CN1128802A

CN1128802A - 有色合金熔炼用熔剂及其配制方法和使用方法

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Publication number: CN1128802A
Application number: CN 95100924
Authority: CN
Inventors: 傅立土
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-11
Filing date: 1995-02-11
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2015-02-11
Also published as: CN1050637C

Abstract

本发明为有色合金熔炼用熔剂及其配制方法和使用方法。该熔剂的除气剂为含氮有机化合物，重量百分比为5-50％，其余为清渣剂、或/和变质剂或/和晶粒细化剂。熔剂的制配方法包括：烘干有关组分原料、粉碎、过筛、和按比例配料，然后混合、烘干及压制成块等过程。使用方法包括：先加热合金至融熔，然后压入熔剂块，并使其在熔池底部移动、搅拌、去浮渣等过程。该熔剂特别适用于铝合金的熔炼，以及铝青铜、锌合金的熔炼处理。

Description

有色合金熔炼用熔剂及其配制方法和使用方法

本发明属于有色合金熔炼技术领域，适用于有色合金的精炼、变质、晶粒细化等熔炼处理，主要用于铝合金的熔炼，以及铝青铜、锌合金的熔炼。

在冶金、机械工业生产中，熔炼各种铝合金、锌合金和铝青铜时，为了除去合金液中气体(主要是氢气)和各种非金属夹杂物，需要进行精炼处理以净化合金；传统的处理方法是向合金液中通入氯气或受热后能产生氯或氯化物气体的氯化物，如六氯乙烷C₂Cl₆、四氯化碳或氯化锌等作为除气剂，然后用清渣剂清除熔渣。

在用氯或氯化物精炼时，会产生大量有毒的氯和氯化物(HCl、AlCl₃)气体，并散发出具有强烈刺激性的臭味，严重污染环境，损害人身健康，腐蚀厂房和设备；氯或氯化物还会与Al、Mg反应形成AlCl₃、MgCl₂等，使金属损耗增加。

随着低压铸造等工艺的发展，越来越多的铝硅合金采用锶、锑、钡、稀土等长效变质剂，更不允许使用氯或氯化物精炼，以免使变质失效。

近年来欧美各国广泛用氮(或氩)气进行精炼，已研制出各种高效喷雾装置；国内也有一些铝加工厂引进这些装置，不过设备复杂、投资大、操作也比较麻烦，维护费用高，目前主要用于连续生产；我国工业用氮气往往含有过多水分和氧气，很难去净，因而影响处理效果。目前中小型铝加工厂以及铸造车间生产仍使用氯化物或由熔剂厂生产的硝酸盐加碳粉等物制成的精炼剂，它受热后主要产生CO₂和部分N₂，同时还会产生NO₂等有害气体。

近来有色合金熔剂又有新的进展，如中国专利号为88100182.1名称为“铝合金无公害处理剂及配制方法”的熔剂，利用碳酸镁、硫酸钡与多种钠盐混合而成，受热后产生CO₂、SO₂、SO₃等气体起精炼作用。但CO₂是一种强氧化性气体，它能使Al、Mg氧化生成Al₂O₃、MgO和MgO·Al₂O₃，在气泡表面形成一层致密的氧化膜，阻碍合金液中的氢向气泡内扩散，虽然加入钠盐以破坏氧化膜，除气效率仍然不高，不得不加大精炼剂用量，一般用量达合金液重的0.5-0.9％；因此会形成大量熔渣，使金属损耗增大。

本发明的目的在于克服现有熔剂存在的缺点，提供一种不会使合金氧化，且除气效率高，用量少，金属损耗也小，熔炼效果好的高效熔剂，而且不污染环境，同时操作简便，成本低。

本发明的有色合金熔炼用熔剂的技术方案是：该熔炼熔剂中所包括的主要组份及重量百分比为：

1)除气剂为含氮有机化合物，其含量为5-50％。

2)其余为清渣剂，或/和变质剂，或/和晶粒细化剂，其重量百分比为5-95％。

所述的含氮有机化合物可以是选自胺类化合物，或氰酸类化合物，或偶氮化合物；可以是三聚氰胺C₃H₆N₅，或氰脲酸C₃H₃N₃O₃，或偶氮二甲酸钡C₂N₂O₄Ba。所述的清渣剂主要是硷金属盐类或/和硷土金属盐类：变质剂主要是钠、钾、磷、锶、钡、锑、稀土变质元素或它们的化合物；晶粒细化剂主要是钛、锆、硼、稀土元素等的化合物。

