CN103266237B - 铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂及其制备方法，该熔剂是通过将超微细的稀土氧化物加入以氯化钠，氯化钾，氟铝酸钠，氟硅酸钠，硝酸钠，碳酸钠，氟化钠为主体的粉料中，经搅拌、脱水和熟化后制成的。熔炼中使用该熔剂可有效净化锌合金液，提高流动性和铸造性能，促进锌合金铸造组织中晶粒的细化和第二相在晶内的弥散析出，从而提高锌合金的强度，硬度，耐磨性和耐蚀性，同时有效地克服了现有锌合金除渣精炼熔剂产生大量有毒有害气体和烟尘，严重污染环境的弊端。

Description

铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸造锌合金熔炼过程中净化锌合金熔液所使用的除渣精炼熔剂及其制备方法。

背景技术

铸造锌合金的熔炼过程分为熔化，调整成份，除渣精炼，变质处理，调整温度和浇注。由于炉料不洁，炉料受热表面氧化，导致已熔化的锌合金液面上有浮渣或熔渣，它是金属氧化物和被卷入外来杂质的混合物。这种浮渣和分散在熔液内的夹杂和气体必须除尽，以确保铸件组织的纯净。因此，除渣精炼是必要的净化处理工艺。一般采用静置澄清，氯盐处理，惰性气体吹炼以及过滤等净化方法。目前应用最广也是最经济的处理方法是氯盐处理法。即待合金熔化后用钟罩压入占炉料质量分数为0.1%-0.3%的氯化锌或质量分数为0.1%-0.3%的氯化铵，或质量分数为3%-4%的六氯乙烷，或质量分数为0.2%-0.5%以氯化钠、氯化钾为主体并含有上述单一或多种成份的普通锌合金除渣精炼剂。上述氯盐处理过程虽然可以在不同程度上去除锌合金液中40%-80%的氧化物和金属间化合物，使浮渣中的锌合金含量下降50%-80%。但同时也产生大量烟尘和有毒有腐蚀性气体，恶化作业环境，使合金熔损率增大，难以获得组织致密、无熔渣、无气泡及夹杂物的锌合金。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种铸造锌合金用除渣精炼熔剂，以解决现有技术中存在的上述问题，用本发明的这种熔剂组合物对铸造锌合金熔液进行除渣精炼处理应无烟尘和有害气体，可有效净化锌合金液，提高流动性和铸造性能，促进锌合金铸造组织中晶粒的细化和第二相在晶内的弥散析出，从而提高锌合金的强度，硬度，耐磨性和耐蚀性，同时减少合金熔损率。

本发明的另一个目的是提供一种上述组合物的制备方法。

技术方案：本发明的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂组合物，按重量百分比该组合物由以下组分组成：以重量计：

所述的稀土氧化物在铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂中的重量含量为0.6%-1.5%。

所述稀土氧化物是氧化镧，氧化铈或氧化镨，或是该三种氧化物的组合。

所述的稀土氧化物的组合以重量计为：

氧化镧的含量为20%-30%，

氧化铈的含量为65%-75%，

氧化镨的含量为2%-5%。

所述稀土氧化物粉体的粒度为2-5μm。

本发明的的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂的制备方法包括以下步骤：

a)将氯化钠、氯化钾、氟铝酸钠、氟硅酸钠和氟化钠在95°C—125°C的温度和常压下混合搅拌45分钟，形成均匀干燥粉体混合物；

b)向该混合物中加入硝酸钠、碳酸钠和稀土氧化物，在85°C-100°C的温度和常压下混合搅拌30分钟；

c)自然冷却搅拌20分钟。

本发明的熔剂组合物可以采用常规氯盐处理工艺对铸造锌合金熔液进行除渣精炼。例如，对压铸用锌合金，待合金液温度达到工艺要求的处理温度时（合金牌号不同，则处理温度不同，处理温度高于相应牌号浇注温度30°C-50°C有利于清渣和精炼），将按比例备用熔剂量的1／3用盆形钟罩压入合金液中，（离炉底约10厘米），平移炉内各处并将钟罩做圆周运动，以便让其粉末尽量弥散分布于熔池内部，以加快反应速度，如在反射炉中使用，则将熔剂置于网状金属框内，然后在炉内左右来回移动。反应时间约5-8分钟，反应完毕后将剩余的2／3熔剂均匀覆盖在锌液面上，静置2-4分钟，然后搅动浮渣，直至渣液彻底分离，渣成粉状为止，最后扒渣浇铸。

