CN114032408A - 铬添加剂、铝合金及相关制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铬添加剂、铝合金及相关制备方法。其中，铬添加剂的制备方法包括：使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物，在得到金属铬的同时，金属铬与过量的铝原料形成铬铝合金，该铬铝合金即为铬添加剂。解决了现有技术中铬添加剂实收率低、杂质多的问题，提高了铬添加剂使用便捷性，适用于铝合金生产用添加剂领域。

Description

铬添加剂、铝合金及相关制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金生产用添加剂领域，具体而言，涉及一种铬添加剂、铝合金及相关制备方法。

背景技术

铬是一种铝合金中主要的添加元素，现有技术中的铬元素常用的添加方式有熔剂型和铝型两种，其中铝型铬添加剂在添加过程中能够达到无烟的环保要求，这是铬剂目前发展的趋势。衡量铝型铬添加剂性能的主要指标有∶熔化温度、熔化速度、铬元素收率、杂质指标。而金属铬粉、铝粉的质量，及混合物料均匀性是决定铬添加剂性能的关键因素，随着铝型铬添加剂大力推广应用，金属铬粉、铝粉的质量、物料均匀性就显得更加重要，要求金属铬粉、铝粉分布和含量更加均匀、杂质含量更低。所以取得含量均匀、纯净的金属铬粉和铝粉成为制取铝型铬添加剂的关键点。

现有铝型铬剂目前的生产过程是：首先选取纯度为95～99％的铬粉(质量分数占比60～80％)，然后加上铝粉(质量分数39.5～19.5％)，发热剂和成型脱模剂(质量分数0.5％)。搅拌混匀后再通过压制设备冷压成型，最后直接定量向熔炉内740℃以上铝液中投加即可，由于该添加剂的密度大于铝液的密度，在沉降过程中吸热解体、扩散开的金属铬铝小颗粒熔化在铝液中，完成合金化。

现有的工艺存在以下缺点∶1)铬粉与铝粉粒度、密度不同，造成混料不均，含量控制难度大，易造成铬添加剂实收率低。2)金属铬粉中的氧化铬、碳化铬等杂质多，造成铬添加剂的收率降低。主要是金属铬的制取有铝还原和碳还原两种还原方式，这两种还原方式受制于反应环境和配料，都存在铬还原不充分的问题，易造成铬添加剂中铬的氧化物和碳化物超标。而铬的氧化物、碳化物在铝合金熔炼时变成浮渣，降低铝合金中铬的收率。3)金属铬中混有杂质六价铬，现有技术难以对金属铬进行有效地净化除杂。此外，铝合金广泛用于食品、药品包装等方面，因此需要对铝合金里的有害元素(如六价铬)控制严格。原料铬中混有的六价铬等杂质易对产出的铝合金品质产生影响。4)铝粉和铬粉等原材料需要单独购买，单独存放。且金属粉末易氧化、空气中达到一定的浓度，遇明火极易发生爆炸，人工管理费用高，料设备需单独购买，生产成本高。5)金属铬粉与铝粉在混合过程中产生大量的粉尘，粉尘弥散在空气中易使工人患有尘肺病，且对环境产生大量污染。为解决粉尘问题，需购置除尘设备，增加生产成本。6)在制备铬添加剂的过程中，需要添加60目筛下的原材料铬粉，因此对于购买的铬粉仍需进行进一步粉碎，常用的粉碎方法为球磨法，而球磨工具均为铁制品，在研磨时铬粉里面必然会增加铁杂质，进一步增加铬添加剂中的杂质。

因此，急需对现有的铬添加剂的生产方案进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铬添加剂、铝合金及相关制备方法，以解决现有技术中铬添加剂杂质多的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种铬添加剂的制备方法，该制备方法包括：使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物，在得到金属铬的同时，金属铬与过量的铝原料形成铬铝合金，铬铝合金即为铬添加剂。

进一步地，制备方法包括：发热剂提供热量的条件下，使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物；优选地，发热剂通过与铝原料反应放热来提供热量；优选地，发热剂选自BaO₂、NaClO₃、KClO₃、NaNO₃、铬酸酐、碱金属铬酸盐和碱金属重铬酸盐中的任意一种或多种。

