CN102031406A

CN102031406A - 铝合金中杂质元素铁、钛和钒的去除方法

Info

Publication number: CN102031406A
Application number: CN2009101791894A
Authority: CN
Inventors: 王宁
Original assignee: Sapa Heat Transfer Shanghai Ltd
Current assignee: Granges Aluminium Shanghai Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明通过在铝合金熔体中加入可以与杂质元素铁、钛和钒反应的含锰和含硼物质，随后进行惰性气体和永磁搅拌，并经除渣处理，精炼和/或过滤的二次净化处理去除反应生成物。本发明的方法操作简单、除杂效率高、不引入其它有害杂质。

Description

铝合金中杂质元素铁、钛和钒的去除方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金中杂质元素铁、钛和钒的去除方法。本发明具体涉及一种通过加入含锰和含硼物质去除用于铝热传输材料的铝合金中杂质元素铁、钛和钒的方法。

背景技术

随着铝合金应用的日益广泛，在一些铝合金生产应用领域，如铝热传输领域，对于作为半成品坯料的铝合金的性能要求越来越高。降低铸锭中初晶硅相、硬脆的铁铝相的形成，可以防止铸锭开裂，使合金具有良好的后续加工性能，并可以提高成品材料的钎焊性能。铁、钛和钒作为常见的杂质元素存在于铝合金中，在合金熔炼过程中容易形成上述的有害相。在铝合金生产过程中使用的普通纯铝，添加的含其他元素的合金以及熔炼过程均有可能引入这三种杂质元素。工业用纯铝在电解冶炼过程中不能完全避免这三种杂质元素。而高纯铝价格昂贵，并且其性能不能完全满足某些领域如铝热传输领域的要求。

在现有技术中，对铝合金中杂质元素铁的去除，主要有沉降法、离心法、永磁过滤法等。文献《铸造铝合金的除铁》(刘荣迁等，《特种铸造及有色合金》2001年第二期)介绍了铝硅系合金中，以硅为第三元素降低铁在液态铝中溶解度令铁过饱和，促使T₂(Fe₃SiAl₉)相生成，从液态铝合金中析出，利用重力自然沉降分离。文献《Al-Si-Ti合金离心过滤复合降铁工艺》(刘亚民等，《洛阳工学院学报》1999年第20卷第01期)在Al-Si-Ti合金中加入合金元素促使粗大的(FeMn)₃Si₂Al₂₅富铁相生成，经离心处理，再经过铜网过滤方法去除合金中的铁元素。文献《铝硅合金中富铁相杂质的永磁分离》(焦万丽等，《铸造技术》2006年第27卷第3期)通过对铝硅合金熔体过热处理，添加合金元素促使粗大的AlSiFeMn相析出，利用永磁分离降低铝合金中铁含量。

在现有技术中，如王晓丽等，稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响，《稀土》，2008年第29卷第6期：100-102；中国专利申请公开CN1271024A；张强等，硼化物的形成以及在电工铝硼化处理中的作用，《有色金属(冶炼部分)》，2008年第3期：51-53，钛和钒是影响铝合金导电性的重要杂质元素，因此关于去除这两种杂质元素的报导，其主要目的是为了提高铝合金产品的导电性。在一些特殊领域，如电工用铝合金生产，有着重要的价值。但对去除铁、钛和钒杂质元素，从而可以提高应用于铝热传输的铝合金产品质量，如降低初晶硅相、硬脆的铁铝相的形成，防止铸锭开裂等，使合金具有良好的后续加工性能，并可以提高成品材料的钎焊性能并无相关报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在铝合金中，特别是在铝热传输用铝合金中杂质元素铁、钒和钛的去除方法。本发明人意外地发现，通过该方法可有效地防止在熔炼过程中因所述杂质元素的存在而产生硬脆相，防止铸锭开裂等，使合金具有良好的后续加工性能，并可以提高成品材料的钎焊性能，从而生产出性能优异的半成品铝合金坯料。

