CN104328299A

CN104328299A - 一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂及其制备方法

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Publication number: CN104328299A
Application number: CN201410568986.2A
Authority: CN
Inventors: 罗旭东; 王家淳; 王玉林; 丁清伟; 姜魁光; 邵宇光
Original assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2015-02-04

Abstract

本发明公开了一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂。本熔剂按Na₃AlF₆和K₃AlF₆为5-40%；MgCl₂和/或AlF₃为20-50%；KCl为10-40%；K₂TiF₆为3-8%；石墨粉为0.1-3%的质量百分组成，经过混熔法制备而成。熔剂中的Na₃AlF₆和K₃AlF₆均具有吸附和溶解氧化铝夹杂的作用，两者配合使用可以取得更好效果。熔剂采用混熔的方法制备，可以彻底去除组分中的水分，并使熔剂成份均匀、质量稳定。

Description

一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝及铝合金熔体处理技术领域，具体涉及一种具有除渣和除钠功能的精炼熔剂及其制备方法。

背景技术

当铝及铝合金熔体中的渣、气含量过高时，将大大增加铸坯中出现气孔和夹杂等冶金缺陷的几率，进而降低材料的强度和塑性，影响产品的表面质量。当铝合金中钠含量过高时，在热加工过程中枝晶表面或晶界上容易形成液态吸附层，导致高镁铝合金的脆性开裂。因此，在铝和铝合金熔体处理过程中应尽可能的去除熔体中的渣、气体和碱金属。

目前市售的铝及铝合金除渣用精炼熔剂的主要成分由氯化钠、氯化钾和氯化镁等组成，其中氯盐成份占80%以上。上述氯盐密度较轻，能够很好的铺展在铝熔体的表面，但是仅含氯盐的熔剂对渣的吸附和溶解的能力有限。

在氯盐熔剂中加入少量氟盐，可以增强熔剂对渣的吸附和溶解作用，并促进渣和铝液之间的分离，提高精炼效果。CN102286667B公开了一种无钠精炼剂，其组分为氟铝酸钾、氟化钙、碳酸钾、硫酸钾、硫酸钡、氯化钾和无水氯化铝，但其中硫酸钡的密度较大（4.50 g/cm3），在使用过程中不易上浮排出，硫酸钡和氟化钙还容易给铝合金熔体带来杂质元素。CN102226239B公开了一种精炼剂，其组分为NaCl、KCl、Na₃AlF₆和（或）K₃AlF₆、Na₂SO₄和（或）K₂SO₄、CaCO₃和（或）Na₂CO₃、REF₃和（或）RECl₃，熔剂与铝合金熔体之间的化学反应较多，不宜控制，并生成污染性气体SO₂。

另外，熔剂中所含的大多数氯盐组分在空气中容易吸潮，部分氯盐（如氯化镁）常以结晶水合物的形式存在。如果这部分水分得不到彻底去除，那么将随着熔剂进入铝合金熔体之中，增加铝合金熔体中的氢含量。目前大多数铝合金熔剂生产是将各种组分通过简单的机械混合制得的，这种方法不能彻底去除熔剂中的水分。

对于气含量和碱金属含量控制较为严格的铝合金熔体，除使用氮气或氩气作为精炼气体外，还经常需要配合使用反应性较强的氯气和六氯乙烷等进行熔体处理。氯气和六氯乙烷虽然具有良好的精炼作用，但是对工人的身体健康、设备和环境均有危害，严重时可以危及生命。

发明内容

本发明针对现有精炼介质在使用中存在的问题，提出一种具有除渣和除钠功能的精炼熔剂及其制备方法。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂，其特征在于，该熔剂是按以下质量百分比组分构成的混合物： Na₃AlF₆和K₃AlF₆为5-40%；MgCl₂和/或AlF₃为20-50%；KCl为10-40%；K₂TiF₆为3-8%；石墨粉为0.1-3%。