有益效果：在上述熔剂组合物中，稀土氧化物是通过组分氟铝酸钠和氟硅酸钠在锌合金液熔炼温度下放热反应形成的局部高温能量起伏，被合金液中的铝元素还原成具有新鲜活性表面的稀土元素，利用该稀土元素活泼的化学性质，可与锌合金液中的氧，氮，氢等杂质和一系列低熔点杂质分别形成相对密度小、熔点高的难熔化合物，很容易和熔渣一起从金属液中排除出去，达到除渣精炼效果。稀土元素对锌合金液具有变性作用，钝化作用和细化作用，即可以提高金属液流动性和铸造性能，细化合金铸造组织，消除锌合金中沿晶界分布的连续网状结构，使合金强度，硬度，耐磨性和耐蚀性提高。利用硝酸钠和碳酸钠在锌合金熔炼温度下分解反应所释放的气泡，可有效吸附锌合金熔液中溶解的气体和弥散分布的细小质点。按一定配比投入的氯化钠，氯化钾和氟化钠，在锌合金熔炼温度下形成低熔点且容易捕捉杂质同时与锌合金液不润湿的熔剂，利于造渣和锌合金与渣的分离。这些组分的组合以及各组分的上述百分比范围，是通过大量试验确定的，上述组合以及百分比范围使本发明铸造锌合金除渣精炼熔剂组合物具有上述净化处理效果，合金综合性能和环保无有害烟尘的优良平衡。

整个处理过程无烟尘和刺鼻有毒有害气体释出，处理后收集的废渣中锌合金含量重量百分比不高于5%。锌合金液的流动性提高，组织性能改善。

具体实施方式

下面通过实施例和对比例进一步说明本发明。在以下实施例和对比例中，主要采取肉眼观察处理过程中烟尘大小和炉渣物理状况以及测试熔渣中锌合金含量，同时用金属型在炉前浇注未经后续变质处理的铸造锌合金试样，浇注后2－3分钟将已凝固的试样从铸型中取出水冷，然后将试样一端夹持在虎钳上用锤击断，根据击断时用力大小及试样的折断角来判断锌合金的力学性能并结合观察断口的晶粒大小，有无偏析，氧化，夹渣，以综合判断除渣精炼的效果。

例1：

例2

例3

所述的稀土氧化物为氧化镧、氧化铈或氧化镨，或为该三种氧化物的组合物：

氧化镧的重量含量为20%-30%，

氧化铈的重量含量为65%-75%，

氧化镨的重量含量为2%-5%。

铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂的制备方法包括以下步骤：

a)将氯化钠、氯化钾、氟铝酸钠、氟硅酸钠和氟化钠在95°C—125°C的温度和常压下混合搅拌45分钟，形成均匀干燥粉体混合物；

b)向该混合物中加入硝酸钠、碳酸钠和稀土氧化物，在85°C-100°C的温度和常压下混合搅拌30分钟；

c)自然冷却搅拌20分钟。

实施例1

在铸造锌合金容量为50吨的反射炉中，使用含氯化锌组分的锌合金专用除渣精炼熔剂，加入量为锌合金重量的0.2%，即100公斤。操作工艺如前所述。当该熔剂进入锌合金液面以下，立即在液面上方产生大量烟尘并迅速扩展至整个车间，且有刺鼻气味。浮在液面上的熔渣为粘稠状，并夹有30%左右的锌合金。锌合金液因净化不完全表现出流动性较差。断口晶粒较粗大且可明显看到有夹渣和黑点。

对比例1

在与实施例1同样的工况和熔炼相同牌号铸造锌合金的条件下，使用本发明的熔剂，加入量为锌合金重量的0.2%，即100公斤，操作工艺同实施例1。当把该熔剂压入锌合金液面以下，液面上方会不断冒出气泡，但没有烟尘和刺鼻气味，最后浮在液面上的熔渣为粉状，很容易扒出，废渣中夹有5%左右的锌合金。锌合金液因净化完全表现出良好的流动性。断口晶粒较细，未现夹渣。

