CN106350703A - 一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种低成本熔盐铝热还原制备钙铝脱氧剂的方法,属合金制备领域。本发明直接采用熔盐电解获得的电解原铝液为原料,以CaCl2-CaF2熔盐为覆盖剂及反应介质,无需气氛保护,将混合均匀的氧化钙、氯化钙、氟化钙制粒(块)后加入铝液中,经搅拌并充分反应后静置,经热过滤后浇铸获得铝钙合金。所得合金中钙的质量分数为1%~35%,余量为铝,杂质含量满足高品质钢脱氧剂的需求,熔盐经回收氯化钙及氟化钙重复利用。
Description
技术领域
本发明涉及熔盐铝热还原法制备铝钙合金,属于合金制备领域。
背景技术
铝作为一种强脱氧剂广泛用于炼钢生产中脱氧,尤其是低碳低硅铝镇静钢(如薄板、石油天然气管线钢等)。当钢种[Al]s=0.02%~0.05时,与之平衡的氧含量可以控制在2~6ppm。但用铝脱氧的脱氧产物全部为Al2O3,其危害在于:1、Al2O3熔点高(2000℃以上),在钢水中呈固态;2、可浇性差,容易堵塞水口;3、Al2O3可塑性差,不易变形,影响钢材塑性加工,尤其容易造成深冲薄板的表面缺陷。因此,铝脱氧后必须采用价格昂贵的钙对钢水进行处理,调整钢中夹杂物的类型和分布,使脱氧产生的Al2O3转变成复合氧化物12CaO·7Al2O3。由于这种复合氧化物的熔点较低,仅为1455℃左右,在炼钢温度下呈液态,因此有助于消除钢中粒状的共晶夹渣物,从而达到净化钢水,减少水口堵塞的目的。同时残留在钢中的12CaO·7Al2O3呈细小球状,变质后的夹渣物对钢基体润湿性低、界面能高、接触角大,热轧时不易被拉长,不容易出现钢的各向异性并能细化钢组织,减少夹杂物对钢材性能的不利影响。目前钢厂对低碳低硅铝镇静钢进行钙处理通常采用钙包芯线、钙铁包芯线、纯钙线等钙制品。国内市场还原钙价格在19500元/吨左右,电解钙价格在44000元/吨左右,因此直接采用金属钙还原,生产成本较高并且容易造成钙的烧损。
采用铝钙合金的形式向钢液中加入钙可以有效避免钙的烧损,脱氧产物为多元渣,更易于排除;与直接采用金属钙处理相比,铝钙合金脱氧的生产成本更低且精炼效率较高。目前,铝钙合金的生产方法主要有对掺法、金属热还原法和熔盐电解法,其中对掺法金属烧损大,产品成分不均匀,生产成本高;金属热还原法工艺复杂,反应温度高;熔盐电解法电流效率较低、能耗高、污染大。因此,开发低成本铝钙合金制备工艺具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有铝钙合金制备工艺的不足,采用氯化物-氟化物混合熔盐体系,以氧化钙和电解原铝液为原料,通过熔盐铝热还原法制备铝钙合金,该方法可缩短生产流程,显著降低能耗,是一种低成本制备铝钙合金的方法。
本发明采用电解原铝液为还原剂和合金成分,以氧化钙为原料,氯化钙、氟化钙混合熔盐为覆盖剂及溶剂,采用熔盐铝热还原法制备铝钙合金。
本发明的技术方案包括如下步骤:
(1) 直接从铝电解槽中抽取液态电解原铝液倒入炉中保温。
(2) 向炉中加入一定成分配比的CaCl2-CaF2熔盐作为覆盖剂,避免铝液的氧化。
(3) 将一定配比的氯化钙、氟化钙、氧化钙混合均匀后制粒或压块,所得料团经干燥后加入铝液中,搅拌并维持铝液温度为800 ~ 1100℃。
(4) 金属液静置后热过滤,浇铸制得铝钙合金。
(5)回收利用氯化钙及氟化钙熔盐。
步骤(3)中熔盐的比例为m(CaO):m(CaCl2):m(CaF2)
=(0~10):(0~30):(60~100)。
本发明制备的铝钙合金成分为:Ca质量分数为1%~35%,Fe≤0.1%,Si≤0.5%,S≤0.05%,P≤0.04%,C≤0.05%,其余为铝及原料中带入的少量杂质,杂质含量总和低于1%。
与现有工艺相比,本发明直接采用电解原铝液为原料,省去了重熔加热过程,降低能耗,节约成本;以廉价的氧化钙为原料,采取熔盐热还原方法,显著地降低了还原温度,使用熔盐覆盖合金表面,无需气氛保护,可减少了烧损,提高了金属回收率;将熔盐制粒或压片后加入,可以增加其与铝液的接触面积,增大反应速率,提高生产效率;炉渣回收利用工艺简单,可进一步降低了生产成本。
