CN104060118A - 一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂 - Google Patents

一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂 Download PDF

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本发明设计一种铝合金除铁熔剂，其特征在于，由下列组成物及重量百分比组成：10-20%氯化钠(NaCl)、10-20%氯化钾(KCl)、10-20%冰晶石(Na3AlF6)、10-20%氟化钠(NaF)、30-40%硼酸(H3BO3)和/或碳化硼(B4C)。本发明提供的净化熔剂具有可连续除铁、操作方便等优点，能有效去除铝熔体中的铁元素。在使用时，熔剂中的硼化物会和杂质铁元素反应形成高熔点的硼铁化合物，并被熔渣捕获而进入到熔渣中，能有效降低铝合金中的铁含量。本熔剂适合铝合金的熔炼要求，具有极佳的粘度和表面张力，熔剂与铝的分离性好。熔剂的化学稳定性好，有害气体量少，符合工业卫生标准及废气排放标准。而且熔剂加入方便、操作工艺简便、成本低廉。

Description

一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂
技术领域
本发明涉及的是一种有色冶金技术领域的熔剂，采用含硼化物的熔剂对铝合金熔体进行净化，尤其是能够起到去除杂质铁的一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂。
背景技术
铝及其合金密度小、耐腐蚀，具有一定强度，塑性好，可进行各种加工，广泛应用于建筑、电子、机械制造、航空航天和石油化工等各个工业部门。目前，原铝生产成本越来越高，因此废铝回收利用成了目前铝工业的重要发展方向。废铝回收生产的过程中存在一个重要的问题：废料中杂质种类繁多，其中杂质铁是一个严峻的问题，因为铝合金标准要求对铁元素的限制含量极低。而且杂质铁极难被净化去除，它会在废铝的循环生产过程中不断积累，达到很高的含量，对后续生产造成困难。所以开发高效的除铁技术对废铝的循环利用意义重大。富铁相呈粗大针片状，在铝合金中穿过α-Al晶体，降低了合金所谓塑性及抗拉强度值。目前，用于消除铁相危害的方法主要是通过加入合金元素(Mn、Cr等)改变凝固组织中针状相的形态，但是这种方法的使用受限于临界铁含量，对各种铝合金来说，不仅临界铁含量不一致，而且最佳的Mn/Fe比值也不一致，因此无法很好地控制合金元素的加入量；而加入的合金元素本身也是一种严格受限的有害杂质；此外加入合金元素虽然可以改善铁相的形态，但增加了富铁化合物相的总量，不断累积的效果将使铝废料的再生更加困难。因此，急需开发一种高效的除铁方法，从根本上解决杂质铁带来的问题。
经对现有技术的文献检索发现，文献《电磁分离降低铝硅合金中铁含量》（李天晓，许振明，张雪萍，孙宝德，周尧和。上海交通大学学报，2001，35(5): 664~667）中介绍了利用电磁分离方法去除铝硅合金熔体中初生富铁相，以降低合金中的铁含量。它利用外加电磁场作用下由于富铁相的电导率远小于铝熔体的电导率而产生的挤压力来分离出铝熔体中的铁相杂质，但必须要在加入合金元素(如：Mn、Zr等)使得富铁相在熔体中预先析出的基础上，才能顺利用电磁场加以去除，而且除铁后的铁含量依旧达到0.41％，去除效果不理想。专利ZL 200610069093.9《铝合金除铁熔剂》提出了含硼化合物的除铁熔剂，但是经过试验发现几个问题：一是熔剂的粘度较大，试验后容易粘附在坩埚上，影响坩埚的使用，并且除铁效果明显下降；二是除铁剂氧化硼(B2O3)和/或硼酸钠(Na2B4O7)在熔融后密度增大，很难上浮，容易沉到坩埚底部，这样就不利于浮渣的捞取。
发明内容
本发明的目的在于克服现有铝合金除铁技术的缺点，改进现有硼化物除铁净化熔剂的不足，提供一种新型的含硼化合物的铝合金除铁熔剂。使其中的除铁组分能够有效地与铝熔体中的杂质铁反应，生成高熔点的化合物并被捕获而形成密度小的熔渣，并上浮到铝熔体的上部，很容易地被去除，而且使用方便、操作工艺简单、成本低廉。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种铝合金除铁熔剂，其特征在于，由下列组成物及重量百分比组成：10-20%氯化钠(NaCl)、10-20%氯化钾(KCl)、10-20%冰晶石(Na3AlF6)、10-20%氟化钠(NaF)、30-40%硼酸(H3BO3)和/或碳化硼(B4C)。其特征在于，优选地由下列组成物及重量百分比组成：包括组分质量百分比为：15-20%氯化钠(NaCl)、15-20%氯化钾(KCl)、10-15%冰晶石(Na3AlF6)、15-20%氟化钠(NaF)、30-35%硼酸(H3BO3)和/或碳化硼(B4C)。一种铝合金除铁熔剂制备方法，其特征在于，将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后放入烘箱，升温至250-300℃，保温2-4小时，然后取出待用；按铝合金除铁熔剂配方的重量百分比准确称取各个组分，放入球磨机，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合1-2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用中，只需加入铝合金熔体重量1%-2%的本熔剂即可达到显著的除铁效果。具体方法为：熔剂在使用前，需在100℃烘约1-2小时。然后在含杂质铁的铝合金熔体保温一段时间后，采用喷粉装置将熔剂随气体（N2或Ar）喷射入熔体内，静置30-60分钟，捞出表面浮渣，即可用于铸造。
本发明提供的净化熔剂具有可连续除铁、操作方便等优点，能有效去除铝熔体中的铁元素。在使用时，熔剂中的硼化物会和杂质铁元素反应形成高熔点的硼铁化合物，并被熔渣捕获而进入到熔渣中，能有效降低铝合金中的铁含量。本熔剂适合铝合金的熔炼要求，具有极佳的粘度和表面张力，熔剂与铝的分离性好。熔剂的化学稳定性好，有害气体量少，符合工业卫生标准及废气排放标准。而且熔剂加入方便、操作工艺简便、成本低廉。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明。
