202932. lajstromszámú szabadalom • Eljárás 2-22 tömegszázalék szilíciumot tartalmazó alumínium-szilícium ötvözet előállítására
1 HU 202 932 B 2 um feloldásával egyidejűleg inert gázsugárral az olvadék síkja alá történő bevezetésével a finom szilíciumfrakció olvadékba történő eloszlása kedvezőbb, ami azt jelenti, hogy az olvadékban az egészen finom szemcsék is gyorsabban feloldódnak, mielőtt azok az olvadék felszínére úsznának. Az inert gáz ezenkívül az olvadékba történő becsapódáskor gondoskodik arról, hogy a nem-fémes zárványok, azaz a hidrogén és az alumíniumoxid az olvadékból eltávozzon. Azáltal, hogy a 0,3-1 mm-es szemcseméretű kristályos szilíciumot báriumkloriddal és valamilyen folyékony közeggel összepréseljük, olyan préselt anyagot kapunk, amelynek sűrűsége nagyobb, mint az olvadék sűrűsége, így biztosítható az, hogy a 0,3-1 mm-es szemcseméretű szilícium ne jusson a felolvadást megelőzően az olvadék felszínére. Ezzel az eljárással lehetőség van tehát arra, hogy a 20-50 mm-es szemcseméretű kristályos szilícium-frakció és a 0,3-1 mm-es szemcseméretű kristályos szilícium-frakció együtt oldódjon fel az alumíniumban. A folyékony közeg alkalmazása lehetővé teszi, hogy csökkentsük az alumínium-szilícium- olvadékban a hidrogén és alumíniumoxid tartalmat. A találmány szerinti eljárás előnye tehát az, hogy az eljárás során a felhasználás szempontjából legoptimálisabbnak tekinthető 20-50 mm-es szemcseméretű szilíciumrészecskék kerülnek felhasználásra, ugyanakkor azonban a szilícium-veszteség azáltal csökken, hogy a 0,3-1 mm-es szemcseméretű frakciót is felhasználjuk. Mint ahogy arra már a korábbiakban utaltunk, a 20- 50 mm-es szemcseméretű szilícium-frakció kitermelési hatásfoka 95% körül van, míg a 0,3-1 mm-es szemcseméretű szilícium kristály-frakciójé 4,5%. A korábbi eljárások során a 0,3-1 mm-es szemcseméretű frakciót az alumínium-szilícium-ötvözetek előállításánál nem használták föl, ez tehát egyértelmű veszteséget jelentett. A találmány szerinti eljárás ezt a 0,3-1 mm-es szemcseméretű frakciót optimálisan használja föl. A találmány szerinti eljárás során a kristályos szilícium feloldását folyékony alumíniumban 780-820 °C- on végzik el. Ez a hőmérséklet-tartomány legoptimálisabban ívfényes kemencében valósítható meg, ahol lehetőség van arra is, hogy magát az ötvözetet is a kemencében állítsuk elő. A találmány szerinti eljárás során a 0,3-1 mm-es szemcseméretű kristályos szilícium-frakció tartománya 3-10% az adagban lévő szilícium össztömegére vonatkoztatva. Ha ez a százalékérték 3%- nál kisebb, úgy a kihasználtsági fok nem megfelelő, ha viszont a 0,3-1 mm-es szemcseméretű szilícium-frakció 10%nál nagyobb értékben kerül bevezetésre, az az inert gáz fogyasztást növeli meg jelentősen. A találmány szerinti eljárás egyik foganatosítási módjánál a 20-50 mm-es szemcseméretű kristályos szilícium-frakcióhoz a 0,3-1 mm-es szemcseméretű frakciót 80-85:20-15% tömegarányban vezetjük be. Ha a 0,3-1 mm-es szemcseméretű kristályos szilíciumfrakcióból a felső határértéknél nagyobb arányt alkalmazunk, az azért nem jó, mert az összepréselésnél alkalmazott báriumkloridból, illetőleg folyékony anyagból is többet kell alkalmazni, amely az olvadék viszkozitásának nemkívánatos növekedéséhez vezet. Ha pedig a 0,3-1 mm-es szemcseméretű kristályos szilíciumból az alsó határérték alatti mennyiséget alkalmazunk, akkor lényegében a találmány szerinti megoldás nem fejti ki azokat a hatásokat, amelyeket elvárunk tőle. A továbbiakban a találmány szerinti eljárás során javasoltuk azt, hogy a 0,3-1 mm-es szilícium-frakció bárium-kloriddal és folyadékkal 7:1-2:1-3 értékben van préselve. Az alsó határérték megválasztásánál azt vettük figyelembe, hogy ily módon érhető el az összepréselt anyag minimális sűrűsége, amely azonban még mindig nagyobb, mint a folyékony alumínium sűrűsége (ti—2,4 g/cm3, 72-2,48 g/cm3, ahol 71 - a folyékony alumínium sűrűsége és 72 - az összepréselt anyag sűrűsége). A báriumklorid és folyékony közeg felső határértékét azoknak a szempontoknak a figyelembevételével állapítottuk meg, hogy mekkora lehet még az a báriumklorid ill. folyékony közeg- tartalom, amely nem okozza az olvadék viszkozitásának nemkívánatos nagyságát, és ezzel egyidejűleg természetesen a folyékony közegnek nem hatékony fölhasználását. A találmány szerinti eljárást, amely tehát 2-22 tömegszázalék szilíciumot tartalmazó alumínium-szilícium ötvözetek előállítására szolgál, a továbbiakban példakénti foganatosítási mójai segítségével ismertetjük részletesebben. Első lépésben tehát felaprítjuk a szilíciumot, és az aprított kristályos szilíciumot 20-50 mm-es szemcseméretű és 0,3-1 mm-es szemcseméretű frakciókra osztályozzuk. A 20-50 mm-es szemcseméretű frakciót ívfényes kemencébe vezetjük. Ezt követően a kemencébe helyezzük a szükséges mennyiségű folyékony alumíniumot, amelynek hőmérséklete 780-820 “C. Ezen a hőmérsékleten történik azután a folyékony alumíniumnak a 20-50 mm-es szemcseméretű szilíciumfrakcióval történő összekeverése, és annak az alumíniumban történő felolvadása, és ily módon nyerjük az alumínium-szilícium olvadékot. A keverés történhet például a Garborundum-cég által gyártott centrifugál szivattyú segítségével, vagy gázdinamo-szivattyúkkal, amely mindkettő valamilyen elektromágneses keverőberendezés részét képezi. Ilyen komplett berendezést ismertet A.D. Andreev, V.B. Gogin, G.S. Makarov a „Nagyteljesítményű olvasztóberendezések alumíniumötvözetekhez” c. könyvében, annak is a 89-95. oldalán, amely könyv a „Metallurgia” kiadó kiadásában jelent meg 1980-ban, Moszkvában. A 20-50 mm-es szemcseméretű kristályos szilícium-frakció feloldásával egyidejűleg az adagban lévő szilícium tömegére vonatkoztatva 3-10 tömegszázalék 0,3-1 mm-es szemcseméretű szilícium-frakciót is bevezetünk a kemencébe, ez utóbbit inert gáz segítségével, amely inert gáz lehet például nitrogén, argon, stb. Ez utóbbi frakciót az inert gáz segítségével az olvadék 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
