CN101619407B - 一种速熔硅添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种速熔硅添加剂及其制备方法，其特征在于：速熔硅添加剂的化学成分质量百分比为：助溶剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，余量为硅块，其中助熔剂选自氟氯酸钾、氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟硅酸钠中的一种或多种；改性剂选自二氧化钛、六氯乙烷、氟化钠和氯化钠中的一种或多种；粘结剂选自高岭土、耐火粘土、滑石粉、水玻璃中的一种或多种；硅块粒径为20-80mm。以助熔剂、改性剂、粘结剂、硅块为原料，按照化学成分百分比将原料放入高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌所得混合物取出后自然风干，然后将风干后的混合物转入烧结反应炉中通入蒸汽加热加压，最后取出冷却至常温得到速熔硅添加剂。

Description

一种速熔硅添加剂及其制备方法 

技术领域

本发明涉及材料科学和铸造技术，特别提供了一种铝合金制备及其加工工业用新型速熔硅添加剂。本发明还涉及该添加剂的制备方法和应用。 

背景技术

在铝合金中，硅是最普遍使用的合金元素。在配制含硅铝合金生产中，过去和现在加硅的工艺方法主要有两种： 

(1)直接加结晶硅，即先将结晶硅铺设炉底，再在其上铺压铝锭，点火升温，熔化。 

(2)使用铝硅中间合金。 

采用第一种方法的最大好处是成本低，但始终存在如下问题： 

(1)硅的熔解时间长，吸收率不稳，难以准确控制目标成份，需要二次补加调整； 

(2)在一般熔炼温度下结晶硅不能完全熔解，铝液包裹未完全熔解的微小结晶硅，形成硅夹杂，严重影响铝液质量； 

(3)在铝锭熔化前的升温阶段，铺设炉底的硅表面容易氧化，可形成大量不熔的SiO₂小夹杂。在变形铝合金的实际生产中，后两点几乎肯定影响最终加工产品(型、板、带、棒材)的表面质量及内在强度。因此，直接加硅不应使用。 

第二种方法是目前广为使用的加硅方法，但也有两缺点： 

(1)一般市售铝硅合金，多采用废杂铝或低纯铝生产，投入炉中会降 低主料纯净度。 

(2)硅含量低，用量大，温降大。 

(3)成本较高。 

速熔硅添加剂可有效解决以上问题，给含硅铝合金的配制引入了一个革命性的工艺变革。 

据统计，我国铝熔铸业对各种硅添加剂年需求量近5万吨，产值可达10亿元，世界铝熔铸业对各种硅添加剂的年需求量近20万吨，其经济效益极为可观。速熔硅添加剂作为一种新型的加硅工艺，目前我国科研机构及生产厂家目前对其重视程度还不够。我们还应在此方面做大量的工作。 

中国发明专利CN200610161265.5提供一种含有超细或纳米铝粉的速熔硅剂，以硅块为核心，铝粉、熔剂和粘结剂在硅块的外表面形成包覆层；按照下述重量百分比配料：铝0.1-10％，熔剂0.1-5％，粘结剂0-5％，余量为硅块。所述铝粉平均粒径小于5um的超细及纳米铝粉；所述核心硅块的粒径为50mm以下。这一发明的添加超细或纳米铝粉的速熔硅剂具有以下特点：1)加入方式简单，在正常的铝合金熔铸温度熔化迅速，实收率高，含量稳定，容易控制。2)熔剂含量少，熔体质量高。试验检查表明，在火焰反射炉中750℃加入添加超细或纳米铝粉的速熔硅剂并进行搅拌，10分钟后即可使硅实收率达到95％。其他文献也报道了一种速熔硅添加剂，硅含量通常在95％以上，铝液温度在700℃以上，熔化时间在8-30分钟，硅的实收率大于90％。以上技术对速熔硅的研究开发和应用技术均作出了较大贡献，但添加剂的配方和工艺仍是其技术关键。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型铝合金速熔硅添加剂的配方、工艺及其制备方法，用该添加剂加入铝合金中时，硅含量≥95％，熔化温度≤690℃，熔化时间≤5分钟，回报率≥98％；而且其用量少，加入方便工艺简单易于控制。目前国内虽已见硅含量≥95％速熔硅添加剂研发与应用的文献报道。但是在熔化温度、熔化时间和回报率等技术指标本上本发明的速熔硅添加剂均优于其他产品。 

