CN109097618A - 铝合金用无氟颗粒精炼剂及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝合金用无氟颗粒精炼剂及其制备方法，以重量百分比计，由以下原料制成，20%～60%MgCl₂粉末、20%～60%KCl粉末、10%～40%CaCl₂粉末、10%～40%K₂CO₃粉末。本发明降铝损，本发明为非发热型熔剂，能降低铝氧化；本发明高效率，同铝液反应充分，大幅度减少用量；本发明环保，本发明使用时无烟无尘，不含有害化合物，能确保烟囱颗粒物排放量水平达标；本发明除碱金属（Na、Ca和Li）以及除渣（氧化物、硼化物和碳化物）效果显著；本发明除杂效果好，使用本发明生产的铝合金洁净度更高。

Description

铝合金用无氟颗粒精炼剂及其制造方法

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别是涉及铝合金用无氟颗粒精炼剂及其制造方法。

背景技术

在铝合金熔炼过程中经常出现夹杂物、气体等不良生产条件，致使产品质量受到很大影响。常见的夹杂物有氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等，其中，氧化夹杂物(如Al₂O₃、MgO)对熔体的污染最大，这些夹杂物不仅为气体提供了良好载体，使熔体中含气量增高，同时也易使铸胚料产生夹渣、疏松等缺陷。另外，由于原辅材料的作用，熔炼过程中还经常会存在一些对铝合金熔体有害的杂质元素，如Na、Ca、Li等碱金属，从而降低铝合金物理化学性能，如Na元素在含Mg量高的铝合金中除容易引起"钠脆"外，还会降低熔体流动性。因此，在铝合金工业生产中，对合金熔体中的含渣量、含气量、含杂元素等都作出了严格的规定。

现有技术的缺陷和不足：为清除铝合金熔体中的气体、夹杂物，铝熔铸行业通常采用惰性气体（N₂、Ar等）和粉末（NaCl、KCl、Na₂SiF₆等）混合型精炼剂在炉内喷吹的方法。而清除有害元素（Na、Li、Ca），则采用含氯活性气体精炼。然而这种传统的精炼工艺存在很多的缺点，如：产生大量的含氯和含氟的有害气体和烟尘，对环境产生极大地污染；含氟化物的粉末混合精炼剂在熔体中以固体形式存在，对夹渣物的吸附和溶解效果不明显，除气除渣效果有限；操作不当时，易形成熔剂夹杂物，污染铝熔体；精炼时的局部高温化学反应产生严重的铝氧化烧损等等。

发明内容

基于此，有必要针对背景技术中存在的对环境污染极大、除渣效果有限、易形成溶剂夹杂物、产生严重的铝氧化烧损问题，提供一种环保、除碱除渣高效、除杂效果好、降铝损、用量还少的铝合金用无氟颗粒精炼剂。

此外，本发明还提供一种铝合金用无氟颗粒精炼剂的制备方法。

一种铝合金用无氟颗粒精炼剂，以重量百分比计，由以下原料制成：

MgCl₂粉末 20%～60%；

KCl粉末 20%～60%；

CaCl₂粉末 10%～40%；

K₂CO₃粉末 10％～40%。

在其中一个实施例中，各原料的重量百分比为：

MgCl₂粉末 40%；

KCl粉末 40%；

CaCl₂粉末 10%；

K₂CO₃粉末 10%。

在其中一个实施例中，各原料的重量百分比为：

MgCl₂粉末 50%；

KCl粉末 20%；

CaCl₂粉末 15%；

K₂CO₃粉末 15%。

一种上述铝合金用无氟颗粒精炼剂的制造方法，包括以下步骤：

1）按重量百分比准备MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末，将准备好的MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末放入混料机中混合均匀，得到混合料。

