CN102400016A

CN102400016A - 一种铸造铝合金精炼处理装置及其精炼方法

Info

Publication number: CN102400016A
Application number: CN2011103466724A
Authority: CN
Inventors: 徐章跃
Original assignee: M-UNION (WUHU) Co Ltd
Current assignee: M-UNION (WUHU) Co Ltd
Priority date: 2011-11-05
Filing date: 2011-11-05
Publication date: 2012-04-04

Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金精炼处理装置及其精炼方法，其主要是在铸造铝合金精炼处理装置中加入精炼剂和覆盖剂进行铝合金的精炼处理，最终得到铝合金精炼成品。本发明实现了铝合金熔液低铁含量的分级精炼，提高铝合金熔液精炼效果，简化生产工艺流程，提高精炼剂利用率。

Description

一种铸造铝合金精炼处理装置及其精炼方法

技术领域

本发明属于有色金属冶炼设备技术领域，涉及铝合金材料的精炼处理装置，更具体地说，本发明涉及一种铸造铝合金的精炼处理装置和该精炼装置所采用的精炼精炼方法。

背景技术

在现代汽车制造业，“轻量化”成为衡量技术发展先进的一个共识指标。铝合金具有密度小，优异的导热、导电性能，易于成型等优点而被广泛应用。铝合金成型方法主要有铸造成型和变形加工，其中，铸造成型仍然是现在铝合金生产中大量使用的成型方法。

在现代铝合金铸造中，产品结构复杂化和加工工艺简单化成为降低生产成本的主要途径，为此发展了各种精密铸造工艺。压铸工艺成为主要的成型方法之一，它具有生产效率高、节省原材料、成型零件加工余量小等优点。近年来压铸工艺向高精密方向发展，随着压铸模具设计制作技术的提高，以及压铸机性能的提高，使压铸铝合金零件与其它铝合金精密铸造件具有相近的使用性能。铝合金压铸成型正成为广泛使用的铸造方法。

在压铸生产时，铝合金熔液在压铸型腔中凝固。铝合金熔液在凝固过程中，铝合金熔液中的氢原子自发的形成氢气分子，自发形成的氢分子和以非金属夹杂物为形核基底形成的气泡、夹杂是造成铝合金压铸件中产生缺陷的主要原因。而铝合金熔液中绝大部分的杂质和气体来自于回炉料，如压铸后余留的料柄、流道、集渣包、废品件等，故在铝合金熔炼时，铝合金熔液的精炼处理必不可少。近年来，人们越发重视开发新型铝合金熔液精炼剂和精炼处理方法。

本发明是在对我公司原有专利技术的基础上，通过生产实践，作了进一步的改进。我公司于2008年9月8日申请的发明专利，专利号为200810212106.2，发明名称为“压铸铝合金精炼处理装置及其精炼处理方法”，在生产实践中发现，还存在铝合金熔液精炼效果需进一步改进，铝合金熔液被易受污染、铁含量过高；精炼装置精炼不方便等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造铝合金的精炼处理装置及其精炼方法，本发明实现了铝合金熔液低铁含量的分级精炼，提高铝合金熔液精炼效果，简化生产工艺流程，提高精炼剂利用率。

为了实现上述目的本发明采取如下技术方案：

铸造铝合金精炼处理装置，其特征在于：坩埚熔炉内设有隔板，所述的隔板将坩埚熔炉分隔成依次相邻的熔化室、精炼室和取液室，所述的熔化室和精炼室的底部、精炼室和取液室底部均封闭，所述的隔板上设有通孔。

所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、用隔板、封条与坩埚熔炉装配好，隔板上的通孔中装配过滤网；

（2）、向所述的熔化室中加入铸造铝合金料，升温熔化铸造铝合金料，在铝合金熔化过程中，不断向熔化室中的铝合金熔液表面撒上覆盖剂；

（3）、待所述的熔化室中的铝合金熔液到达隔板通孔处，铝合金熔液经过所述熔化室和精炼室之间的隔板上的通孔流向精炼室，再从精炼室和取液室之间的隔板上的通孔流向取液室，随着熔化室内铝合金熔液的液面下降，不断向熔化室再投放压铸铝合金料；

（4）、待熔化的铝合金熔液的温度到达660℃～690℃时，在精炼室中，用精炼装置，通过吹气方式，利用氩气或者氮气把配制好的精炼剂送入到铝合金熔液中，对铝合金熔液进行精炼处理，精炼时间为5～15分钟；