进一步地，制备方法包括：a)混合铬的氧化物、铝原料和发热剂形成反应底料；b)混合铝原料和发热剂形成点火剂；c)点燃点火剂，提供热量引燃反应底料进行铝热反应还原铬的氧化物，得到铬铝合金；优选地，在进行铝热反应的过程中，在反应底料熔融后，通过向反应底料补加铝原料使铝原料过量；优选地，采用引燃剂点燃点火剂；优选地，引燃剂为镁条或镁屑。

进一步地，c)包括：将引燃剂点燃，使发热剂分解释放氧气，进而使引燃剂在氧气中燃烧，并点燃点火剂，使铝原料和发热剂发生铝热反应释放出热量，供铝原料还原铬的氧化物，获得铬铝合金；优选地，还原铬的氧化物之后及得到铬铝合金之前，制备方法还包括：使铬的氧化物的还原产物降温至室温，得到铬铝金属锭，破碎该铝铬金属锭；优选地，在破碎铝铬金属锭前，清除铝铬金属锭表面的杂质；优选地，清除铝铬金属锭表面的杂质的方法包括喷砂清除；优选地，铝铬金属锭表面的杂质包括表面夹渣和氧化膜；优选地，破碎后获得的铬铝合金的粒度小于等于5mm。

进一步地，利用流槽向反应底料中补加铝原料；优选地，将反应底料置于反应炉中进行铝热反应；优选地，反应炉内部设置有镁砖；优选地，反应炉为圆锥形炉筒；优选地，在将反应底料加入反应炉之前，将镁砂在反应炉炉底压制成半圆形底窝，在底窝上布置一层铬渣并压实。

进一步地，铬的氧化物包括三氧化二铬；优选地，三氧化二铬的质量含量为：Cr₂O₃≥99％、SiO₂≤0.03％、S≤0.01％、C≤0.01％、As＜0.005～0.0058％；优选地，三氧化二铬的粒度为1～3mm；优选地，铝原料包括双零级铝锭；优选地，双零级铝锭的质量含量为：Al≥98.5％、Si＜0.2％、Fe＜0.25％、Cu＜0.1％、Pb＜0.0005％、As＜0.005％；优选地，双零级铝锭的粒度为：0.1～1.0mm＞90％，(0～0.1)mm+(1～3)mm＜10％。

为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种铬添加剂，铬添加剂为根据上述制备方法制备的铬添加剂。

进一步地，铬添加剂中各组分的质量含量为：铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～83％、铝16％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；优选地，铬添加剂中各组分的质量含量为：铬78％～83％、铝16％～21％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；或铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～78％、铝21％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；优选地，铬添加剂的粒径为0～5mm；优选地，铝粘结于或包裹于铬的周围。

为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了一种铝合金，该铝合金采用上述铬添加剂制备而成。

进一步地，在制备铝合金的过程中，铬添加剂在温度740℃～780℃的铝液中，15分钟内熔解完全，制备铝合金的过程包括：加热融化铝原料至熔融状态；向熔融的铝原料中加入铬添加剂，形成合金铝水；将合金铝水浇入模具中，冷却至室温，获得铝合金；优选地，制备铝合金的过程中，铬的实收率大于等于95％。

应用本发明的技术方案，根据铝热反应的原理，采用过量的铝作为还原剂还原铬的氧化物，使得在得到铬金属的同时，过量的铝与铬金属反应形成铬铝合金，从而制备得到铬添加剂。由于反应原料及还原产物全部转化为终产物铬铝合金的成分，因而该方法制备的铬添加剂杂质少，纯度高。另外，该方法减少了制备过程中的粉尘量，提高了生产的安全性和操作的便捷性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例1的冶炼炉示意图。

图2示出了根据本发明实施例1的铬添加剂的制备方法的流程图。

图3示出了根据本发明实施例1制备获得的铬添加剂产品图。

图4示出了根据本发明实施例3利用本发明铬添加剂制备铝合金，铬元素实收率随时间变化的示意图。

图5示出了根据本发明实施例3利用现有铬添加剂制备铝合金，铬元素实收率随时间变化的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