制造本发明的有色合金熔炼用熔剂的方法，其步骤和工艺要求是：

1)含氮有机化合物在100℃-250℃烘干，不少于4小时为宜，以除尽水分为准。2)其它盐类物质在200℃-600℃烘烤不少于4小时为宜，以除尽水分为准。3)将烘干的物质粉碎、过筛、并按重量百分比要求进行称量。4)将称量好的物质置于有密闭盖的混料机中充分混合，以混合均匀为准。5)最好将混好的料于100℃-250℃烘不少于4小时为宜，以除尽水分为准。6)将混合料压制成块，并立即包装密封好。

本发明所述的有色合金熔剂的使用方法，其工艺步骤和要求是：1)将被处理的合金加热到熔点以上不超过200℃为宜。2)将被处理合金液重量的0.1-0.5％的精炼块缓慢压入合金液中。3)在熔池底部各部分缓慢移动熔剂块，直到气泡反应终了为止。4)将上浮的熔剂块打散，均匀铺于合金液面。5)静置一段时间，以5-25分钟为宜，然后按标准检查合金质量，略加搅拌，除去浮渣即可浇注。

对本发明的原理和效果说明如下：

迄今为止，国内外各种有色合金用精炼剂中还未见采用这种含氮有机化合物作为发气材料的技术方案，其中三聚氰胺C₃H₆N₆受热后分解出N₂和NH₃气，氰脲酸(CHNO)₃或偶氮二甲酸钡则分解出N₂和CO气体；在清渣剂的缓冲作用下，N₂、CO和NH₃成为大量细小、分散的小气泡上升，与合金液充分接触，按照浓度扩散原理，从合金液中析出的氢向气泡内扩散而被排出合金液表面；同时由于气泡的浮游作用，将悬浮于合金液中的各种非金属类杂物携出液面，清渣剂则吸附，溶解上浮的熔渣并使之与合金液分离以便除去。

需要说明的是CO和CO₂不同，它基本上不与铝发生反应，法国铸造技术中心和德国K·Grojothein的试验都表明在铝合金熔炼条件下，CO不会使铝氧化。而且由于CO能与NO、NO₂发生下列反应：

因此CO的另一个重要作用是可以有效的防止产生NO₂等有害气体。

作为主要清渣材料的Na₃AlF₆能与Al₂O₃反应： TiO₂为酸性与MgO形成复盐：

与现有几种有色合金熔炼用熔剂比较，本发明的高效熔炼熔剂的优点在于：

1、除气效率高，含氮有机化合物分解完全，发气量大，精炼剂的加入量仅为合金液重量的0.1-0.5％，低于其它精炼剂。

2、渣少、金属损失小，本发明的精炼剂不仅用量少，而且所分解出来的N₂和CO、NH₃基本上不与Al、Mg发生反应，因此产生的渣量很少，不到合金液重量的0.5％，金属损耗可以降低50-70％。

3、不需要另外使用清渣剂：本发明的熔剂已包含清渣剂，因而不需要另外使用清渣剂。该清渣剂同时还起缓冲的作用。

4、不污染环境；在本发明的熔剂中淘汰了目前市售各种熔剂中普遍采用的Na₂SiF₆，符合当前国际上熔剂发展的趋势，因为Na₂SiF₆在低温时会分解出有毒气体SiF₄：

5、与直接使用氮气精炼比较，本发明的新型熔剂不需要特殊处理装置，操作简便；它经过热分解产生的是高温氮气，反应能力要比瓶装的低温氮气高得多；也不会含有过量水分和氧气，因此精炼效果更好。

结合实施例，对本发明作进一步地说明如下：

实施例一：一般铝合金，铝青铜，或锌合金的精炼处理用熔剂，重量百分比：C₃H₆N₆5-50％，Na₃AlF₆5-20％，NaCl20-50％，KCl10-40％，其中；处理Zl101铝合金，采用下列配方的精炼用熔剂：C₃H₆N₆25％、NaCl45％，KCl10％、Na₈AlF₆20％。