本发明的一个方面涉及一种铝合金中杂质元素钒、铁、钛的去除方法，所述方法包括以下步骤：向含有钒、钛和铁杂质的铝合金熔体中加入含锰物质和含硼物质，充分搅拌以除去杂质元素，其中所述含锰物质的加入量是使锰铁重量比为0.5-1.5，所述含硼物质的加入量是使硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5-2。

在本说明书中，所述含锰物质为含有锰元素，且不会带来其他反应杂质的物质即可，并无特殊限定。优选锰元素的含量超过50重量％，更优选选自纯锰，铝锰合金，锰的氯化物和它们的混合物。

在本说明书中，所述含硼物质为含有硼元素，且不会带来其他反应杂质的物质即可，并无特殊限定。优选硼元素的含量超过50重量％，更优选选自铝硼合金，纯硼和它们的混合物。

本发明中含锰物质的加入量是使锰铁重量比为0.5-1.5。当锰铁比低于0.5时，不足以充分去除铝合金中含有的铁杂质，而当锰铁比高于1.5时，残余的锰过高而会影响到合金的纯净度。优选的锰铁比是0.5-1。

本发明中含硼物质的加入量是使硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5-2。当硼相对于钒和钛总重的重量比小于0.5时，钒和钛的去除不充分，而当硼相对于钒和钛总重的重量比大于2时，残余的硼过高而会影响合金后续加工的成品的钎焊性能。优选含硼物质的加入量为使硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5-1.5。

在本发明中，含锰物质和含硼物质的加入顺序并无特别限定，可同时或分别加入。优选分别加入含锰物质和含硼物质。更优选先加入含锰物质，而含硼物质是在含锰物质加入后加入的。

在本发明中，含锰物质和含硼物质的加入方法并无特别限定，可使用在铝合金冶炼中常用的方法加入含锰物质和含硼物质，如直接将含锰物质和含硼物质投入到熔体中或通过气体将含锰物质和/或含硼物质吹入到熔体中。一个优选的含锰物质的加入方法是，通过惰性气体将含锰物质吹入铝合金熔体中。

在本发明中，惰性气体为不参与反应，且不会给反应带来任何不利影响的气体即可，并无特殊限定。本发明的惰性气体，优选选自氮气、氩气和它们的混合物。

本发明的反应温度为使铝合金保持熔融状态即可，优选为700-750℃，更优选720-740℃。本发明的反应时间并无特殊限定，只要能使反应充分进行即可。一个优选的反应时间为1小时。

本发明反应在充分搅拌下进行。搅拌可采用常用的搅拌方式，如气体搅拌、机械搅拌、电磁搅拌、永磁搅拌或其组合等。优选通过惰性气体搅拌和/或永磁搅拌以使反应充分，更优选惰性气体搅拌和永磁搅拌双联搅拌方式。

由此生成的化合物颗粒，以熔渣的形式被清除出熔炉。熔渣的清除方式可采用本领域常用的清除方式，如上浮式除渣方式、下沉式除渣方式等。优选采用上浮式除渣方式。

在此反应后，可采用工业上常用的精炼和/或过滤等二次净化处理步骤，以进一步降低杂质元素在熔体中的含量。优选在二次净化处理中施加惰性气体和/或永磁搅拌，更优选惰性气体搅拌和永磁搅拌双联搅拌方式。

适用于本发明的铝合金只要是可以适用于铝热传输的铝合金即可，优选铝硅合金。

本发明的另一方面涉及以下的一种优选的具体实施方案，即通过在含有钒、钛、铁的铝硅合金熔体中加入可以与杂质元素钒、钛、铁反应的含锰和含硼物质，生成TiB₂、VB₂、Fe₂B或其它可能生成的化合物，以及AlFeMn、AlFeMnSi或其它可能生成的相，而反应残留的含硼物质仍可以与含锰物质反应，生成MnB₂或其它可能生成的化合物。所述生成的化合物的颗粒，以熔渣的形式被清除出熔炉，随后对熔体进行包括精炼和过滤步骤的二次净化处理。

