CN102296193A - 一种将合金元素加入铝液中的方法及合金元素添加袋 - Google Patents

Abstract

一种在铝工业熔铸过程中添加合金元素的方法及其添加合金元素所使用的合金元素添加袋。所述方法是：将所要添加的合金元素粉末装入铝箔袋中，并真空封装，将所述合金元素添加袋投入铝液中。所述合金元素添加袋的结构是，用铝箔袋盛装铝合金生产所需添加的合金元素粉末，袋内部抽真空。本发明可显著提高合金元素的熔化速度，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种将合金元素加入铝液中的方法及合金元素添加袋

技术领域

本发明涉及铝合金熔铸过程中合金元素的加入方法和用来加入合金元素的合金元素添加袋。

背景技术

在铝合金的生产过程中，往往需要加入少量的锰、铁、硅、镁、铜等合金元素来达到所需要的化学成分。这些合金元素的添加主要通过中间合金或合金元素粉末来进行。由于中间合金中合金元素的含量较低，一般在5-25％，使得合金化的成本较高。所以，使用合金元素粉末越来越普遍。

目前，在铝合金的熔铸过程中，将金属粉末加入铝液中，主要有两种方法：一种是喷吹法加入纯金属粉末；另一种是将金属粉末和其它助熔剂混合后压成块，再加入到铝液中。喷吹法加入纯金属粉末往往需要一套较复杂的设备：通过氮气、氩气或其它惰性气体将金属粉末吹入到铝液中，而不是将粉末直接投入。若将金属粉末直接投入炉内，可能会有一部份粉末散浮在熔液表面，混在熔渣中，造成金属粉末流失，影响合金元素的熔化效果，降低收得率。由于设备的限制，这种加入纯金属粉末的方法也受到很大程度的限制。因此，目前广泛应用的合金化方法是将金属粉末和其它助熔剂混合后压成块——也即所谓的铝合金添加剂——再加入到铝液中。

铝合金添加剂由合金元素粉末、助熔剂和粘结剂组成。合金元素粉末的含量一般为70％至85％，助熔剂的含量为15％至30％，粘结剂只需很少量，0.5-2.0％。加工过程为将各组分粉末均匀混合后，在高压下压成饼状。饼块的大小可以由50克到1500克不等。

自饼状合金添加剂问世以来，得到熔铸工业界的大力欢迎。这种添加剂使用方便，饼块很容易投入到熔炼炉中，不需要特别的设备。饼块有相当大的比重，投入到金属溶液中后自然下沉，避免了粉末散浮在熔液表面。合金添加剂中合金元素含量很高，与合金元素只有5-25％的中间合金相比，将节省很大的储运开支，所以合金添加剂具有更高的成本优势。但是，将添加剂做成饼块，使添加剂的熔化速度受到了一定限制。饼状添加剂加入到铝液中，先要分散开才能熔化。如果分散太慢或分散不开，自然就影响了添加剂的熔化速度。它的分散速度和分散程度都受到其成分和加工工艺的影响。

铝合金添加剂的组成主要有合金元素粉末和助熔剂。助熔剂可以是铝粉，也可以是熔剂，如氯化钾、氟铝酸钾等，也可以是铝粉和熔剂的混合物。用纯铝粉做助熔剂应该是首选。主要体现在两个方面。铝粉熔化后回归到铝液里，物尽其用；更重要的是，铝粉熔化后促进了合金元素的熔化。合金元素的熔点都比较高，比如铁的熔点超过1500度；锰的熔点接近1250度；而铝液的温度只有不到750度。合金元素不能在铝液中直接熔化。大量的研究表明，这些合金元素是通过与铝液发生化学反应形成金属间化合物熔入铝液中。以合金元素锰为例，当锰剂添加到铝液中，锰粒子首先和铝液产生化学反应，生成金属间化合物MnAl₄。铝粉作为助熔剂，起到两个作用：一是作为分散剂。添加剂加入到铝液中，其中的铝粉首先熔化，形成铝珠，体积增大，将压实的添加剂饼块胀开，并使之分散。二是作为反应剂。铝粉一旦熔化成铝珠，马上和与它接触的合金元素粉末起反应，促进了合金元素的熔解。

但是，铝粉作为助熔剂也有它的局限性。铝粉和合金元素粉末的混合物必须在非常高的压力下才能压合在一起。但是压得很紧的饼块加入到铝液中不容易分散开，必须要等到里面的铝粉先熔化了。这势必要延长添加剂的熔化时间。在另一方面，如果压力太小，饼块压不紧实，容易粉化，不便于操作，也不便于储运。所以，添加剂还必须要在高压下压得非常紧。这令添加剂的生产非常矛盾。