本发明提供了一种新型铝合金速熔添加剂，其特征在于添加剂的主要化学成分的质量百分比为：助溶剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，余量为硅块。其中助熔剂选自氟氯酸钾、氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟硅酸钠中的一种或多种；改性剂选自二氧化钛、六氯乙烷、氟化钠和氯化钠中的一种或多种；粘结剂选自高岭土、耐火粘土、滑石粉、粉状水玻璃、水中的一种或多种。 

氟化物助熔剂的作用机理是涂敷在硅表面的氟化物在高温熔融状态迅速反应释放出大量热量，使硅在较低温度下迅速熔化，并与铝块速均匀合金化。 

改性剂的作用是增加添加剂表面活性，进一步促进硅熔化更快更彻底，与铝合金化更快。 

粘结剂选自铝合金熔铸工业常用于坩蛊、浇铸工具和锭模涂料及其普通的高岭土、滑石粉、粉状水玻璃和水；其作用是使助熔剂和改性剂均匀致密地包裹在硅块表面，促使硅块在局部绝热情况下迅速熔化。 

速熔硅添加剂的制备方法，其特征在于：以助熔剂、改性剂、粘结剂、硅块为原料，按照助熔剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，其余为硅块，放入高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌所得混合物取出后自然风干，然后将风干后的混合物转入烧结反应炉中通入蒸汽加热加压，最后取出冷却至常温得到速熔硅添加剂。 

速熔硅添加剂中金属硅作为合金元素加入到含硅铝合金中。为降低生产、储运成本，其含量应尽量高，助熔剂辅料应该价廉并易获取。 

生产工艺应该尽量简单，早先使用硅粉的方法，由于硅粉无塑性，硅粉压制成型非常困难，难以进行规模生产。矿冶院的申请的专利即时采用硅粉成型。 

为在较低温度下及最短时间内促进速熔硅添加剂中金属硅的熔化，并达到最高的硅回收率，选择、使用合适的助剂非常关键。 

同时，为提高助剂和金属硅附着力，进一步促进助剂的助熔作用，以提高并稳定硅的回收率。故选用适宜的其他助剂非常重要。 

通过助剂及其他助剂的共同作用，促进金属硅在温度较低的铝液中熔化，并具有稳定的吸收率，最终达到以较低的成本准确控制铝合金名目标成份。 

1、产品质量标准 

(1)外观要求 

颗粒状，粉状物不大于2.0％ 

(2)理化指标 

表1理化指标 

项目	指标
		粒度mm	≤50
松装密度g/cm<sup>3</sup>	≥1.0g/cm3
		单袋重量kg	5.00±0.2/20kg±0.2
单箱净重kg	20.0±0.2
		硅％	95.0±2.0％
助熔剂(氟氯钾盐)％	余量
		铁％	≤0.5
水分％	≤0.3
		熔化速率(690℃)min	≤5.0
回收率％	≥98.0

2、项目试验数据对比 

(一)、不同助剂(活性辅料)对产品质量的的影响。 

通过选择不同助剂(活性辅料)如氟氯盐、铝粉等得出不同产品，并试验其熔化温度、熔化时间、回收率数据。从中选择最合适的助剂。 

表2不同助剂对产品质量的影响 

试验号	助剂名称	硅含量％	回收率％  (在熔化温度690℃，熔化时间5min  试验)
				1	S盐	95.6	96.52
2	K盐	95.8	95.34
				3	铝粉	95.3	78.81