（5）、取出精炼装置，然后用扒渣勺将所有漂浮物轻轻取出；

（6）、在所述的取液室，用容器将精炼后的铝合金熔液取出；

（7）、重复上述步骤2）～步骤6）。

所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于：所述的铝合金熔液精炼剂主要包括15%-25% NaBF₄，35%-55%NaCl，1%-10%C₂Cl₆，10%-25%Na₂TiF₆和5%-20%NaF，所述的精炼剂加入量为铝合金熔液质量的 0.2％～0.9％。

所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于：所述的覆盖剂为30％NaCl，10%CaF₂，40%CaCl₂和20%MgCl₂，加入重量为铝合金液质量的3.5%～4.0%。

所述的精炼装置主要包括空心容器、气管、气阀和手柄，所述的容器内放入所述的铝合金熔液精炼剂；所述的空心容器下方设置有接口与气管相连接，容器空心部分与气管连通，所述的气管通过管接头与气阀连接，气体从气管进入空心容器。所述的连接方式还可以采用焊接或者螺纹连接，所述的空心容器可以制作为圆形、椭圆形、方形等形状。

所述的空心容器的壳体上均匀分布有多个喷吹网眼，所述的喷吹网眼结构为小孔径的通孔，使空心容器内部与外部相通；所述气管的一端与空心容器连接，另一端通过管接头与右手柄连接；所述的右手柄再与左手柄连接，为了平衡精炼装置的重量及其在铝合金熔液中操作方便，所述的左手柄由质量较大的材料制成，如胶木、陶瓷和金属，且可以自由拆卸更换；所述的气阀设置在靠近所述右手柄的前方，在所述的气阀上设有调节气体流量的调节结构。使用时，在右手把握手柄的同时，右手指可以自由地对气阀进行气体流量调节控制。

所述的精炼处理装置的操作过程为：将所述的空心容器安装在所述气管上，在所述空心容器中装入所述的精炼剂；右手把握右手柄，左手把握左手柄，把装有精炼剂的容器放入铝合金熔液中；右手大拇指和食指开启气阀，气体进入容器中吹出精炼剂，左手把握左手柄在铝合金熔液中慢慢移动，对铝合金熔液进行精炼处理。

本发明各配方组分的作用原理：

本精炼剂主要由NaBF₄、NaCl、C₂Cl₆、Na₂TiF₆和NaF组成，其中NaCl、NaF、NaBF₄为铝合金熔剂，NaCl（氯盐）对固态Al₂O₃夹杂或者氧化膜有很强的浸润能力，它们容易与Al₂O₃发生浸润作用，甚至在熔剂全部融化以前，就开始沿着氧化铝薄膜表面流动，覆盖于铝合金熔液表面。所述熔剂在铝合金熔液温度区域，熔剂密度约为1.5g/cm³，显著小于铝合金熔液的密度，所以铝合金熔剂能很好的铺展在铝合金熔液表面。当它们与铝合金熔液表面上的氧化膜接触时，很容易渗入到氧化铝膜内的小孔和裂纹中，在毛细管压力作用下，氧化膜被挤碎成细小颗粒，并被熔剂吸收，悬浮于铝合金熔剂中。这些熔剂化学性质稳定，不易与铝起化学反应。

在氯盐中加入NaF、NaBF₄等氟盐，能有效提高铝合金熔剂吸附氧化物的能力及除气效果。氟化物盐能有效地从铝合金熔液表面去除氧化膜，是由于氟盐可以与铝合金熔体发生化学反应，生成气态的AlF、BF₃等化合物，它们以机械作用促使氧化膜与铝熔体分离，降氧化膜挤破，进入熔剂中。氟盐还可以有效提高氯盐熔剂对铝合金熔体间的表面张力，使铝合金熔体与熔剂易于分离，减少熔渣对铝合金熔液的损耗。

C₂Cl₆、Na₂TiF₆作为精炼剂，同时具有对铝合金熔液进行变质处理的作用，C₂Cl₆、Na₂TiF₆与铝合金熔液及其熔液中的水分发生化学反应，生成AlCl₃、HCl、Cl₂、H₂、Al₂O₃，AlC合金、AlTi合金等复杂成分。其中析出的气体，在上浮过程中，可以有效使铝合金熔液中的杂质及其氧化物上浮，进入到熔剂中，在除渣时一并除去。实现对铝合金熔液的净化作用。