2）将混合料放入装有铁质坩埚的电阻坩埚炉内。

3）将电阻坩埚炉通电，进行升温，混合料逐步加热并开始熔化。

4）待混合料开始熔化时，降低电阻坩埚炉的加热功率缓慢加热，且保证混合料升温速度小于或等于2℃／min。

5)待混合料完全熔化后，保温20min～30min。

6)将保温20min～30min 后的混合料再进行升温,升温至900℃后，保温50min～60min。

7)将保温50min～60min后的混合料用干燥的铁瓢浇注在厚度为20～40mm的干燥铁质锭模内进行冷凝。

8）待混合料冷凝后，先用锷式破碎机破碎成尺寸小于或等于20mm的小块。

9）然后再使用锤式破碎机破碎小于或等于20mm的小块，破碎成小于或等于4mm的颗粒，再筛选出粒度为1～4mm的无规则颗粒，剩余尺寸小于或等于1mm的颗粒为粉末，将粉未返回电阻坩埚炉，同新料一起再次按照步骤3）至9）的工艺进行回炉、熔炼和破碎。

10）将步骤9）得到的1～4mm的无规则颗粒用真空塑料袋封装好，保存封用。

在其中的一个实施例中，步骤1）中的混料机为双曲轴混料机。

本发明优点及其有益效果

1、本发明降铝损；本发明的无氟颗粒精炼剂为非发热型熔剂，能降低铝氧化，相比于含氟化盐发热剂的传统精炼剂，精炼铝液时，每吨铝能减少1Kg以上的铝损。

2、本发明高效率；同铝液反应充分，大幅度减少用量。通常每吨铝需要本发明的用量仅为0.25Kg～1.0Kg。

3、本发明环保；本发明使用时无烟无尘，不含有害化合物；能确保烟囱颗粒物排放量水平达标。

4、本发明除碱、除渣高效；除碱金属（Na、Ca和Li）以及除渣（氧化物、硼化物和碳化物）效果显著。

5、本发明除杂效果好，使用本发明生产的铝合金洁净度更高。

附图说明

图1为采用本发明生产6063铝合金棒的金相图。

图2为采用传统含氟粉末混合精炼剂生产6063铝合金棒的金相图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

实施例1

一种铝合金用无氟颗粒精炼剂，由MgCl₂粉末40Kg、KCl粉末40Kg、CaCl₂粉末10Kg、K₂CO₃粉末10Kg制成。

一种铝合金用无氟颗粒精炼剂的制备方法，包括以下步骤：

1）称取MgCl₂粉末40Kg、KCl粉末40Kg、CaCl₂粉末10Kg、K₂CO₃粉末10Kg，将称取的MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末放入双曲轴混料机中混合均匀，得到混合料。

2）将混合料放入装有铁质坩埚的电阻坩埚炉内。

3）将电阻坩埚炉通电，进行升温，边升温边观察熔化情况。

4）待混合料开始熔化时，降低电阻坩埚炉的加热功率缓慢加热，且保证混合料升温速度小于或等于2℃／min。

5)待混合料完全熔化后，保温20min。

6)将保温20min后的混合料再进行升温。升温至900℃后，保温50min。

7)将保温50min后的混合料用干燥的铁瓢浇注在厚度为20～40mm的干燥铁质锭模内进行冷凝。

8）待混合料冷凝后，先用锷式破碎机破碎成尺寸小于或等于20mm的小块。

9）然后再使用锤式破碎机破碎小于或等于20mm的小块，破碎成小于或等于4mm的颗粒，再筛选出粒度为1～4mm的无规则颗粒，剩余尺寸小于或等于1mm的颗粒为粉末，将粉未返回电阻坩埚炉，同新料一起再次按照步骤3）至9）的工艺进行回炉、熔炼和破碎。

10）将步骤9）得到的1～4mm的无规则颗粒用真空塑料袋封装好（每袋20Kg），保存封用,可用于任何任一种变合金（包括高镁铝合金）熔炼，配合惰性气体喷***炼使用，每吨铝水使用量为0.25～1.0公斤。

实施例2

一种铝合金用无氟颗粒精炼剂，由MgCl₂粉末50Kg、KCl粉末20Kg、CaCl₂粉末15Kg、K₂CO₃粉末15Kg制成。

一种铝合金用无氟颗粒精炼剂的制备方法，包括以下步骤：

1）称取MgCl₂粉末50Kg、KCl粉末20Kg、CaCl₂粉末15Kg、K₂CO₃粉末15Kg，将称取的MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末放入双曲轴混料机中混合均匀，得到混合料。