所述具体实施方案的工艺步骤如附图1所示：

附图1所述的工艺步骤具体包括：

(1)通过惰性气体将含锰物质2吹入铝合金熔体中；

(2)将含硼物质3加入至铝合金熔体1中；

(3)通过氮气和/或氩气搅拌6和永磁搅拌8净化处理促进反应的充分进行，并将生成的化合物以熔渣9的形式清除出熔体。实现铝合金熔体1中铁、钛和钒杂质元素的净化去除。经过精炼和过滤二次净化处理后的铝合金熔液随后可浇铸成锭或直接铸轧成板材。

在步骤(1)中，所述含锰物质2是指，选自纯锰、铝锰合金、锰的氯化物或它们的混合物的物质。

在步骤(1)中，所述含锰物质2的加入量为，加入后使熔体中的锰铁重量比为0.5～1。

在步骤(2)中，所述含硼物质3是指，选自铝硼合金、纯硼或它们的混合物。

在步骤(2)中，所述含硼物质3的加入量为，使加入后熔体中硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5～1.5。

在步骤(2)中，所述的含硼物质3的加入方法是指，铝合金在熔炼炉或保温炉5内熔化并在700℃-750℃下保温，在含锰物质2加入之后加入到熔体1中，并使其与熔体1充分混合。

在步骤(3)中，所述的二次净化处理，具体为将铝合金熔体精炼后进行扒渣处理，然后再进行过滤。精炼过程施加惰性气体和永磁双联搅拌，保温30至60分钟后，进行过滤。

对于铝合金中的杂质，本发明方法可以有效地去除熔体中的钒和钛，使钒和钛的含量分别降低45重量％至90重量％，并适当的降低铁含量，使铁的含量降低15重量％至50重量％。本发明所述的方法操作简单，在铝合金的熔炼过程中降低多种杂质元素的含量，并且锰和硼的残余量较低。使用的除杂合金价格低廉，并可以使用一般纯铝代替高纯铝锭作为铝合金原料，极大地降低了生产的成本。对杂质元素去除效率高，去除的过程不会引入其他有害杂质。经本发明的方法去除铁、钛和钒杂质后的铝合金，其质量得到提高，不会因为杂质元素产生的硬脆相而导致铸锭开裂等问题，使合金具有良好的后续加工性能，并可以提高成品材料的钎焊性能，从而生产出性能优异的半成品铝合金坯料，特别适用于铝热传输用途。

附图的简要说明

1.铝合金熔体

2.通过惰性气体吹入含锰物质

3.含硼物质

4.铁管或其它在铝液中较稳定的金属或非金属管

5.熔炼炉或保温炉

6.氮气和/或氩气气体搅拌

7.透气砖

8.永磁搅拌

9.熔渣

实施例

以下以实施例的方式对本发明的技术方案进行详细说明。以下的实施例在本发明技术方案的前提下进行实施，并给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于以下的实施例。

实施例1

采用Al-7.5重量％Si合金(15000kg)，其中含铁为0.1重量％，钛为0.01重量％，钒为0.01重量％。在熔炼炉中熔化，熔化后使用氮气加入0.05重量％的锰，加入0.015重量％的硼，在720℃对熔体使用氮气气体和永磁双联搅拌，作用时间30分钟，扒去熔体表面的熔渣。在保温炉中对熔体进行精炼和扒渣处理，熔体温度730℃，保温30分钟。最后将熔体通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤板。处理后合金中铁含量为0.083重量％，钛为0.0052重量％，钒为0.0047重量％。合金中残留的锰含量为0.012重量％，硼含量为0.0076重量％。