术语解释：

铬添加剂：指在制备炼制高温合金、电阻合金、精密合金等合金时作为铬元素添加剂使用的添加剂。

双零级铝锭：即A00铝锭，指纯度不低于99.7％，铁≤0.16％、硅≤0.13％、铜≤0.010％，总杂质小于0.3％的铝锭。

铬渣：生产金属铬和铬盐过程中产生的工业废渣。

如背景技术所提到的，由于现有技术中存在铬添加剂杂质多、实收率低、使用时产生大量粉尘污染、安全性差，本申请的发明人对铬添加剂的制备方法进行深入研究，提出了一种铬添加剂的制备方法及铬添加剂。本发明利用铝热反应还原铬的氧化物，在还原铬的氧化物的同时制备铬添加剂。优选该铬添加剂以颗粒状存在，便于储存和使用，且含量均匀、杂质较少，利于后续生产高质量的铝合金产品。

因而，在本申请中发明人尝试利用铝热反应还原铬的氧化物，在还原铬的氧化物的同时加入过量的铝原料，制备铬添加剂。经试验验证发现，该铬添加剂相较于传统铬添加剂，杂质较少，在制备铝合金时实收率提高。因而提出了本申请的一系列保护方案。

在本申请第一种典型的实施方式中，提供了一种铬添加剂的制备方法，该制备方法包括：使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物，在得到金属铬的同时，金属铬与过量的铝原料形成铬铝合金，铬铝合金即为铬添加剂。

在上述制备方法中，以铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物，能够将铬的氧化物还原为金属铬，若铬的氧化物为三氧化二铬，反应式为2Al+Cr₂O₃→2Cr+Al₂O₃；若铬的氧化物为三氧化铬，反应式为2Al+CrO₃→Cr+Al₂O₃。过量的铝原料即为对于还原铬的氧化物超过其所需的铝原料。过量的铝原料的质量，为还原铬的氧化物所需的铝原料质量的130％～210％，优选为150％～200％，即通过向反应物中多加入铝原料，用于彻底还原铬的氧化物、发生铝热反应、制备铬添加剂。由于反应体系中存在过量的铝原料，在铬的氧化物被还原为金属铬后，由于反应体系处于高温环境，金属均为熔融状态，熔融状态下的金属铬和铝原料均匀混合，冷却后形成铬铝合金，即为铬添加剂。由于铬的氧化物中大多存在有铁和硅的氧化物，因此上述铝热反应也存在着3SiO₂+4Al→3Si+2Al₂O₃和Fe₂O₃+2Al→2Fe+Al₂O₃等副反应，易影响铬添加剂的纯度。

在一种优选的实施例中，上述制备方法包括：使用过量的铝原料作为还原剂，发热剂提供热量的条件下，利用铝热反应还原铬的氧化物；优选地，发热剂通过与铝原料反应放热来提供热量；优选地，发热剂选自BaO₂、NaClO₃、KClO₃、NaNO₃、铬酸酐、碱金属铬酸盐和碱金属重铬酸盐中的任意一种或多种。

上述制备方法中，利用铝原料进行铝热反应时能够释放大量的热也能够用于还原铬的氧化物，但为了进一步提高产物纯度和反应效率，在反应体系中添加发热剂进行副反应，并且提供足够的热量触发铝热反应并加热金属使之熔融更彻底，利于混合均匀、反应完全，也利于制备的铬添加剂的含量均匀不偏析。发热剂包括但不限于BaO₂、NaClO₃、KClO₃、NaNO₃、铬酸酐、碱金属铬酸盐和碱金属重铬酸盐中的任意一种或多种。

在一种优选的实施例中，上述制备方法包括：a)混合铬的氧化物、铝原料和发热剂形成反应底料；b)混合铝原料和发热剂形成点火剂；c)点燃点火剂，提供热量引燃反应底料进行铝热反应还原铬的氧化物，得到铬铝合金；优选地，在进行铝热反应的过程中，通过向反应底料连续添加铝原料使铝原料过量；优选地，采用引燃剂点燃点火剂；优选地，引燃剂为镁条或镁屑。

将铬的氧化物、铝原料和发热剂混合形成反应底料。将铝原料和发热剂混合形成点火剂。利用更易引燃的点火剂，引燃反应底料，触发反应底料中的铝热反应，还原铬的氧化物，得到铬铝合金。过量的铝原料在铝热反应进行的过程中向反应底料中一次性添加、分批添加或连续添加，利用上述方法补充添加过量的铝原料，防止在反应开始时过多的铝原料吸收热量，增加引燃反应底料的难度。也能够防止大量的铝原料与发热剂发生副反应，使得消耗的铝原料增加，造成浪费和成本升高。