注：1、上表数据为在不添加其他助剂下试验所得。S、K为不同元素的 氟氯盐。 

2、回收率检测方法见附件。 

从上表可知使用S氟氯盐作助剂所试验的产品得回收率数据最高，效果最好。 

(二)、其他助剂对产品质量的的影响。 

表3其他助剂对产品质量的影响 

试验号	是否加其他助剂	回收率％   (在熔化温度690℃，熔化时间5min试验)
			1	加ws	98.06
2	不加	96.62

注：上表数据为在添加助剂下试验所得。 

速熔硅添加剂中加入其他助剂可为提高助剂和金属硅附着力，进一步促进助剂对金属硅的助熔作用，以提高并稳定硅的回收率。 

(三)、试验各组分的不同粒度对产品质量的影响。 

主要试验助剂不同粒度对产品质量的影响。测得有关数据详见下表： 

表4助剂--S氟氯盐不同粒度对产品质量的影响 

试验号	粒度目	回收率％   (在熔化温度690℃，熔化时间5min试验)
			1	60	95.42
2	150	97.30
			3	250	98.15

注：上表数据为在不添加其他助剂下试验所得。 

结果表明，S氟氯盐助剂粒度越小，硅回收率越高。 

(四)、配方对产品质量的影响。 

根据上述(一)中得出的最合适的生产原料、粘结剂，按不同配方生产，测出的生产合格率、常温、高温强度数据。再从试验中得出最佳的配方。 

表5原料配比(配方)对产品质量的影响 

试验号	原料配比	硅含量％	回收率％   (在熔化温度690℃，熔化时间5min试验)
				1	配方1	94.8	98.20
2	配方2	95.3	97.61
				3	配方3	95.1	96.78

表6助熔剂和其他助剂不同含量共同作用下对产品质量的影响 

试验号	助熔剂名称	改性剂	粘结剂	回收率 (在熔化温度 690℃，熔化时 间5min试验)
					1	S盐	0.25％	0.5％	97.76
2	S盐	0.5％	0.75％	98.69
					3	S盐	1.0％	1.25％	98.56
4	K盐	0.25％	0.5％	98.05
					5	K盐	0.5％	0.75％	98.23
6	K盐	1.0％	1.25％	97.88

3本发明产品性能与国内外同类先进技术的比较 

与国内外同类先进技术的比较详见下表： 

表7产品技术指标 

指标	本项目产品	国内其他同类产品
			熔化温度℃	690	通常为740℃
熔化时间min	≤5	通常为≤15分钟
			回收率％	≥98	通常为≥92％

本的优点： 

1.本发明首次优化这种添加方式，巧妙精确选用助熔剂和其他添加剂。 

2.本发明首次应用通蒸汽高温高压烧结烘干方法，使助熔剂和其他添加剂在硅块的外表面形成致密的包覆层，这是本发明的关键点之一。 

3.本发明思维新颖，技术路线清晰，投资成本低、见效快；容易大规模集成生产。 

4.本发明的产品在熔化温度，熔化时间，回收率等多项技术指标居国内先进水平，达到国际同类产品的水平。 

5.本发明的产品为国内率先直接采用纯金属硅加助剂和其他助剂直接生产速熔硅剂，流程简化，大幅降低生产成本。 

6.本发明的产品具有使用方便，用量少，熔解快，合金成分容易控制。 

附图说明

图1为速熔硅添加剂的制备工艺流程图。 

具体实施方式

实施例1 

选取硅含量达95％的金属硅硅块，经人工或机械破碎和分级，选出粒 径为20-80mm的硅块93kg(其中粉状物1％)，以氟氯酸钾1kg为助熔剂，以二氧化钛1kg为改性剂，以高岭土与水5kg为粘结剂。 

按照分质量百分比为：助熔剂1％、改性剂1％、粘结剂5％，余量为硅块。在高速搅拌机中搅拌均匀，充分混合搅拌均匀后，将所得混合物从搅拌筒中取出，放入烧结烘干炉中，通入蒸汽，缓慢升温到120-220℃，保温2-8h，然后缓慢冷却到室温，即得到本发明所述的速熔硅添加剂。 