根据上述的熔剂，其特征在于，所述Na₃AlF₆和K₃AlF₆同时满足K₃AlF₆/(Na₃AlF₆+K₃AlF₆)=30-80%。

一种制备上述溶剂的制备方法，其特征在于，各种原料经过称重、混合、置于坩埚中升温至700℃-900℃熔化、机械搅拌5-20min、保温20-40min、二次机械搅拌5-20min、冷却、破碎筛分成粒径为0.1-1mm的颗粒、干燥封装制备而成。

本发明的有益效果：

（1）熔剂中的Na₃AlF₆和K₃AlF₆均具有吸附和溶解氧化铝夹杂的作用，两者配合使用可以取得更好效果。

（2）熔剂中的K₂TiF₆进入铝合金熔体中发生较为剧烈的铝热反应，对熔体起到局部搅拌和升温作用，促进熔剂对非金属夹杂的溶解和排除。同时铝热反应生成的金属钛可以与铝反应生成TiAl₃或与石墨粉反应生成TiC，对铝合金熔体起到细化作用。

（3）熔剂中的MgCl₂和AlF₃能够起到去除碱金属的作用。

（4）熔剂采用混熔的方法制备，可以彻底去除组分中的水分，并使熔剂成份均匀、质量稳定。

具体实施方式

一种铝和铝合金熔体精炼用的熔剂的质量百分组成为：

Na₃AlF₆和K₃AlF₆：5-40%； MgCl₂和/或AlF₃：20-50%；KCl：10-40%；K₂TiF₆：3-8%；石墨粉：0.1-3%。其中优选K₃AlF₆/(Na₃AlF₆+K₃AlF₆)=30-80%。

熔剂制备方法和过程如下：

（1）选择Na₃AlF₆、K₃AlF₆、MgCl₂和/或AlF₃、KCl、K₂TiF₆和石墨粉原料，按配方比例进行称重；

（2）对上述组分进行初步混合，将混合物料置于石墨坩埚中升温至700℃-900℃熔化；

（3）用稀有金属制成的搅拌工具对熔融状态的熔剂进行机械搅拌5-20min、保温20-40min、二次机械搅拌5-20min；

（4）熔融状态的熔剂快速冷却至室温，将块状熔剂破碎筛分成粒径0.1-1mm的颗粒；

（5）将破碎筛分好的熔剂进行成份和水分检测；

（6）对质量合格的熔剂产品进行干燥和封装。

熔剂中的Na₃AlF₆和K₃AlF₆均具有吸附和溶解氧化铝夹杂的作用，两者配合使用可以取得更好效果。通常认为Na₃AlF₆和K₃AlF₆熔化后可以离解成Na⁺、K⁺和AlF₆ ^3-络合离子，Al₂O₃溶解在Na₃AlF₆和K₃AlF₆熔体中可以生成AlOF₅ ^4-、Al₂OF₆ ^2-和Al₂O₂F₄ ^2-等铝氧氟络合离子。上述络合离子相对尺寸较大，在熔体中不易扩散和上浮，在一定程度上影响了精炼效果，本专利熔剂中加入的K₂TiF₆能对这一状况起到改善作用。