为了更容易引燃点火剂，选用更易燃烧放热的材料作为引燃剂。选用的引燃剂包括但不限于镁条或镁屑。且若选用KClO₃作为发热剂，KClO₃受热分解生成氯化钾和氧气，释放出热量，生成的氧气使点火剂和反应底料更易被点燃。而且KClO₃能够和铝原料发生副反应，KClO₃+2Al→Al₂O₃+KCl↑，从而释放热量促进反应的进行。反应产生的副产物KCl，在高于其沸点(1420℃)的反应温度下气化，减少副产物影响终产物的纯度和质量。

冶炼原理：铝热法冶炼金属铬主要通过铝粉，与三氧化二铬反应，由金属铝将铬的氧化物还原成金属状态的反应过程。铝热法冶炼金属铬的基本反应式：

另外由于三氧化二铬中总是含有铁和硅的氧化物，同时含有Cr(+6价)，所以体系中还必然存在下列反应：

为了保证反应自动进行和将金属铬与上述杂质分开，平均

至少要为-301.39kJ/

(mol·Al)。

上述4式均是放热反应，但在一定程度上平均热效应相对不足，为进一步提高反应效率和降低杂质含量，优选提供发热副反应来增加热量及产生副反应去除杂质。通常副反应是用BaO₂、NaClO₃、KClO₃、NaNO₃、铬酸酐以及碱金属铬酸盐和碱金属重铬酸盐与还原剂进行铝热反应，从而放出大量的热。因为金属铬熔点很高，在实际生产中陪加一定量的氯酸钾，便于增加反应热量，使铬元素充分还原，同时促进渣铁分离，提高反应产物金属铬的纯度。副反应方程式为：

在一种优选的实施例中，上述制备方法的c)包括：将引燃剂点燃，使发热剂分解释放氧气，进而使引燃剂在氧气中燃烧，并点燃点火剂，使铝原料和发热剂发生铝热反应释放出热量，供铝原料还原铬的氧化物，得到铬铝合金，破碎铝铬金属锭，获得铬铝合金；优选地，还原铬的氧化物之后及得到铬铝合金之前，制备方法还包括：使铬的氧化物的还原产物降温至室温，得到铬铝金属锭；优选地，在破碎铝铬金属锭前，清除铝铬金属锭表面的杂质；优选地，清除铝铬金属锭表面的杂质的方法包括喷砂清除；优选地，铝铬金属锭表面的杂质包括表面夹渣和氧化膜；优选地，破碎后获得的铬铝合金的粒度小于等于5mm。

在上述制备方法中，待反应结束，反应体系冷却至室温后，即可获得固态的铬铝合金锭。清除铬铝合金锭表面的夹渣或氧化膜等杂质，由于熔融状态时反应体系中存在的杂质，杂质密度与铝铬合金的密度不同，会沉降或漂浮到反应体系的底端或顶端。通过清除铬铝合金锭表面的杂质，即可提高铬添加剂的纯度。破碎铝铬金属锭，获得粒度小于等于5mm的铬铝合金，即得铬添加剂，小于5mm的粒度利于铬铝合金在使用过程中的添加、熔化和分散。

在一种优选的实施例中，利用流槽连续向反应底料中补加铝原料；优选地，将反应底料置于反应炉中进行铝热反应；优选地，反应炉内部设置有镁砖；优选地，反应炉为圆锥形炉筒；优选地，在将反应底料加入反应炉之前，将镁砂在反应炉炉底压制成半圆形底窝，在底窝上布置一层铬渣并压实。

在上述制备方法中，在反应底料发生反应后，利用流槽等装置向反应底料中定量补加铝原料，使反应体系中的铝、铬成分达到铝铬金属锭的标准。常用的铝铬金属锭有80％铬+20％铝(铝铬80)和75％铬+25％铝(铝铬75)的标准，也可根据具体需求灵活调整补加铝原料的量，使制备的铝铬金属锭的成分组成满足使用要求。

