CN114214529B - 一种铝合金熔炼用硅添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种铝合金熔炼用硅添加剂及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。本发明解决了现有20mm以下的硅粒粉不能用于铝合金熔炼的问题。本发明利用粒径为20mm以下的硅粒粉，并使用液体果糖、木糖醇和葡萄糖作为粘合剂以及使用氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠作为表面活性剂制备出铝合金熔炼用硅添加剂。本发明所使用的硅粒粉为20mm以下的废料，大大降低生产成本，且制备的硅添加剂相对于现有速溶硅的熔化速度更快，实收率更高。且相比于现有技术中使用的环氧树脂、聚酯、聚丙烯酸等作为粘合剂，本发明所使用的粘合剂原料可以有效减少制备铝合金过程中颗粒状挥发物的产生，更有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金熔炼用硅添加剂及其制备方法，属于金属材料加工技术领域。
背景技术
在铝合金中，硅是最普遍使用的合金元素，是铝合金的一种强化元素，可在一定程度上提高铝合金的铸造性能和抗蚀性。在现有铝合金生产过程中硅的添加方式主要有以下四种：(1)直接加金属硅，具体工艺为在炉底铺入硅块，硅块上铺设铝锭，冲入铝水或点火升温使硅块熔化；(2)使用中间合金，具体工艺为铺入炉底点火升温熔化或直接加入铝水中均可；(3)吹入硅粉；(4)添加速熔硅，具体工艺为当炉内铝水温度达到720℃以上时直接撒入，静止等待速熔硅全部熔化为止。其中第1种和第4种是目前应用最为广泛的硅添加方式，所使用的金属硅及速熔硅的原料均为破碎后粒径为20mm-100mm的金属硅块，其生产工艺为电解金属硅锭经颚式破碎机破碎筛选后制得产品，但是20mm以下硅粒粉由于熔化慢或不溶化以及收得率低而成为废料。且现有技术中制备速熔硅的硅粒粉直径均为20-80mm范围内。因此，提供一种能够解决20mm以下的硅粒粉应用于铝合金熔炼的技术方法是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有20mm以下的硅粒粉不能用于铝合金熔炼，导致20mm以下硅粒粉无法应用而成为废料的问题，提供一种铝合金熔炼用硅添加剂及其制备方法。
本发明的技术方案：
一种铝合金熔炼用硅添加剂，硅添加剂的化学组成成分质量百分比为：3％-7％的粘合剂，2％-5％的表面活性剂，余量为硅粒粉。
进一步限定，硅粒粉的粒径为20mm以下。
更进一步限定，硅粒粉中粒径小于3mm的质量分数为不大于10％。
进一步限定，硅粒粉的牌号为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501和1101中的一种或几种以任意比例混合。
进一步限定，粘合剂由体果糖、木糖醇、葡萄糖和水组成。
更进一步限定，粘合剂中果糖的质量分数为23％-25％，木糖醇的质量分数为1％-3％，葡萄糖的质量分数为1％-3％，余量为水。
进一步限定，表面活性剂由氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠组成。
更进一步限定，表面活性剂中氟硅酸钾的质量分数为20％-24％，氟铝酸钾的质量分数为50％-54％，氯化钾的质量分数为9％-23％，氟硅酸钠的质量分数为3％-5％，无水氯化镁的质量分数为3％-5％，余量为氯化钠。
上述铝合金熔炼用硅添加剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)配置粘合剂：将果糖、木糖醇和葡萄糖溶解在水中，充分搅拌形成透明澄清液体；
(2)配置表面活性剂：将氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠投入混合机中，以12r/min的速度混合10min，密封备用；
(3)将硅粒粉和步骤1配置的粘合剂投入混料机中，混和10min后粘合剂完全润湿硅粒粉，投入步骤2配置的表面活性剂，继续混合20min；
(4)将步骤3混合均匀的物料铺入预制模具中，在60℃-80℃条件下干燥处理24h，获得硅添加剂，包装。
进一步限定，混料机的料罐内壁设有光滑的聚四氟乙烯内衬。
更进一步限定，预制模具为200mm×200mm×50mm的不锈钢槽。
本发明具有以下有益效果：本发明利用粒径为20mm以下的硅粒粉制备出铝合金熔炼用硅添加剂，解决了20mm以下的硅粒粉不能直接用于铝合金熔炼这一问题。此外，该方法还具有以下特点：
(1)硅粒粉为20mm以下的废料，大大降低生产成本；
(2)本申请提供的方法制备的硅添加剂相对于现有速溶硅的熔化速度更快，减少融化时间，使用过程无烟气产生。
(3)产品实收率稳定，且实收率高，高于90％。
(4)本方法中使用的混料机区别于常规卧式混料机，混料机的料罐内壁设于光滑的聚四氟乙烯内衬，聚四氟乙烯内衬的加入能有效降低铁杂质等的引入并且更容易对料罐进行清理，提高了成品率。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