实施例2

采用Al-8.5重量％Si合金(12000kg)，其中含铁为0.12重量％，钛为0.015重量％，钒为0.015重量％。在熔炼炉中熔化，熔化后使用氮气加入0.09重量％的锰，加入0.03重量％的硼，在730℃对熔体使用氮气气体和永磁双联搅拌，作用时间30分钟，扒去熔体表面的熔渣。在保温炉中对熔体进行精炼和扒渣处理，熔体温度730℃，保温30分钟。最后将熔体通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤板。处理后合金中铁含量为0.094重量％，钛为0.0062重量％，钒为0.0052重量％。合金中残留的锰含量为0.056重量％，硼含量为0.014重量％。

实施例3

采用Al-9.5重量％Si合金(15000kg)，其中含铁为0.15重量％，钛为0.01重量％，钒为0.02重量％。在熔炼炉中熔化，熔化后使用氮气加入0.15重量％的锰，加入0.035重量％的硼，在740℃对熔体使用氮气气体和永磁双联搅拌，作用时间60分钟，扒去熔体表面的熔渣。在保温炉中对熔体进行精炼和扒渣处理，熔体温度730℃，保温30分钟。最后将熔体通过规格为15ppi-40ppi的泡沫陶瓷过滤板。处理后合金中铁含量为0.107重量％，钛为0.0028重量％，钒为0.0045重量％。合金中残留的锰含量为0.072重量％，硼含量为0.016重量％。

由上述实施例中的未经去除杂质的铝合金原料按半连续铸造法进行铸锭，具体铸造方法可参照孙兆霞等，铝合金半连续铸造的工艺过程控制，《轻合金加工技术》，2001年第29卷第11期，第19-25页的方法，将其全部引入以作参考。依照本领域工业生产中常用的检测方法，如生产后由专业人员进行目测等方法，发现部分会因铸锭开裂造成不合格的产品，铸锭开裂率为5％。而依据本发明实施例中经过去除铁、钒和钛杂质后得到铝合金，依照前述的半连续铸造法在相同条件下将其铸锭，按照与前述相同的检测方法，发现没有铸锭开裂的现象。

Claims

1.一种铝合金中杂质元素钒、铁、钛的去除方法，所述方法包括以下步骤：向含有钒、钛和铁杂质的铝合金熔体中加入含锰物质和含硼物质，充分搅拌以除去杂质元素，其中所述含锰物质的加入量是使锰铁重量比为0.5-1.5，所述含硼物质的加入量是使加入含硼物质后熔体中硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5～2。

2.如权利要求1所述的去除方法，其中，所述含锰物质为纯锰，铝锰合金，锰的氯化物，或它们的混合物；所述含硼物质为铝硼合金，纯硼，或它们的混合物。

3.如权利要求1或2所述的去除方法，其中，含锰物质和含硼物质是分别加入的。

4.如权利要求3所述的去除方法，其中含硼物质是在含锰物质加入后加入的。

5.如权利要求1所述的去除方法，其中所述含锰物质的加入量是使锰铁重量比为0.5-1，所述含硼物质的加入量是使加入含硼物质后熔体中硼相对于钒和钛总重的重量比为0.5～1.5。

6.如权利要求1所述的去除方法，其中所述含锰物质的加入方法是通过惰性气体将含锰物质吹入铝合金熔体中。

7.如权利要求6所述的去除方法，其中惰性气体选自氮气、氩气和它们的混合物。

8.如权利要求1-7任一项所述的去除方法，其进一步包括如下步骤，

通过惰性气体搅拌和/或永磁搅拌以使反应充分，和/或

包括精炼和/或过滤步骤的二次净化步骤。

9.如权利要求8所述的去除方法，其中惰性气体为选自氮气、氩气和它们的混合物。

10.如权利要求8所述的去除方法，其中所述的二次净化步骤中的过滤步骤在惰性气体搅拌和/或永磁搅拌下进行。