而C₂Cl₆、Na₂TiF₆与铝合金熔液反应形成的AlC合金、AlTi合金等，保留在铝合金熔液中，待铝合金熔液浇注到铝合金模具时，在铝合金熔液结晶时，起到晶核的作用，加速铝合金熔液的凝固，对铝合金起到变质作用。

本发明的有益效果：

1、铝合金熔液质量高：坩埚熔炉采用有专门精炼室的三室结构和专门制作的铝合金熔液隔板，在生产中易于对铝合金熔液进行连续精炼处理，实现连续性生产；2、操作方便：在对铝合金熔液的精炼过程中，只需把按要求配制的铝合金熔液精炼剂用专门的精炼装置，通过气体吹入合金液中，即可实现铝合金液的精炼处理；3、效率高：在精炼过程中，由于所采用的精炼剂在对铝合金熔液精炼的同时，具有对合金液的变质改性作用；在精炼过程中，精炼剂得以充分吸收，吸收率达到95％以上，获得了优良的铝合金熔液；4、经济环保：所选用的覆盖剂、精炼剂属于广泛使用的盐类化合物，对环境无破坏作用，且价格低廉，所选用的精炼装置结构简易，易于制作，拆卸更换自由，方便保管。

附图说明

图1为本发明所提供的合金液熔炉装置的俯视图；

图2为图1所示的合金液熔炉装置的A-A线的剖视图；

图3为本发明中的隔板结构示意图；

图4为本发明中的精炼装置结构示意图。

上述各图中的标记分别为：

1、熔化室，2、精炼室，3、取液室，4、隔板，5、隔板上的通孔，6、封条，7、氧化物，8、杂质，9、气管，10、喷吹网眼，11、管接头，12、气体入口，13、精炼剂容器，14、容器锁紧器，15、气阀，16、右手柄，17、左手柄，18、气管弯头，19、容器连接装置，20、固定销，21、精炼剂，22、铝合金坩埚熔炉，23、精炼装置。

具体实施方式

实施例1：如图1至图3所示，本发明所提供的这种铸造铝合金精炼处理装置，该装置是在铝合金坩埚熔炉22内设置两块隔板4，将铝合金坩埚熔炉22分隔成依下列顺序相邻的熔化室1、精炼室2和取液室3，所述的熔化室1和精炼室2的底部、精炼室2和取液室3底部用封条6封闭；封条6端面形状可以为圆弧形、三角形、方形，封条6通常由不锈钢、陶瓷、石墨等含铁量低的材料制作，并且在封条6上设置有方便与铝合金坩埚熔炉22固定的结构，设置这样的结构，是为了铝合金坩埚熔炉22在使用时方便拆装、清理，以保证铝合金熔液在熔炼及其使用过程中质量稳定，不受外来杂质的污染，提高铝合金材料的使用性能。

为了使铝合金坩埚熔炉22的熔化室1、精炼室2和取液室3之间互相连通，实现铝合金熔液在熔化室1、精炼室2和取液室3之间流动，在两块隔板4中部偏下区域设置通孔5，通孔5具有连通熔化室1、精炼室2和取液室3和让铝合金熔液从熔化室1流到精炼室2，再从精炼室2流到取液室3得功能，同时，为了有效过滤铝合金熔液中的氧化物7和/或杂质8，提高铝合金熔液的精炼效果，还可以在通孔5中设置过滤网。

如图2所示，所述的两块隔板4平行放置，隔板4竖直地插入到由封条6形成的沟槽中被固定，形成铝合金熔液从通孔5中流动的三个熔炼室：即上述的熔化室1、精炼室2和取液室3。两块隔板4之间就是精炼室2，熔化室1和取液室3分布在两隔板4的两外侧。

在铸造铝合金熔炼过程中，中间的熔炼室作为铸造铝合金熔液液的精炼室2，两边的熔化室，其中一个是用作熔化铸造铝合金料的熔化室1，另一个是取液室3，用于铸造生产时舀取经过精炼处理铝合金熔液液。所以，上述精炼装置具有熔化铝合金、过滤精铝合金熔液、盛放铝合金熔液的功能。