将200公斤铝合金锭和回炉料装入电阻坩埚炉中，升温到700℃时补加镁，720°-730℃时将重300克的精炼块两块，分别缓慢压入铝合金液中，于距坩埚底部约100毫米到150毫米处缓慢移动，经6-8分钟，无气泡反应时为止，用扒渣勺将浮到液面的残块打散，铺于合金液面，静置15分钟，作含气性试验合格，在液面略加搅拌后扒渣，浇机械性能试棒，检查结果如下：

合金号	精炼剂加入量(％)	铸造工艺	热处理工艺	针孔度(级)		机械性能
				针孔度(级)		机械性能			处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB
				ZL01	0.3	金型	T5	4	处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB	2	260	2.5	67

检查结果表明，合金针孔度，机械性能试验都高出国家标准

实施例二，用于铝镁合金，或用磷或锑变质的铝硅合金的精炼处理时，其重量百分比为：(CHNO)₃10-50％，CaF₂20-45％，TiO₂10-30％，KCl10-25％。其中：处理Zl108共晶铝硅活塞合金，用磷铜变质，采用下列配方的精炼剂：(CHNO)₃40％、CaF₂25％，

TiO₂15％、KCl20％

将300公斤铝合金锭和回炉料装入电阻坩埚炉中，升温到780°-800℃时压入磷铜粉，降温到710℃左右压入镁，720-730℃时将重400克的精炼块两块，分别缓慢压入铝合金液中，于距坩埚底部100-150毫米处缓慢移动，经6-8分钟，到无气泡反应时为止，用扒渣勺将浮到液面残块打散，铺于合金液面，静置15分钟，作含气性试验和弯曲试验合格，在液面略加搅拌后扒渣，浇机械性能试棒，检查结果如下：

合金号	精炼剂加入量(％)	铸造工艺	热处理工艺	针孔度(级)		机械性能
				针孔度(级)		机械性能			处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB
				ZL08	0.27	金型	T6	4	处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB	2	335	0.6	133

检查结果表明，合金针孔度、机械性能试验都高出国家标准。

实施例三，用于共晶型铝硅合金精炼和变质处理的综合处理熔剂，其重量百分比为：

C₂N₂O₄Ba5-50％，NaF10-40％，

NaCl20-40％，KCl10-40％。

其中：处理Zl108共晶铝硅活塞合金，采用下列配方：

C₂N₂O₄Ba5％，NaF30％，NaCl35％，KCl30％。

将100公斤铝合金锭和回炉料装入电阻坩埚炉中，升温到700℃-710℃，压入镁，730°-750℃时将重400克的精炼块三块，分别缓慢压入铝合金液中，于距坩埚底部100-150毫米处缓慢移动，经6-10分钟，到无气泡反应为止，用扒渣勺将浮到液面的残块打散，铺于合金液面，静置12分钟，作含气性试验和弯曲试验合格后，在液面略加搅拌，浇机械性能试棒，检查结果如下：

合金号	精炼剂加入量(％)	铸造工艺	热处理工艺	针孔度(级)		机械性能
				针孔度(级)		机械性能			处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB
				ZL08	1.2	金型	T6	5	处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB	2	330	0.6	118

检查结果表明，合金针孔度、机械性能、金相组织都高出国家标准。

实施例四，用于铝硅合金精炼和长效变质处理的综合处理时的熔剂，其中长效变质剂包括含锶、或钡、或稀土元素的化合物；其主要组份和重量百分比为：C₃H₆N₆10-50％，SrCO₃30-60％，Na₂CO₃10-40％，K₂CO₃5-30％，其中：处理Zl104铝硅合金时，采用下列配方：C₃H₆N₆10％，SrCO₃40％，Na₂CO₃25％，K₂CO₃25％

将150公斤铝合金锭和回炉料装入电阻坩埚炉中，升温到700°-710℃时压入镁，720°-750℃时，将重400克的熔剂块三块分别缓慢压入合金液中，于距坩埚底部100-150毫米处缓慢移动，经6-10分钟，到无气泡反应为止，用扒渣勺将浮到液面的残块打散，均匀铺于合金液面，静置10-30分钟，作含气性试验和弯曲试验合格后，在液面略加搅拌，浇机械性能试棒，检查结果如下：

合金号	精炼剂加入量(％)	铸造工艺	热处处工艺	针孔度(级)		机械性能
				针孔度(级)		机械性能			处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB
				ZL04	0.8	金型	T6	4	处理前	处理后	抗拉强度N/mm²	伸长率％	硬度HB	2	267	26	80