2）将混合料放入装有铁质坩埚的电阻坩埚炉内。

3）将电阻坩埚炉通电，进行升温，边升温边观察熔化情况。

4）待混合料开始熔化时，降低电阻坩埚炉的加热功率缓慢加热，且保证混合料升温速度小于或等于2℃／min。

5)待混合料完全熔化后，保温30min。

6)将保温30min后的混合料再进行升温。升温至900℃后，保温60min。

7)将保温60min后的混合料用干燥的铁瓢浇注在厚度为20～40mm的干燥铁质锭模内进行冷凝。

8）待混合料冷凝后，先用锷式破碎机破碎成尺寸小于或等于20mm的小块。

9）然后再使用锤式破碎机破碎小于或等于20mm的小块，破碎成小于或等于4mm的颗粒，再筛选出粒度为1～4mm的无规则颗粒，剩余尺寸小于或等于1mm的颗粒为粉末，将粉未返回电阻坩埚炉，同新料一起再次按照步骤3）至9）的工艺进行回炉、熔炼和破碎。

10）将步骤9）得到的1～4mm的无规则颗粒用真空塑料袋封装好（每袋20Kg），保存封用,可用于任何任一种变合金（包括高镁铝合金）熔炼，配合惰性气体喷***炼使用，每吨铝水使用量为0.25～1.0公斤。

本发明的工作原理及其工作过程：

本发明除渣（氧化物、硼化物和碳化物）原理是：本发明铝合金用无氟颗粒精炼剂的熔点为480℃左右，远低于铝合金的熔点。当固体颗粒由惰性气体喷入铝液后，固体颗粒能够迅速熔化成为液滴，由于这些液滴密度小于铝液，与夹渣物表面张力较小，具有很强的润湿和吸附夹渣物的能力；当夹渣物被熔剂液滴吸附后，上浮而被排除出熔体。同时，熔剂上浮后形成了一层液体层覆盖在熔体表面，从而还减少了铝液的氧化烧损。

本发明的除碱金属（Na、Ca和Li）原理是：熔剂中的含镁离子型化合物进入铝熔体后会与碱金属元素Na、Ca和Li发生反应，向铝合金中释放出镁原子，同时将反应吸收到的碱金属元素Na、Ca和Li带到铝熔体表面，从而起到除碱金属的作用。而KCl、CaCl₂、K₂CO₃的作用是同MgCl₂化合成复合盐，降低精炼剂的熔点至440℃～480℃，在铝液正常熔炼温度下（690℃～750℃）能够尽快由固态转变为液态，快速和充分的同铝液中的碱金属离子（Na、Ca和Li）反应，提高除碱金属的效率。

本发明的优点及其有益效果：

1、本发明降铝损；本发明的无氟颗粒精炼剂为非发热型熔剂，能降低铝氧化，相比于含氟化盐发热剂的传统精炼剂，精炼铝液时，每吨铝能减少1Kg以上的铝损。表1为6063铝合金分别使用本发明无氟颗粒精炼剂和使用传统含氟粉末混合精炼剂熔炼筛分后废气物的对比情况。

表1 两种铝筛分后废弃物对比情况

一般来说，炉内所有原料除金属熔体外，剩下的就是金属氧化物为主的浮渣和精炼剂。假设不计精炼剂挥发所损失的重量，精炼剂将全部残留在废弃的铝灰中，因此，用不可回收渣的总重量减去精炼剂的重量，剩余就是金属氧化损失的重量。从表1可见，减去溶剂（精炼剂）残留，每吨（1000kg）铝水使用本发明无氟颗粒精练剂要比传统含氟粉末混合精炼剂减少2.2kg（4.6kg-2.4kg）的废弃灰量，而通常铝灰中的铝是以单质的铝、氧化铝或氮化铝的形式存在，根据氧化铝和氮化铝的分子式计算，氧化铝中铝占比53%左右，氮化铝中铝占比66%左右；废弃物中每一种主要物质的成分中铝的含量都超过了50%；多出的废弃物2.2kg中，含铝的成分将超过1kg；意味着使用传统含氟精炼剂，每吨铝水将多损失1kg以上的纯铝。