上述铝合金坩埚熔炉22的结构，能提高铝合金熔液精炼效果，提高精炼剂利用率，实现铝合金在熔炼及其使用过程中质量稳定，不受外来杂质的污染，提高铝合金材料的使用性能。

实施例2：如图2所示，本发明所述的熔化室1、精炼室2和取液室3之间的连通是由隔板4上的通孔5相互连通，由于通孔5设置在隔板的中部偏下区域，但是又没有再隔板4底部，则铸造铝合金熔液在熔化室1熔化后，不能随即进入到精炼室2，这样可以有更多的时间让铝合金熔液中的杂质8及其氧化物7沉积到熔炼室1底部，实现对铸造铝合金的初级精炼作用。等待铸造铝合金熔液到达隔板4上的通孔5后，铝合金熔液自动流到精炼室2；铝合金熔液在精炼室2内得到进一步沉积后，进入到取液室3，实现铸造铝合金熔液的初级精炼过滤作用，在不使用过滤网时，通孔5孔径在5mm至25mm之间；使用过滤网时，通孔5孔径在30mm之100mm之间。

实施例3：铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于包括以下步骤：

（7）、重复上述步骤2）～步骤6）。

铝合金熔液精炼剂，其组成原料的重量百分比为：NaBF₄ 15%-25%、NaCl 35%-55%、C₂Cl₆ 1%-10%，Na₂TiF₆10%-25%和NaF 5%-20%。

制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、按照所述的铝合金精炼剂的配比，称量好所需重量的NaBF₄、NaCl、C₂Cl₆、Na₂TiF₆和NaF后，分别放入烘箱中烘烤，其中，NaCl的烘烤温度为450℃～500℃，NaBF₄的烘烤温度为300℃～350℃，C₂Cl₆的烘烤温度为70℃～90℃，Na₂TiF₆的烘烤温度为450℃～500℃，NaF的烘烤温度为250℃～290℃；烘烤时间均为20min～30min；

（2）、将上述化合物烘烤完成后，放到干燥空间冷却到室温，并将各原料混合，粉碎机搅拌并粉碎烘烤，使成分混合均匀；

（3）、将混合均匀的铝合金精炼剂用密封袋包装，存放在干燥处备用

精炼剂加入量为铝合金熔液质量的 0.2％～0.5％。

覆盖剂为30％NaCl，10%CaF₂，40%CaCl₂和20%MgCl₂，加入重量为铝合金液质量的3.5%～4.0%。

应用例1：根据所述铝合金精炼剂，对ZL101（取自中国国标GB/T1173铸造铝合金）铝合金进行精炼处理，铝合金ZL101为Al-Si系铸造铝合金，其主要成分：Si为6.5%-7.5%，Mg为0.3%-0.5%，Fe小于0.45%，Mn小于0.35%，余量为Al。

精炼剂的组分为：NaBF₄为25%，NaCl为55%，C₂Cl₆为5%，Na₂TiF₆为10%和NaF为5%，精炼剂的加入量为铝合金熔液的0.9%。

ZL101铝合金熔液经过熔炼后，在压铸测试模具中压铸铸件，得到铝合金压铸铸件的力学性能为：抗拉强度为230MPa～240MPa，屈服强度为165MPa～170MPa，延伸率为5%～8%。

应用例3：铝合金为ZL101，所述的精炼剂成分为：NaBF₄为20%，NaCl为40%，C₂Cl₆为10%，Na₂TiF₆为20%和NaF为10%，精炼剂的加入量为铝合金熔液的0.6%。

ZL101铝合金熔液经过熔炼后，在压铸测试模具中压铸铸件，得到铝合金压铸铸件的力学性能为：抗拉强度为235MPa～245MPa，屈服强度为165MPa～170MPa，延伸率为4%～8%。

应用例4：铝合金为ZL101，所述的精炼剂成分为：NaBF₄为25%，NaCl为35%，C₂Cl₆为10%，Na₂TiF₆为25%和NaF为5%，精炼剂的加入量为铝合金熔液的0.2%。

ZL101铝合金熔液经过熔炼后，在压铸测试模具中压铸铸件，得到铝合金压铸铸件的力学性能为：抗拉强度为230MPa～240MPa，屈服强度为170MPa～175MPa，延伸率为4%～6%。

应用例5：铝合金为ZL101，所述的精炼剂成分为：NaBF₄为20%，NaCl为35%，C₂Cl₆为1%，Na₂TiF₆为24%和NaF为20%，精炼剂的加入量为铝合金熔液的0.7%。

ZL101铝合金熔液经过熔炼后，在压铸测试模具中压铸铸件，得到铝合金压铸铸件的力学性能为：抗拉强度为240MPa～250MPa，屈服强度为155MPa～165MPa，延伸率为5%～8%。