检查结果表明，合金针孔度，机械性能和金相组织高出国家标准。

实施例五，本发明2或3所述的熔剂的制备方法，其特征在于：

1、将三聚氰胺于250°±30℃烘烤6小时。

2、将NaCl、KCl、Na₃AlF₆于450℃±30℃烘烤6小时。

3、将上述物质分别粉碎、过筛。

4、按重量百分比要求称量，并置于有密闭盖的混料机中，混合45分钟。

5、将混好的料于250°±30℃烘5小时。

6、将烘干的混合料压制成块。

7、将压好的熔剂块用塑料袋包装并密封好。

Claims

1、一种有色合金熔炼用熔剂，它包括有除气剂、或/和清渣剂，或/和变质剂，或/和晶粒细化剂；其特征是主要组份和重量百分比为：

1)除气剂为含氮有机化合物，其含量为5-50％，

2)其余为清渣剂、或/和变质剂、或/和晶粒细化剂，其重量百分比为5-95％。

2、按权利要求1所述的熔剂，其特征是，含氮有机化合物可以是选自胺类化合物，或氰酸类化合物，或偶氮化合物；可以是三聚氰胺C₃H₆N₆，或氰脲酸C₃H₃N₃O₃，或偶氮二甲酸钡C₂H₂O₄B₃。

3、按权利要求1或2所述的熔剂，其特征是，清渣剂主要是硷金属盐类或/和硷土金属盐类；变质剂主要是钠、钾、磷、锶、钡、锑、稀土变质元素或它们的化合物，晶粒细化剂主要是钛、锆、硼、稀土元素等的化合物。

4、按权利要求1或2或3所述熔剂，其特征是，用于一般铝合金、铝青铜或锌合金的精炼处理时，其主要组份及重量百分比为：C₃H₆N₆5-50％、Na₃AlF₆5-20％、NaCl20-50％、KCl10-40％；可以是C₃H₆N₆25％，Na₃AlF₆20％，NaCl45％，KCl10％。

5、按权利要求1或2或3所述的熔剂，其特征是，用于铝镁合金、或用磷或锑变质的铝硅合金的精炼处理时，其主要组份及重量百分比为：(CHNO)₃10-50％、CaF₂20-45％、TiO₂10-30％、KCl10-25％；可以是：(CHNO)₃40％，CaF₂25％，TiO₂15％，KCl20％。

6、按权利要求1、或2、或3所述熔剂，其特征是用于共晶型铝硅合金精炼和变质处理的综合处理时，其主要组份和重量百分比为：C₂N₂O₄Ba5-50％、NaF10-40％、NaCl20-40％，KCl10-40％，可以是：C₂N₂O₄Ba5％、NaF30％、NaCl35％、KCl30％。

7、按权利要求1、或2、或3所述熔剂，其特征是用于铝硅合金精炼和长效变质处理的综合处理时其长效变质剂为含锶、或钡、或锑、或稀土、或磷等的化合物；其组份和重量百分比为：C₃H₆N₆10-50％、SrCO₃30-60％、Na₂CO₃10-40％、K₂CO₃5-30％；可以是：C₃H₆N₆10％、SrCO₃40％、Na₂CO₃25％、K₂CO₃25％。

8、一种配制权利要求1所述熔剂的方法，其特征在于：

1)含氮有机化合物在100℃-250℃烘干，不少于4小时为宜，以除尽水分为准，

2)其它盐类物质在200℃-600℃烘烤不少于4小时为宜，以除尽水分为准，

3)将烘干的物质粉碎、过筛、并按重量百分比要求进行称量

4)将称量好的物质置于有密闭盖的混料机中充分混合，以混合均匀为准，

5)最好将混好的料于100℃-250℃烘不少于4小时为宜，以除尽水分为准，

6)将混合料压制成块，并立即包装密封好。

9、本发明所述熔剂的使用方法，其特征是：1)将被处理的合金加热到熔点以上不超过200℃为宜。2)将被处理合金液重量的0.1-0.5％的精炼块缓慢压入合金液中。3)在熔池底部各部分缓慢移动熔剂块，直到气泡反应终了为止。4)将上浮的熔剂块打散，均匀铺于合金液面。5)静置一段时间，以5-25分钟为宜，然后按标准检查合金质量，略加搅拌，除去浮渣即可浇注。