反应底料在反应炉中进行反应，反应炉内部设置有镁砖，在将反应底料加入反应炉之前，将镁砂在反应炉炉底压制成半圆形底窝，反应底料开始反应后，氯酸钾等发热剂受热分解，释放氧气，镁砖和镁砂在高温下能够和氧气生成致密的氧化镁层，氧化镁熔点可达2852℃，具有很好的耐高温耐火的性质，能够保护反应炉，也防止反应体系与反应炉直接接触，引入杂质。而且致密的氧化镁层也能起到便于冷却后的铝铬金属锭脱模的作用。

在一种优选的实施例中，上述铬的氧化物包括三氧化二铬；优选地，三氧化二铬的质量含量为：Cr₂O₃≥99％、SiO₂≤0.03％、S≤0.01％、C≤0.01％、As＜0.005～0.0058％；优选地，三氧化二铬的粒度1～3mm；优选地，铝原料包括双零级铝锭；优选地，双零级铝锭的质量含量为：Al≥98.5％、Si＜0.2％、Fe＜0.25％、Cu＜0.1％、Pb＜0.0005％、As＜0.005％；优选地，双零级铝锭的粒度为：0.1～1.0mm＞90％，(0～0.1)mm+(1～3)mm＜10％。

影响铬添加剂纯度的主要因素除了操作引入外，主要取决于原材料中的杂质含量，因此对入炉的原材料质量控制在上述优选范围内，有助于进一步提高所制备的铬添加剂的纯度。铬的氧化物包括但不限于三氧化二铬，在进行反应前可以经过净化提纯，减少外源杂质。铝原料为双零级铝锭或其他达到同等质量要求的铝原料，纯度较高，利于铬添加剂纯度的保证。三氧化二铬的粒度为1～3mm，粒度小易反应完全，但粒度过小，易产生烧损。

上述铬的氧化物的提纯通过重选、磁选、电选或浮选等方式进行，从源头上减少终产物铬添加剂中的杂质。重选法利用跳汰机、摇床、螺旋选矿机、离心选矿机和皮带溜槽等设备对铬的氧化物进行筛选，是在铬矿开采中常用的选矿、提纯方法。由于铬铁矿属于弱磁性矿物，其伴生的矿物比磁化系数更低，所以也能通过高磁场磁选铬矿选矿工艺对其进行选矿分离，常采用的磁选设备有高强磁选机，能够获得高品位铬的氧化物，磁选部分的回收率超过90％。当其采用电选铬矿选矿工艺时，其铬回收率可达到58％以上。浮选法是选别微细粒级铬铁矿的有效选矿工艺，化学组成差异影响铬铁矿的表面电化学特性如零电点，从而影响铬铁矿的可浮性。在浮选工艺中，常用到的铬矿选矿设备主要有浮选机、分级机、浓缩机等。铬添加剂的制备方法流程如图2所示

在本申请第二种典型的实施方式中，提供了一种铬添加剂，该铬添加剂为根据上述制备方法制备的铬添加剂，其纯度高，杂质含量低，用于制备铝合金时，有助于提高铝合金的实收率。

在一种优选的实施例中，上述铬添加剂中各组分的质量含量为：铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～83％、铝16％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；优选地，铬添加剂中各组分的质量含量为：铬78％～83％、铝16％～21％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；或铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～77.99％、铝21.01％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；优选地，铬添加剂的粒径为0～5mm；优选地，铝粘结于或包裹于铬的周围。

利用上述方法制备的铬添加剂，质量含量及比例根据需求进行灵活调整，不局限于上述质量含量。由于制备工艺相较于现有技术得到优化，有效控制了由于制备工艺引入的外源杂质，氧、碳、铁、硅、氮等杂质相比于现有铬添加剂，有明显减少。利用上述比例，能够制备铝铬75和铝铬80，即铬含量为75％和80％的铬添加剂。制备的铬添加剂中各组分的质量含量，均处于上述含量范围内，即说明符合工艺要求。

将铬添加剂的粒径控制在0～5mm，能够便于包装、储存，减少使用时产生的粉尘，也便于后续利用时的精准取用、快速熔化和均匀分布。在还原铬的氧化物的同时加入过量铝原料，将铬还原和铬铝混合的工艺步骤合并，减少工艺所需步骤，减少生产过程中的粉尘污染，降低外源杂质的引入和生产成本。在熔融状态下进行混合也能使铬和铝混合均匀，解决了现有铬添加剂易混合不均匀和偏析的问题。制备的铬添加剂如图3所示。