实施例2 

选取硅含量达95％的金属硅硅块，经人工或机械破碎和分级，选出粒径为20-80mm的硅块93kg(其中粉状物1％)，以氟铝酸钾1kg为助熔剂，以六氯乙烷1kg为改性剂，以耐火粘土与水5kg为粘结剂。 

按照分质量百分比为：助熔剂1％、改性剂1％、粘结剂5％，余量为硅块。在高速搅拌机中搅拌均匀，充分混合搅拌均匀后，将所得混合物从搅拌筒中取出，放入烧结烘干炉中，通入蒸汽，缓慢升温到120-220℃，保温2-8h，然后缓慢冷却到室温，即得到本发明所述的速熔硅添加剂。 

实施例3 

选取硅含量达95％的金属硅硅块，经人工或机械破碎和分级，选出粒径为20-80mm的硅块93kg(其中粉状物1％)，以氟硅酸钾1kg为助熔剂，以氟化钠1kg为改性剂，以滑石粉与水5kg为粘结剂。 

按照分质量百分比为：助熔剂1％、改性剂1％、粘结剂5％，余量为硅块。在高速搅拌机中搅拌均匀，充分混合搅拌均匀后，将所得混合物从搅拌 筒中取出，放入烧结烘干炉中，通入蒸汽，缓慢升温到120-220℃，保温2-8h，然后缓慢冷却到室温，即得到本发明所述的速熔硅添加剂。 

实施例4 

选取硅含量达95％的金属硅硅块，经人工或机械破碎和分级，选出粒径为20-80mm的硅块93kg(其中粉状物1％)，以氟硅酸钠1kg为助熔剂，以氯化钠1kg为改性剂，以粉状水玻璃与水5kg为粘结剂。 

按照分质量百分比为：助熔剂1％、改性剂1％、粘结剂5％，余量为硅块。在高速搅拌机中搅拌均匀，充分混合搅拌均匀后，将所得混合物从搅拌筒中取出，放入烧结烘干炉中，通入蒸汽，缓慢升温到120-220℃，保温2-8h，然后缓慢冷却到室温，即得到本发明所述的速熔硅添加剂。 

实施例5 

选取硅含量达95％的金属硅硅块，经人工或机械破碎和分级，选出粒径为20-80mm的硅块98kg(其中粉状物1％)，以氟硅酸钠1kg为助熔剂，以氯化钠1kg为改性剂。 

按照分质量百分比为：助熔剂1％、改性剂1％、余量为硅块。在高速搅拌机中搅拌均匀，充分混合搅拌均匀后，将所得混合物从搅拌筒中取出，放入烧结烘干炉中，通入蒸汽，缓慢升温到120-220℃，保温2-8h，然后缓慢冷却到室温，即得到本发明所述的速熔硅添加剂。 

Claims (4)

1.一种速熔硅添加剂，其特征在于：速熔硅添加剂的化学成分质量百分比为：助溶剂0.1-12％、改性剂0.1-8％、粘结剂0-6％，余量为硅块，其中助熔剂选自氟氯酸钾、氟铝酸钾、氟硅酸钾、氟硅酸钠中的一种或多种；改性剂选自二氧化钛、六氯乙烷、氟化钠和氯化钠中的一种或多种；粘结剂选自高岭土、耐火粘土、滑石粉、水玻璃中的一种或多种；硅块粒径为20-80mm。

2.一种如权利要求1所述的速熔硅添加剂的制备方法，其特征在于：以助熔剂、改性剂、粘结剂、硅块放入高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌所得混合物取出后自然风干，然后将风干后的混合物转入烧结反应炉中通入蒸汽加热加压，保温1-8小时，最后取出冷却至常温得到速熔硅添加剂。

3.按照权利要求2所述速熔硅添加剂的制备方法，其特征在于：所述自然风干时间为1-3小时。

4.按照权利要求2所述速熔硅添加剂的制备方法，其特征在于：所述将风干后的混合物转入烧结反应炉中通入蒸汽加热加压，加热温度为230-280℃，加压压力为1.05-1.25atm。

Images