为了提高添加剂的熔化速度，往往用氯盐或氟盐类熔剂来替代铝粉作为助熔剂。这种合金元素粉末-熔剂组成的添加剂虽然有较好的熔化速度，但这些盐类熔剂不是合金化过程中必须的添加物，最终变成废渣而扒出，使合金化成本增加。盐类熔剂往往有吸潮倾向，也容易混杂各种杂质。所以添加含熔剂的添加剂有将杂质带入熔体、增加熔体含气量的风险。增加了清渣量、耗费了能源、加大了储运等管理成本。熔剂产生大量烟雾，影响环境，也影响操作工人的健康。

饼块的尺寸对添加剂熔化速度也有很大影响。生产大尺寸的饼块，例如每块1000克，有利于提高生产率。但是，饼块尺寸越大，熔化越慢。大尺寸的饼块需要压得更紧，导致加入到熔体中不易散开。延长了熔化时间。所以，小尺寸的添加剂饼块更加普遍。尤其是每块50克左右的迷你饼块，更容易被用户接受。但是，生产迷你饼块时生产率受到了限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种铝工业熔铸过程中添加合金元素的方法及其添加合金元素所使用的合金元素添加袋。所加入的合金元素能快速熔解，被熔体充分吸收。弥补了现有技术存在的缺陷，克服了现有技术存在的不足。

本发明的技术解决方案之一是，铝工业熔铸过程中添加合金元素的方法为，将所要添加的合金元素粉末装入铝箔袋中，并真空封装，形成合金元素添加袋。将所述合金元素添加袋投入熔炉的铝液中。

本发明的技术解决方案之二是，所述合金元素添加袋的结构是，用铝箔袋盛装铝合金生产所需添加的合金元素粉末或合金元素粉末与助熔剂的混合物。袋内部抽真空。利用袋内外的压力差将装有合金元素粉末的铝箔袋压成结实的块状。

所述的铝工业熔铸过程中添加的合金元素是指生产铝合金所需的铁、锰、铬、钛和铜等金属元素；所述的助熔剂可以是铝粉，也可以是熔剂，也可以是铝粉和熔剂的混合物；所述的铝箔袋是由塑料-铝箔-塑料复合而成的或由纸-铝箔-塑料复合而成的复合膜做成。生产过程为：(1)首先用现有的技术将所需要的合金元素和助熔剂制成粉末，粉末平均粒度为0.1-1.0毫米；(2)按特定比例均匀混合；(3)称量(按产品要求称出每袋重量)；(4)用铝箔袋包装；(5)在真空下压成块状。

本发明的设计原理是，将合金元素粉末或合金元素粉末与助熔剂的混合物封装在铝箔袋内，袋内部抽真空。利用袋内外的压力差将装有合金元素粉末的铝箔袋压成结实的块状。这样压成块状的合金元素添加袋具有足够高的密度。当投入铝液中时，合金元素添加袋能很容易地刺破铝液表面的氧化膜，进入到铝液中。铝箔袋具有足够高的耐热性能，在合金元素添加袋完全进入铝液中以前，袋子不会破裂，保证里面的合金元素粉末不会外泄。这就避免了合金元素粉末散浮在铝液表面，从而避免了粉末流失在渣中，这就保证了合金元素的高收得率。另一方面，由塑料-铝箔-塑料复合而成或由纸-铝箔-塑料复合而成的铝箔袋，一旦加入铝液中便迅速燃烧掉，里面的合金元素粉末回复到松散状态，向外散开，并往下沉。一方面，在往下沉的过程中，部分合金元素粉末和铝液接触，迅速产生反应；另一方面，合金元素粉末呈松散状态，传热快，里面的铝粉迅速熔化成铝珠，进一步分散合金元素粉末，并和合金元素反应。这就大大加快了合金元素粉末的熔解速度。另外，合金元素粉末被封装在真空里，有效地防止了合金元素被氧化，这也是合金元素袋具有高熔化速度的关键因素之一。

由于将合金元素添加袋投入到熔体中后，铝箔袋迅速燃烧掉，被压成块的合金元素粉末回复到松散状态，所以，可以将合金元素添加袋适当做大，不必考虑象饼块那样的粉末散开问题。如果将合金元素袋做成2500克一袋，与饼块常用规格50-250克一块相比，大大提高了生产效率。

合金元素添加袋的组成和规格，可根据用户需要，有较宽的选择范围。

(1)组成：合金元素添加袋的成分可以是纯合金元素粉末，也可以由合金元素粉末和助熔剂组成。助熔剂可以是纯铝粉，或者是铝粉和熔剂的混合物，也可以是纯溶剂。

从合金化成本考虑，添加纯合金元素粉末最节省。所以，由纯合金元素粉末组成的合金元素添加袋，没有助熔剂，不仅节省了生产成本，而且也节省了储运成本。但是，由于没有助熔剂，熔化速度较低，需要较长的合金化时间。这种产品只适合于合金化时间较充裕的情况。