实施例2

在锌合金容量为30吨的反射炉中，使用含氯化锌和氯化铵组分的锌合金专用除渣精炼剂，加入量为锌合金重量的0.25%,即75公斤。在熔池内锌合金液的温度高于浇注温度40°C时，用喷吹工艺，在距离熔池底部10厘米处将25公斤该熔剂随氮气流喷入锌合金熔液中，立即在液面上方产生大量气泡，同时有大量烟尘并迅速扩展至整个车间，且有刺鼻气味。反应时间约5-8分钟，反应完毕后将剩余的2／3熔剂计50公斤均匀覆盖在锌合金液面上，静置2-4分钟，然后搅动浮渣，直至渣液彻底分离，浮渣为黑色粘稠状，夹有25%左右的锌合金。净化效果较好。锌合金液流动性较好。晶粒比较粗大，未见夹渣。

对比例2

在与实施例2同样的工况和熔炼相同牌号锌合金的条件下，使用本发明的熔剂，加入量为锌合金重量的0.25%，即75公斤，操作工艺同实施例2。当把该熔剂用氮气流吸送压入锌合金液面以下时，液面上方会不断冒出大量气泡，但没有烟尘和刺鼻气味，工艺处理完毕，最后浮在液面上的熔渣为粉状，很容易扒出，废渣中夹有5%左右的锌合金。锌合金液因净化完全表现出良好的流动性。晶粒明显细化，组织致密，未见夹渣。

实施例3

在高压铸造机的机边350公斤容量的锌合金熔化兼保温炉中，采用与对比例1成份配比一致的本发明的熔剂，加入量为该机边炉中锌合金容量的0.2％，即0.7公斤。操作工艺同实施例1。当把该熔剂压入锌合金液面以下，液面上方会不断冒出气泡，没有烟尘和刺鼻气味，最后浮在液面上的熔渣虽然仍为粉状，但由于机边炉工艺控制要求的锌合金温度低于对比例1中反射炉中锌合金液的工艺控制温度，一般低20－30°C，致使有部分稀土氧化物没有参与反应而残留在渣中，炉渣较为粘稠，废渣中夹有15%左右的锌合金。锌合金液流动性良好，断口晶粒较细，未现夹渣。但总体净化效果不及对比例1。

对比例3

在与实施例3同样的工况和熔炼相同牌号锌合金的条件下，采用针对机边炉除渣精炼处理所设计的熔剂，即将本发明熔剂中的氟铝酸钠和氟硅酸钠加入量提高至上限，即15％和20％，将氯化钠和氯化钾的含量各降低5％，其它组分比例不变。当把该熔剂压入锌合金液面以下，液面上方会不断冒出气泡，没有烟尘和刺鼻气味。由于氟硅酸钠和氟铝酸钠局部释放的热量增加和能量起伏的加剧，为稀土氧化物在较低温度下的还原创造了较为有利的条件。最后浮在液面上的熔渣为粉状，无稀土氧化物残留，很容易扒出，废渣中夹有5%左右的锌合金。锌合金液因净化完全表现出良好的流动性。断口晶粒较细，明显细化，组织比较致密，未现夹渣。

实验结果说明，无论在环境保护文明生产上，还是在提高综合性能上，本发明的铸造锌合金除渣精炼熔剂组合物都明显地优于对比例的传统氯盐处理除渣精炼剂。

Claims (6)

1.一种铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂，其特征在于该熔剂按重量百分比计算，组成为：以重量计：

2.按照权利要求1所述的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂，其特征在于所述的稀土氧化物在铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂中的重量含量为0.6％-1.5％。

3.按照权利要求2所述的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂，其特征在于所述稀土氧化物是氧化镧，氧化铈或氧化镨，或该三种氧化物的组合。

4.按照权利要求3所述的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂，其特征在于所述的稀土氧化物的组成以重量计为：

氧化镧的含量为20％-30％，

氧化铈的含量为65％-75％，

氧化镨的含量为2％-5％。

5.按照权利要求2或3所述的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂，其特征在于所述稀土氧化物粉体的粒度为2-5μm。

6.一种如权利要求1所述的铸造锌合金熔炼用除渣精炼熔剂的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a)将氯化钠、氯化钾、氟铝酸钠、氟硅酸钠和氟化钠在95℃—125℃的温度和常压下混合搅拌45分钟，形成均匀干燥粉体混合物；

b)向该混合物中加入硝酸钠、碳酸钠和稀土氧化物，在85℃-100℃的温度和常压下混合搅拌30分钟；

c)自然冷却搅拌20分钟。