实施例1：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至250℃，保温3小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)20千克、氯化钾(KCl)20千克、冰晶石(Na3AlF6)10千克、氟化钠(NaF)10千克、硼酸(H3BO3)40千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合1.5小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的1%加入本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降40分钟。当用于原来含铁量1.0%的铝合金，则其含铁量从1.0%降到了0.54%。
实施例2：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至300℃，保温4小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)20千克、氯化钾(KCl)20千克、冰晶石(Na3AlF6)15千克、氟化钠(NaF)15千克、硼酸(H3BO3)30千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的2%加入本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降30分钟。当用于原来含铁量0.5%的铝合金，则其含铁量从0.5%降到了0.24%。
实施例3：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)、碳化硼(B4C)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至250℃，保温2小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)20千克、氯化钾(KCl)20千克、冰晶石(Na3AlF6)15千克、氟化钠(NaF)15千克、硼酸(H3BO3)25千克、碳化硼(B4C)5千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的2%加入本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降60分钟。当用于原来含铁量0.5%的铝合金，则其含铁量从0.5%降到了0.13%。
实施例4：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)、碳化硼(B4C)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至250℃，保温3小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)20千克、氯化钾(KCl)20千克、冰晶石(Na3AlF6)20千克、氟化钠(NaF)10千克、硼酸(H3BO3)20千克、碳化硼(B4C)10千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合1小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的加入1.5%本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降40分钟。当用于原来含铁量1.0%的铝合金，则其含铁量从1.0%降到了0.33%。
实施例5：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)、碳化硼(B4C)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至300℃，保温3小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)15千克、氯化钾(KCl)25千克、冰晶石(Na3AlF6)10千克、氟化钠(NaF)10千克、硼酸(H3BO3)30千克、碳化硼(B4C)10千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的加入1%本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降30分钟。当用于原来含铁量0.2%的铝合金，则其含铁量从0.2%降到了0.12%。
实施例6：
将氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)、氟化钠(NaF)、硼酸(H3BO3)、碳化硼(B4C)分别放入不锈钢容器中，放入烘箱，升温至300℃，保温3小时，然后取出待用。按熔剂配方准确称取各个组分，氯化钠(NaCl)10千克、氯化钾(KCl)20千克、冰晶石(Na3AlF6)10千克、氟化钠(NaF)20千克、硼酸(H3BO3)25千克、碳化硼(B4C)15千克，放入球磨机中，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
使用前，熔剂在100℃烘约1小时，在铝合金熔解炉中按照铝合金溶液重量的加入2%本发明的除铁熔剂，然后精炼后静置沉降60分钟。当用于原来含铁量0.15%的铝合金，则其含铁量从0.15%降到了0.07%。

Claims (3)

1.一种铝合金除铁熔剂，其特征在于，由下列组成物及重量百分比组成：10-20%氯化钠(NaCl)、10-20%氯化钾(KCl)、10-20%冰晶石(Na3AlF6)、10-20%氟化钠(NaF)、30-40%硼酸(H3BO3)和/或碳化硼(B4C)。
2.根据权利要求1所述的铝合金除铁熔剂，其特征在于，优选地由下列组成物及重量百分比组成：包括组分质量百分比为：15-20%氯化钠(NaCl)、15-20%氯化钾(KCl)、10-15%冰晶石(Na3AlF6)、15-20%氟化钠(NaF)、30-35%硼酸(H3BO3)和/或碳化硼(B4C)。
3.一种铝合金除铁熔剂制备方法，其特征在于，将各种原材料分别放入不锈钢容器中，然后放入烘箱，升温至250-300℃，保温2-4小时，然后取出待用；按铝合金除铁熔剂配方的重量百分比准确称取各个组分，放入球磨机，球磨机在250转/分的速度下，球磨混合1-2小时，取出混合好的熔剂并封装于密闭容器中。
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