如果从合金化成本和合金化时间综合考虑，由合金元素粉末和5-30％铝粉组成的添加剂较为适中。

如果要求较快的熔化速度，则选择合金元素粉末和熔剂组成的添加剂。一方面，熔剂可以清除金属粉末表面的氧化膜，铝液能更好地润湿合金元素粉末，较快反应，另一方面，熔剂往往含有发热剂，使局部温度升高，进一步促进了合金元素的反应。但是，熔剂熔化后形成渣子，被扒出炉外。因此增加了合金化的成本。如果熔剂不纯，可能会将夹杂物带入熔体，降低熔体质量。而且，熔剂产生黑烟，造成环境污染。

(2)规格

合金元素添加袋可做成100克-10000克一袋。但优先考虑500克-5000克一袋。

附图说明

图一是本发明所述的铝工业熔铸过程中添加合金元素所使用的合金元素添加袋的一个实施例的结构剖面图。

1-铝箔袋；2-合金元素粉末。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，封装添加剂的铝箔袋由聚酯/铝箔/聚乙烯复合膜做成。铝箔袋尺寸为150X180毫米。用现有技术将熔化后的铁水雾化成铁粉，或外购雾化铁粉，粒度为0.1-1.0毫米，允许含有少量细粉。称量1000克的粉末装入铝箔袋，然后抽真空，热压封口后，通过铝箔袋内外的压力差，将封装好的铝箔袋压成结实块状。

实施例2：封装添加剂的铝箔袋由纸/铝箔/聚乙烯复合膜做成。铝箔袋尺寸为150X200毫米。用现有技术将电解锰片研磨成粉，或外购锰粉，用现有技术将熔化的铝雾化成铝粉，或外购铝粉。锰粉和铝粉的粒度均为0.1-1.0毫米，允许含有少量细粉。将85％的锰粉和15％的铝粉均匀混合，称量1.18千克的粉末装入铝箔袋，然后抽真空，热压封口后，通过铝箔袋内外的压力差，将封装好的铝箔袋压成结实块状。做好后的添加剂袋每袋1.18千克，而每袋里锰元素的含量为1.0千克。装箱每箱20袋。这在实际合金化操作中非常方便。

实施例3：封装添加剂的铝箔袋由聚酯/铝箔/聚乙烯复合膜做成。铝箔袋尺寸为200X300毫米。购买工业用还原铁粉和氟铝酸钾粉末，铁粉和氟铝酸钾粉末的粒度均为0.1-1.0毫米，允许含有少量细粉。将80％的铁粉和20％的氟铝酸钾粉末均匀混合，称量2500克的粉末装入铝箔袋，然后抽真空，热压封口后，通过铝箔袋内外的压力差，将封装好的铝箔袋压成结实块状。做好后的添加剂袋每袋2500克，而每袋里铁元素的含量正好2000克。

实施例4：生产5000千克铝—锰合金，设定锰含量为1.2％。先熔炼5000千克A00铝锭。铝液中锰含量几乎为零。为了获得1.2％锰含量，需加入60千克锰。当铝锭熔化后，达到额定温度730度，取3箱实例2中制备的锰添加袋投入铝液中即可。虽然锰添加袋中锰含量只有85％，但由于每袋正好1.0千克锰这一独特设计，只要计算出总共需要多少锰即可，不需要再计算每袋锰含量，也不需要特别称量。需要60千克锰就是需要60袋。每箱20袋，所以数三箱即可。将添加剂袋投入炉内熔体中，锰熔解后搅拌均匀，即完成了配制合金工序。使合金化过程十分方便。

Claims (8)

1.一种铝合金熔铸过程中添加合金元素的方法，其特征是，将所要添加的合金元素粉末装入真空封装的铝箔袋中，将所述的装有合金元素粉末的铝箔袋投入铝液中。

2.一种用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，它有真空封装的铝箔袋，该袋中装有铝合金生产所需添加的合金元素粉末。

3.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋中装的是纯合金元素粉末。

4.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋中装的是合金元素粉末和铝粉的混合物，其中合金元素粉末占60-100％，余量为铝粉。

5.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋中装的是合金元素粉末和熔剂的混合物，其中合金元素粉末占60-100％，余量为熔剂。

6.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋中装的是合金元素粉末、铝粉和熔剂的混合物，其中合金元素粉末占60-100％，铝粉占0-40％，熔剂占0-40％。

7.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋是由塑料-铝箔-塑料复合而成的复合膜做成的。

8.根据权利要求2所述的用于铝合金熔铸过程的合金元素添加袋，其特征是，所述的铝箔袋是由纸-铝箔-塑料复合而成的复合膜做成的。

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