在本申请第三种典型的实施方式中，提供了一种铝合金，该铝合金采用上述铬添加剂制备而成。

在一种优选的实施例中，在制备上述铝合金的过程中，铬添加剂在温度740℃～780℃的铝液中，15分钟内熔解完全，制备该铝合金的过程包括：加热融化铝原料至熔融状态；向熔融的铝原料中加入铬添加剂，形成合金铝水；将合金铝水浇入模具中，冷却至室温，获得铝合金；优选地，制备铝合金的过程中，铬的实收率大于等于95％。

下面将结合具体的实施例来进一步详细解释本申请的有益效果。

实施例1：铬添加剂的制备方法

冶炼前，先用镁砂(粒度为1～2mm)在炉体底部压制成半圆形底窝，然后在窝面上撒一层磨细的铬渣(粒度为2～3mm)并压实。铬渣是生产金属铬和铬盐过程中产生的工业废渣，在本制备方法中，利用铬渣形成保护层，能够防止反应产生的高温对炉体造成损伤；也能够防止冶炼形成的金属粘连在炉体的表面，便于后续取出制备的铬合金添加剂。将三氧化二铬、铝原料(双零级铝锭)、氯酸钾等按要求的比例称量并混合形成底料，比例如表1。

表1

在冶炼炉炉底(如图1所示)上放底料，底料上放少许由铝原料和发热剂组成的点火剂，在料面中心使用镁条引燃，点火升温至1200℃，在炉料开始反应后，通过观察孔观察，当炉内不产生大量气泡，且反应物仍为熔融状态时，用流槽连续补加铝原料。待冷却至300℃以下后，拆开冶炼炉，喷砂清除金属表面夹渣和氧化膜，由于杂质密度大于合金，在熔融状态下沉降到底部，通过打磨铝铬金属锭外周即可去除杂质，取外周杂质和铬铝合金送样分析。通过分析铬铝合金成分，确定产品质量；通过分析外周杂质中的杂质含量，便于后期追踪分析元素的去向。粉碎合金至0～5mm粒状，即得铬添加剂产品。

根据上述批次1或2混合比例，利用100公斤三氧化二铬与相应的双零级铝锭反应生产铝铬75、铝铬80，生产的铬添加剂的化学成分见表2，以检测工艺的稳定性。

表2：

编号	Cr(wt％)	Fe(wt％)	Si(wt％)	Al(wt％)	O(wt％)	N(wt％)
							铝铬75-1	74.12	0.22	0.25	24.05	0.058	0.01
铝铬75-2	74.80	0.22	0.30	24.3	0.007	0.01
							铝铬75-3	76.3	0.17	0.25	21.9	0.076	0.005
铝铬80-1	79.14	0.22	0.28	17.8	0.074	0.016
							铝铬80-2	78.78	0.20	0.30	19.05	0.062	0.013
铝铬80-3	81.2	0.20	0.27	17.3	0.10	0.008

由表2数据可知，制备铝铬75和铝铬80的工艺稳定，虽然反应中存在KClO₃和Al等消耗Al的副反应，但依照固定的投料比，能够稳定的生产铬添加剂。

实施例2：铬添加剂化学成分的测定

金属铬检测方法：硫酸亚铁铵滴定法。

在酸性溶液中，已硝酸银为催化剂，用过硫酸铵将铬(Ⅲ)氧化为铬(Ⅵ)，以盐酸还原同时被氧化的锰(Ⅶ)，以邻苯氨基苯甲酸为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。

其他金属元素的分析方法参见《YST 492-2012铝及铝合金成分添加剂》标准中的分析方法。本申请中涉及元素分析的方法均按照本实施例中方法进行。

按照实施例1的方法多次制备铝铬80，在打磨铝铬金属锭外周杂质后，在铝铬金属锭的不同位置取样，检测铬铝合金的化学成分，从而检测铬添加剂的质量含量、杂质是否达到要求，铬、铝混合是否均匀。化学成分分析数据见表3。