应用例6：铝合金为ZL101，所述的精炼剂成分为：NaBF₄为25%，NaCl为35%，C₂Cl₆为10%，Na₂TiF₆为10%和NaF为20%，精炼剂的加入量为铝合金熔液的0.2%。

ZL101铝合金熔液经过熔炼后，在压铸测试模具中压铸铸件，得到铝合金压铸铸件的力学性能为：抗拉强度为220MPa～230MPa，屈服强度为165MPa～170MPa，延伸率为6%～8%。

ZL101铝合金经过上述精炼剂处理后，力学性能明显提高，并且适用于在铝合金压铸领域。

实施例4：本发明所述的精炼装置23设有空心的精炼剂容器13、气管9、气阀15，所述的精炼剂容器13内放入精炼剂；所述的精炼剂容器13与气管9连接，其空心部分与气管9连通，所述的气管9通过管接头11与气阀9连接。

在精炼过程中，将精炼剂装入精炼剂容器13中，用上述的精炼装置23，把精炼剂随气流吹入铝合金精炼熔液中，精炼时间为5～15min，精炼剂在铝合金熔液中起造渣和除气作用。铝合金液升温到达670℃～690℃时，加入精炼剂进行精炼处理，精炼剂主要用来精炼铝合金熔液，用该精炼装置23通过气体把精炼剂通入合金液中，达到精炼除气效果。

实施例5：如图4所示，本发明所述的精炼剂容器13壳体上均匀分布有多个喷吹网眼10，所述的喷吹网眼10结构为小孔径的通孔，使精炼剂容器13内部的空心与外部相通；所述的气管9通过管接头11与气阀15连接，所述气阀15与右手柄16连接；所述的右手柄16再与左手柄17连接；所述的气阀15设置在所述的右手柄16前方，这样设置的方式，是为了方便在使用时，右手在把握右手柄16时，右手大拇指和食指可以自由控制气阀15的开启及其气体流量，在所述的气阀15上设有调节气体流量的调节结构。

精炼剂在铝合金熔液中，受热融化，并被气体从精炼剂容器13中通过多个均匀分布的喷吹网眼10吹入到铝合金熔液中，实现铝合金熔液的精炼，精炼时间为5～10分钟。由于精炼剂容器13深入到铝合金熔液中去的，而且其壳体上又分布很多网眼10，所以，精炼剂被均匀地分布到精炼液的各处，使其充分与精炼液混合，与铝合金熔液发生作用，实现铝合金精炼，提高其利用率和精炼的效果。

在精炼过程中，使用如图1所示的精炼处理装置，把精炼剂装入精炼剂容器13中，使用时，左手握左手柄17，右手握右手柄16，将该铝合金熔液精炼装置23插入精炼室的铝合金熔液中，打开气阀15，气体通过管接头11和气管9进入精炼剂容器13中，把精炼剂吹入铝合金熔液中，实现铝合金熔液的精炼处理。

使用精炼装置23的方法是：打开精炼剂容器13，装入精炼剂，使用时，左手握左手柄17，右手握右手柄16，将该装置插入铝合金熔液后，打开气阀15，实施通氩喷吹精炼剂精炼铝合金熔液。

可以根据精炼的工艺要求，调节氩气流量的大小，使其达到最佳垢工艺效果，提高复合精炼剂的利用率，降低成本。

Claims

1.一种铸造铝合金精炼处理装置，其特征在于：坩埚熔炉内设有隔板，所述的隔板将坩埚熔炉分隔成依次相邻的熔化室、精炼室和取液室，所述的熔化室和精炼室的底部、精炼室和取液室底部均封闭，所述的隔板上设有通孔。

2.一种如权利要求1所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于包括以下步骤：

（7）、重复上述步骤2）～步骤6）。

3.根据权利要求2所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于：所述的铝合金熔液精炼剂主要包括15%-25% NaBF₄，35%-55%NaCl，1%-10%C₂Cl₆，10%-25%Na₂TiF₆和5%-20%NaF，所述的精炼剂加入量为铝合金熔液质量的 0.2％～0.9％。

4.根据权利要求2所述的铸造铝合金精炼处理装置的精炼方法，其特征在于：所述的覆盖剂为30％NaCl，10%CaF₂，40%CaCl₂和20%MgCl₂，加入重量为铝合金液质量的3.5%～4.0%。