本发明方法所生产的铝钙合金成分满足高效无硅复合脱氧剂的要求,杂质含量低,成分均匀,原料利用率高,生产成本较低,对环境无污染,是一种铝钙合金生产新工艺,具有广阔的工业应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明,但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例。
案例一:
称取CaF2150g, CaCl2850g, CaO400g混合均匀后制粒,在300℃下真空干燥24h。取600g铝液倒入坩埚置于炉中,加入熔盐进行表面覆盖,使温度保持在850℃,加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min,然后每隔20min搅拌一次,保温60min后过滤金属液和熔盐,熔盐冷却后磨细可回收利用,金属液浇铸得到铝钙合金。
合金经化学分析各成分含量为:Ca 21.68%,Al 77.40%,Si 0.33%,Fe 0.08%,S 0.03%,C 0.02%,P 0.03%。
案例二:
称量CaF2300g, CaCl21500g, CaO700g混合均匀后制粒,在300℃下真空干燥24h。取1.2kg铝液倒入坩埚置于炉中,加入熔盐进行表面覆盖,使温度保持在950℃,加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min,然后每隔10min搅拌一次,保温40min后过滤金属液和熔盐,熔盐冷却后磨细可回收利用,金属液浇铸得到铝钙合金。
合金经化学分析各成分含量为:Ca 19.68%,Al 79.51%,Si 0.33%,Fe 0.08%,S 0.03%,C 0.02%,P 0.03%。
案例三:
称量CaF2800g, CaCl23kg, CaO1.5kg混合均匀后制粒,在300℃下真空干燥24h。取2.5kg铝液倒入坩埚置于炉中,加入熔盐进行表面覆盖,使保持在1000℃,加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min,然后每隔20min搅拌一次,保温60min后过滤金属液和熔盐,熔盐冷却后磨细可回收利用,金属液浇铸得到铝钙合金。
合金经化学分析各成分含量为: Ca
22.58%,Al 76.53%,Si0.38%,Fe 0.06%,S 0.03%,C 0.03%,P 0.03%。
Claims (4)
1.一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法,其特征在于直接采用工业电解原铝液,生产成本较低;采用CaCl2-CaF2熔盐作为覆盖剂及反应介质;氧化钙、氯化钙、氟化钙混合均匀后制粒或压块,颗粒直径0.5~5cm;还原温度为800~1100℃。
2.根据权利要求1所述的一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法,其特征在于CaCl2-CaF2熔盐覆盖剂配比为氯化钙为总量的(质量百分数,下同)为50~ 80%,冶炼过程无需气氛保护。
3.根据权利要求1所述的一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法,其特征在于氧化钙、氯化钙、氟化钙制粒成分配比为m(CaO):m(CaCl2):m(CaF2)
=(0~50):(0~30):(60~100)。
4.根据权利要求1所述的一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法,其特征在于经热过滤后金属液浇铸获得铝钙合金,熔盐回收氯化钙及氟化钙重复利用。
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