熔剂中的K₂TiF₆进入铝合金熔体中发生较为剧烈的铝热反应，对熔体起到局部搅拌和升温作用，促进熔剂对非金属夹杂的溶解和排除。

3K₂TiF₆（_S）+4Al（l）=4KAlF₄+2KF+3Ti

3K₂TiF₆（_S）+4Al（l）=2K₃AlF₆+2AlF₃+3Ti

同时铝热反应生成的金属钛可以与铝反应生成TiAl₃或与石墨粉反应生成TiC，对铝合金熔体起到细化作用。

熔剂中的MgCl₂和KCl，能够起到调整熔剂熔化温度、密度和流动性的作用，使得熔剂能够很好地从铝合金熔体中上浮并铺展在铝熔体的表面。

熔剂中的MgCl₂和/或AlF₃能够起到一定的除碱金属作用。

MgCl₂ + 2 Na = 2 NaCl + Mg

MgCl₂ + Ca = CaCl₂ + Mg

MgCl₂ + 2 Li = 2 LiCl + Mg

实施例1

一种铝及铝合金熔体精炼用熔剂，质量百分组成为Na₃AlF₆ 1%、K₃AlF₆4%、MgCl₂ 50%、KCl 37%、K₂TiF₆ 7%、石墨粉1%。将上述原料进行初步混合后，置于石墨坩埚中升温至700℃熔化，用钨质工具对熔融状态的熔剂进行机械搅拌10min、保温30min、二次机械搅拌10min。将冷却凝固的块状熔剂破碎筛分成0.1-1mm的颗粒，最后对经检测合格的产品进行干燥封装。

实施例2

一种铝及铝合金熔体精炼用熔剂，质量百分组成为Na₃AlF₆ 28%、K₃AlF₆12%、AlF₃ 46.9%、KCl 10%、K₂TiF₆ 3%、石墨粉0.1%。将上述原料进行初步混合后，置于石墨坩埚中升温至900℃熔化，用钨质工具对熔融状态的熔剂进行机械搅拌5min、保温20min、二次机械搅拌20min。将冷却凝固的块状熔剂破碎筛分成0.1-1mm的颗粒，最后对经检测合格的产品进行干燥封装。

实施例3

一种铝及铝合金熔体精炼用熔剂，质量百分组成为Na₃AlF₆ 11%、K₃AlF₆18%、MgCl₂ 10%、AlF₃ 10%、KCl 40%、K₂TiF₆ 8%、石墨粉3%。将上述原料进行初步混合后，置于石墨坩埚中升温至800℃熔化，用钨质工具对熔融状态的熔剂进行机械搅拌20min、保温40min、二次机械搅拌5min。将冷却凝固的块状熔剂破碎筛分成0.1-1mm的颗粒，最后对经检测合格的产品进行干燥封装。

在本发明熔剂的一个应用实例中，利用氮气向电解铝真空抬包的890℃铝液中吹入本发明熔剂，熔剂用量为铝液总重量的0.15%，通气时间10min，使熔剂与铝液充分作用。静置20min后开始扒渣，扒出的铝渣为松散干性渣，其中不含铝液，没有刺激性气味。对精炼前后的铝液分别进行检测，结果表明本发明熔剂具有良好的除渣和除钠效果。

在本发明熔剂的另一个应用实例中，利用氮气向熔炼炉内750℃的7075铝合金熔体中吹入本发明熔剂，熔剂用量为铝液总重量的0.15%，通气时间20min，使熔剂与铝液充分作用。静置30min后开始扒渣，扒出的铝渣为松散干性渣，其中不含铝液，没有刺激性气味。对精炼前后的铝液分别进行检测，结果表明本发明熔剂具有良好的除渣和除钠效果。

精炼前后铝液检测对比

Claims

1.一种铝及铝合金熔体精炼用的熔剂，其特征在于，该熔剂的原料配方按以下质量百分比组分构成的混合物：Na₃AlF₆和K₃AlF₆：5-40%；MgCl₂和/或AlF₃：20-50%；KCl：10-40%；K₂TiF₆：3-8%；石墨粉：0.1-3%。

2.根据权利要求1中所述的熔剂，其特征在于，所述Na₃AlF₆和K₃AlF₆同时满足K₃AlF₆/(Na₃AlF₆+K₃AlF₆)=30-80%。

3.一种如权利要求1或2所述熔剂的制备方法，其特征在于，各种原料经过称重、混合、置于坩埚中升温至700℃-900℃熔化、机械搅拌5-20min、保温20-40min、二次机械搅拌5-20min、冷却、破碎筛分成粒径为0.1-1mm的颗粒、干燥封装制备而成。