2、本发明高效率；同铝液反应充分，大幅度减少用量。通常每吨铝需要本发明的用量仅为0.25～1.0Kg。

表1中可以看出，在等量铝水中本发明铝合金用无氟颗粒精炼剂比传统含氟粉末精炼剂用量要少一半。

3、本发明环保；本发明使用时无烟无尘，不含有害化合物；能确保烟囱颗粒物排放量水平达标。

4、本发明除碱、除渣高效；除碱金属（Na、Ca和Li）以及除渣（氧化物、硼化物和碳化物）效果显著。

我们分别采用本发明无氟颗粒精炼剂和传统含氟粉末混合精炼剂，对精炼前、第一次精炼后、第二次精炼后铝熔体碱金属Na、Li、Ca的含量进行了检测，如表2所示。

表2 不同精炼剂生产铝合金铝熔体中碱金属含量的变化

由表2可知，本发明无氟颗粒状精炼剂清除Na、Li、Ca碱金属的效果十分显著，而传统含氟粉末混合精炼剂清除的效果不明显。

5、本发明除杂效果好，使用本发明生产的铝合金洁净度更高。从图1中可见，6063铝合金内存在一些黑色的夹渣，但是一方面数量少，另一方面尺寸小；而图2则不同，除了夹渣数量较多外，里面存在许多大尺寸夹渣。

表3为分别使用本发明无氟颗粒精炼剂和传统含氟粉末混合精炼剂生产6063铝合金棒并通过对样品8个1.5×1.0mm视场范围内夹杂物数量统计的对比情况。

表3 不同精炼剂生产6063铝合金棒的夹渣数量

由表3明显看出炉1中渣的平均数量少于炉2。以上实验充分表明，使用本发明无氟颗粒精练剂的除杂效果更好，生产的铝合金产品洁净度更高。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种铝合金用无氟颗粒精炼剂，其特征在于，以重量百分比计，由以下原料制成：

MgCl₂粉末 20%～60%；

KCl粉末 20%～60%；

CaCl₂粉末 10%～40%；

K₂CO₃粉末 10％～40%。

2.根据权利要求1所述的铝合金用无氟颗粒精炼剂，其特征在于，各原料的重量百分比为：

MgCl₂粉末 40%；

KCl粉末 40%；

CaCl₂粉末 10%；

K₂CO₃粉末 10%。

3.根据权利要求1所述的铝合金用无氟颗粒精炼剂，其特征在于，各原料的重量百分比为：

MgCl₂粉末 50%；

KCl粉末 20%；

CaCl₂粉末 15%；

K₂CO₃粉末 15%。

4.一种权利要求1、或2、或3所述的铝合金用无氟颗粒精炼剂的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按重量百分比准备MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末，将准备好的MgCl₂粉末、KCl粉末、CaCl₂粉末、K₂CO₃粉末放入混料机中混合均匀，得到混合料；

2）将混合料放入装有铁质坩埚的电阻坩埚炉内；

3）将电阻坩埚炉通电，进行升温，混合料逐步加热并开始熔化；

4）待混合料开始熔化时，降低电阻坩埚炉的加热功率缓慢加热，且保证混合料升温速度小于或等于2℃／min；

5)待混合料完全熔化后，保温20min～30min；

6)将保温20min～30min后的混合料再进行升温，升温至900℃后，保温50min～60min；

7)将保温50min～60min后的混合料用干燥的铁瓢浇注在厚度为20～40mm的干燥铁质锭模内进行冷凝；

8）待混合料冷凝后，先用锷式破碎机破碎成尺寸小于或等于20mm的小块；

9）然后再使用锤式破碎机破碎小于或等于20mm的小块，破碎成小于或等于4mm的颗粒，再筛选出粒度为1～4mm的无规则颗粒，剩余尺寸小于或等于1mm的颗粒为粉末，将粉未返回电阻坩埚炉，同新料一起再次按照步骤3）至9）的工艺进行回炉、熔炼和破碎；

10）将步骤9）得到的1～4mm的无规则颗粒用真空塑料袋封装好，保存封用。

5.根据权利要求4所述的铝合金用无氟颗粒精炼剂的制造方法，其特征在于，步骤1）中的混料机为双曲轴混料机。