表3：稳定试验金属铬的化学成分

实施例3：使用本发明铬添加剂制备铝合金

1.装炉：称量纯铝锭，将铝锭装入到炉体中，通电将铝锭熔化，将铝水升温至740～780℃，待温度达到范围后，人工对铝液进行充分搅拌，然后取原始样，待原始样冷却后，测定原始样质量和Cr含量。

2.添加铬添加剂：除去铝液表面的氧化膜，称量所需的铬添加剂质量。将铬添加剂投入到铝水中，同时计时，记录燃烧、熔化时间等试验现象，达到取样时间(5分钟、10分钟、20分钟、30分钟)，进行取样，取样样品冷却至室温后，测定取样的质量、Cr含量。

3.搅拌取渣：搅拌后，对铝液表面的铝渣进行扒渣，待冷却至室温后，称量铝渣质量。

4.浇铸：将合金铝水浇入到模具中，冷却至室温，称量铝锭质量。

利用本发明的铬添加剂制备铝合金，相关数据如下表4、5。

表4：利用本发明铬添加剂制备铝合金的投料量

表5利用本发明铬添加剂制备的铝合金的检测数据

利用本发明铬添加剂制备铝合金，铬的实收率如图4所示。

由于本申请的铬添加剂中不含有脱模剂、助熔剂等添加剂，加入铝水中稳定熔化，不易产生铝渣，因此在对铝液表面的铝渣进行扒渣处理的过程中，仅产生极少量的铝渣，铝渣质量为0g。

铬实收率为铬添加剂加入到铝水中的元素铬实收率，铬实收率计算公式如下：

对比例1

现有铬添加剂块的制备：

1.使用球磨机研磨金属铬至细粉，细粉过60目筛，获得所需铬粉；

2.将铬粉、助熔剂、脱模剂、粘接剂，按照一定的比例，利用机械搅拌罐进行混合；

3.混合结束后，使用传送带运至315T压机，进行压制，制备现有铬添加剂块，化学成分如表6。

表6：现有铬添加剂块的化学成分

	Cr(wt％)	Fe(wt％)	O(wt％)	Al(wt％)
					现有铬添加剂块	75.0	1.2	1.1	22.0

对比例2

利用对比例1中制备的现有铬添加剂块制备铝合金

1.装炉：称量纯铝锭，将铝锭装入到炉体中，通电将铝锭熔化，将铝水升温至740～780℃，待温度达到范围后，人工对铝液进行充分搅拌，然后取原始样，待原始样冷却后，称量原始样质量。

2.添加现有铬添加剂块：除去铝液表面的氧化膜，称量所需的铬添加剂质量。将现有铬添加剂块投入到铝水中，同时计时，记录燃烧、熔化时间等试验现象，达到取样时间(5分钟、10分钟、20分钟、30分钟)，进行取样，取样样品冷却至室温后，测定取样的质量、Cr含量。

3.搅拌取渣：搅拌后，对铝液表面的铝渣进行扒渣，待冷却至室温后，称量铝渣质量。

4.浇铸：将合金铝水浇入到模具中，冷却至室温，称量铝锭质量。

利用本发明的铬添加剂制备铝合金，相关数据如下表7、8。

表7：利用现有铬添加剂块制备铝合金的投料量

表8利用现有铬添加剂制备的铝合金的检测数据

	原始样	5分钟	10分钟	20分钟	30分钟
						铝水重量(g)	18128.72	18128.72	18048.02	17963.52	17885.52
铝水中铬重量理论值(g)	112.50	112.50	112.04	111.55	111.09
						Cr含量目标值	0.6206％	0.6206％	0.6208％	0.6210％	0.6211％
Cr含量分析值	0.0064％	0.5660％	0.5856％	0.5899％	0.6020％
						Cr实收率	\	90.176％	93.298％	93.966％	95.893％
温度℃	745	745	746	746	746
						取样重量(g)	80.9	80.7	84.5	78	63.5

利用现有铬添加剂块制备铝合金，铬的实收率如图5所示。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：利用铝热反应还原铬的氧化物，在还原铬的氧化物的同时制备铬添加剂，提高铬添加剂的纯度、安全性和使用便捷性，铬实收率完全达到产品要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铬添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物，在得到金属铬的同时，所述金属铬与过量的所述铝原料形成铬铝合金，所述铬铝合金即为所述铬添加剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

