом цирконію 5%. Встановлено, що зі зменшенням температури нагріву розплаву флюсу вилучення цирконію в алюмінієвий розплав збільшується. З метою підвищення вилучення цирконію було запропоновано введення флюсу для отримання алюмінієво-цирконієвої лігатури в роздавальну піч до введення в розплав алюмінію алюмінієво-цирконієвої лігатури.
Наукова новизна. Показано, що найбільша розчинність оксиду цирконію в кріоліті спостерігається при кріолітному числі рівному 3,0. Це підтверджує, що розчинником оксиду цирконію (як оксиду алюмінію) є іон AlF6+. При зниженні температури процесу та збільшенні часу перемішування розплаву вилучення цирконію в лігатуру зростає. При вивченні різних способів введення шихти в піч максимальне вилучення цирконію в лігатуру в лабораторних дослідах досягнуто при введенні алюмінієвих гранул у сольовий розплав і досягало 92–93%. Попередня обробка розплаву алюмінію в роздавальній печі флюсом від отримання алюмінієво-цирконієвої лігатури дозволяє досягти 99,5% вилучення цирконію із ZrO2.
Практична цінність. Наведено результати дослідно-промислового виробництва алюмінієво-цирконієвої лігатури металотермічним способом із фторидно-хлоридного розплаву на наявному пічному устаткуванні заводу з виробництва провідниково-кабельної продукції ТОВ «Крок ГТ» та вплив технологічних параметрів на техніко-економічні показники технологічного процесу промислового отримання лігатури.
Посилання
Juneja, J. M. (2002). Preparation of aluminium-zirconium master alloys. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 9(June), 187-190.
Kubináková, E., Danielik, V., & Híves, J. (2019). Al–Zr alloys synthesis: Characterization of suitable mul-ticomponent low-temperature melts. Journal of Materials Research and Technology, 8(6), 6053-6061. doi: 10.1016/j.jmrt.2019.10.088.
Knych, T., Piwowarska-Uliasz, M., & Uliasz, P. (2014). Aluminium alloys with zirconium additions, in the range from 0.05 to 0.32%, intended for applications in the overhead electrical power engineering. Archives of Metallurgy and Materials, 59(1), 313–317. doi: 10.2478/amm-2014-0056.
Kolobov, G.A., Karpenko, A.V. (2016). Refining of light rare, rare earth and radioaktive metals. Problems of Atomic Science and Technology, 1, 3-9.
Titov, O. O., Novichkov, V. Kh., Stepareva, N. M., & Opolchenova, N. L. (2004). Doslidzhennya elektrohimichnogo otrymannya splavu magnii-neodym iz oksiftoridnyh sered. Kolyorovi metaly, 8, 49–52.
Feng, N., Zhao, K., Wang, Y., Peng, J., & Di, Y. (2019). Method for preparing titanium or titanium alumi-num alloy and byproduct-titanium-free cryolite through two-stage aluminothermic reduction. European Patent №. 3327154B1. C22B 34/12, C22B 5/04. Published 17.07.2019, Bulletin 2019/29.
Birol, Y. (2015). Process for producing improved grain refining aluminum-titanium-boron master alloys for aluminum foundry alloys. U.S. Patent № 8992827B2. C22C I/05, C22C I/04. Published 31.03.2015.
Liu, F., Ding, C., Tao, W., Hu, X., Gao, B., Shi, Z., & Wang, Z. (2017). Preparation of Aluminum-Zirconium Master Alloy by Aluminothermic Reduction in Cryolite Melt. JOM: The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 69(12). doi:10.1007/s11837-017-2548-7.
Ri, E. H., Ri, H., Khimukhin, S. N., Ermakov, M. A., Khimukhin, T. S. (2018). Production of aluminum alloys modificator from ligature. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13, (4), 1265-1271. ISSN 1819-6608.
Shcheka, I. A., & Karlysheva, K. F. (1972). Khimiya gafniya. Kyiv: Naukova Dumka, 456 .
Clark, R. J. H., Bradley, D. C., Thornton, P. (2018). The Chemistry of Titanium, Zirconium and Hafnium Pergamon Texts in Inorganic Chemistry. – 150. ISBN: 9781483159218.
Likhatskyі, I.F., Voron, M., Mikhalenkov, К.V. (2020). World experience of aluminum master alloys application and advanced Ukrainian developments in this field. Metal and Casting of Ukraine, 28(4), 63–68. doi: 10.15407/steelcast2020.04.063.
Lushchin, S.P., Borkovskih, A.V., Borkovskih, M.V. (2018). Analysis of electrotechnical properties of innovative high-temperature wires for overhead power transmission lines. Electrical engineering and power engi-neering, 2, 37-44. doi: 10.15588/1607-6761-2018-2-4.
IEC 62004. (2007) Thermal-resistant aluminium alloy wire for overhead line conductor. first edition 2007-02. International electrotechniсal commission, 16.
ASTM B941-16. Standard Specification for Heat Resistant Aluminum-Zirconium Alloy Wire for Elec-trical Purposes, 4.
Posypaiko, V. I., & Alekseeva, E. A. (1977). Dia-grammy plavkosti solevykh system. Metallurgiya, 415.
Hansen, M., Aderko, K. M. (1962). Struktury dvojnyh splavov. T.1. Gos. nauch.-teh. izd-vo lit-ry po cher. i cvet. metallurgii, 608.
Murray, J. A. Peruzzi, A., Abriata, J.P. (1992). The Al – Zr (Aluminum – Zirconium) System. J. of Phase Equilibria. 13(3), 277 – 291.
Massalski, T. B. (1990). Binary alloy phase dia-grams (2nd ed.). Ohio, USA: ASM International Materials Park, 3503.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