发热剂提供热量的条件下，使用过量的铝原料作为还原剂，利用铝热反应还原铬的氧化物；

优选地，所述发热剂通过与所述铝原料反应放热来提供热量；

优选地，所述发热剂选自BaO₂、NaClO₃、KClO₃、NaNO₃、铬酸酐、碱金属铬酸盐和碱金属重铬酸盐中的任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

a)混合所述铬的氧化物、所述铝原料和所述发热剂形成反应底料；

b)混合所述铝原料和所述发热剂形成点火剂；

c)点燃所述点火剂，提供热量引燃所述反应底料进行所述铝热反应还原所述铬的氧化物，得到所述铬铝合金；

优选地，在进行所述铝热反应的过程中，在所述反应底料熔融后，通过向所述反应底料补加所述铝原料使所述铝原料过量；

优选地，采用引燃剂点燃所述点火剂；

优选地，所述引燃剂为镁条或镁屑。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述c)包括：

将所述引燃剂点燃，使所述发热剂分解释放氧气，进而使所述引燃剂在氧气中燃烧，并点燃所述点火剂，使所述铝原料和所述发热剂发生铝热反应释放出热量，供所述铝原料还原所述铬的氧化物，获得所述铬铝合金；

优选地，还原所述铬的氧化物之后及得到所述铬铝合金之前，所述制备方法还包括：使所述铬的氧化物的还原产物降温至室温，得到铬铝金属锭，破碎所示铝铬金属锭；

优选地，在破碎所述铝铬金属锭前，清除所述铝铬金属锭表面的杂质；

优选地，清除所述铝铬金属锭表面的杂质的方法包括喷砂清除；

优选地，所述铝铬金属锭表面的杂质包括表面夹渣和氧化膜；

优选地，破碎后获得的所述铬铝合金的粒度小于等于5mm。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，利用流槽向所述反应底料中补加所述铝原料；

优选地，将所述反应底料置于反应炉中进行所述铝热反应；

优选地，所述反应炉内部设置有镁砖；

优选地，所述反应炉为圆锥形炉筒；

优选地，在将所述反应底料加入所述反应炉之前，将镁砂在所述反应炉炉底压制成半圆形底窝，在所述底窝上布置一层铬渣并压实。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铬的氧化物包括三氧化二铬；

优选地，所述三氧化二铬的质量含量为：Cr₂O₃≥99％、SiO₂≤0.03％、S≤0.01％、C≤0.01％、As＜0.005～0.0058％；

优选地，所述三氧化二铬的粒度为1～3mm；

优选地，所述铝原料包括双零级铝锭；

优选地，所述双零级铝锭的质量含量为：Al≥98.5％、Si＜0.2％、Fe＜0.25％、Cu＜0.1％、Pb＜0.0005％、As＜0.005％；

优选地，所述双零级铝锭的粒度为：0.1～1.0mm＞90％，(0～0.1)mm+(1～3)mm＜10％。

7.一种铬添加剂，其特征在于，所述铬添加剂为根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法制备的铬添加剂。

8.根据权利要求7所述的铬添加剂，其特征在于，所述铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～83％、铝16％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；

优选地，所述铬添加剂中各组分的质量含量为：铬78％～83％、铝16％～21％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；或

所述铬添加剂中各组分的质量含量为：铬73％～78％、铝21.01％～26％、氧≤0.1％、碳≤0.1％、氮≤0.05％、铁≤0.3％、硅≤0.3％；

优选地，所述铬添加剂的粒径为0～5mm；

优选地，所述铝粘结于或包裹于所述铬的周围。

9.一种铝合金，其特征在于，所述铝合金采用权利要求7或8所述的铬添加剂制备而成。

10.权利要求9所述的铝合金的制备方法，其特征在于，在制备所述铝合金的过程中，所述铬添加剂在温度740℃～780℃的铝液中，15分钟内熔解完全，

制备所述铝合金的过程包括：

加热融化所述铝原料至熔融状态；

向熔融的所述铝原料中加入所述铬添加剂，形成合金铝水；

将所述合金铝水浇入模具中，冷却至室温，获得所述铝合金；

优选地，制备所述铝合金的过程中，所述铬的实收率大于等于95％。

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