(1)选取硅粒粉：选取20mm以下的硅粒粉，其中0mm-3mm质量百分比小于等于10％，目的是为使硅的收得率稳定，因为过多的金属硅细粉在破碎过程及存储中表面被二氧化硅氧化层包裹，再投入铝水中时无法熔化吸收，以浮渣形势被打出，无法达到添加硅元素的目的。
(2)配置粘合剂：将果糖、木糖醇和葡萄糖溶解在水中，充分搅拌形成透明澄清液体。其中，果糖、木糖醇、葡萄糖和水的质量比为35：23：22：2。选择果糖、木糖醇和葡萄糖作为粘合剂原料，相比于现有技术中使用的环氧树脂、聚酯、聚丙烯酸、聚氨酯等，获得的硅添加剂用于制备铝合金过程中可有效减少颗粒状挥发物的产生，更有利于环境保护。
(3)配置表面活性剂：将氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠投入混合机中，以12r/min的速度混合10min，密封备用。其中，氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠的质量比为5：50：22：12：11。
(4)将硅粒粉和上述步骤获得的粘合剂投入混料机中，混和10min后粘合剂完全润湿硅粒粉，投入上述步骤获得的表面活性剂，继续混合20min。其中硅粒粉、粘合剂和表面活性剂的质量比为95：0.5：4.5，粘合剂的具体添加量以能够让其完全润湿硅粒粉为宜。混料机的料罐内壁设于光滑的聚四氟乙烯内衬，聚四氟乙烯内衬的加入能有效降低铁杂质等的引入并且更容易对料罐进行清理，提高硅添加剂的成品率。
(5)将上述混合均匀的物料铺入尺寸为200mm×200mm×50mm的不锈钢槽材质的预制模具中，在60℃-80℃条件下干燥处理24h，获得硅添加剂，取出包装既得成品。
实施例2：
将实施例1获得的硅添加剂成品与现有速溶硅的熔化速度进行比较，实验条件及具体操作过程如下：
(1)将90g实施例1获得的硅添加剂成品和90g现有速溶硅分别投入20kg温度为730℃的铝水中，观察并记录其熔化速度，具体记录详见表1。
表1
由表1可知，5min内实施例1硅添加剂成品可全部熔化，相比于现有速溶硅的熔化速度更快，熔化更彻底。
(2)将1600g实施例1获得的硅添加剂成品与1600g现有速熔硅投入20kg温度为800℃的铝水中，观察并记录其熔化速度，具体记录详见表2。
表2
由表2可知，30min内实施例1硅添加剂成品可全部熔化，相比于现有速溶硅的熔化速度更快。
实施例3：
将实施例1获得的硅添加剂成品和现有速溶硅进行实收率试验，试验条件及具体操作过程如下：
(1)将1600g实施例1获得的硅添加剂成品投入20kg温度为800℃的铝水中，观察并记录其熔化现象，待30分钟后取样分析并计算实收率，结果如表3所示。
表3
(2)将1600g现有速溶硅投入20kg温度为800℃的铝水中，观察并记录其熔化现象，待30分钟后取样分析并计算实收率，结果如表4所示。
表4
对比可知，实施例1获得的硅添加剂成品的产品实收率更高。
Claims (5)
1.一种铝合金熔炼用硅添加剂，其特征在于，硅添加剂的化学组成成分质量百分比为：3%-7%的粘合剂，2%-5%的表面活性剂，余量为硅粒粉；所述的硅粒粉的粒径为20mm以下；
所述的粘合剂由果糖、木糖醇、葡萄糖和水组成；
所述的粘合剂中果糖的质量分数为23%-25%，木糖醇的质量分数为1%-3%，葡萄糖的质量分数为1%-3%，余量为水；
所述的表面活性剂由氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠组成；
所述的表面活性剂中氟硅酸钾的质量分数为20%-24%，氟铝酸钾的质量分数为50%-54%，氯化钾的质量分数为9%-23%，氟硅酸钠的质量分数为3%-5%，无水氯化镁的质量分数为3%-5%，余量为氯化钠；
所述的硅粒粉中粒径小于3mm的质量分数为0%-10%。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金熔炼用硅添加剂，其特征在于，所述的硅粒粉的牌号为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501和1101中的一种或几种混合。
3.权利要求1所述的铝合金熔炼用硅添加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）配置粘合剂：将液体果糖、木糖醇和葡萄糖溶解在水中，充分搅拌形成透明澄清液体；
（2）配置表面活性剂：将氟硅酸钾、氟铝酸钾、氯化钾、氟硅酸钠、无水氯化镁和氯化钠投入混合机中，以12r/min的速度混合10min，密封备用；
（3）将硅粒粉和步骤1配置的粘合剂投入混料机中，混和10min后粘合剂完全润湿硅粒粉，投入步骤2配置的表面活性剂，继续混合20min；
（4）将步骤3混合均匀的物料铺入预制模具中，在60℃-80℃条件下干燥处理24h，获得硅添加剂，包装。
4.根据权利要求3所述的铝合金熔炼用硅添加剂的制备方法，其特征在于，所述的混料机的料罐内壁设有光滑的聚四氟乙烯内衬。
5.根据权利要求3或4所述的铝合金熔炼用硅添加剂的制备方法，其特征在于，所述的预制模具为200mm×200mm×50mm的不锈钢槽。
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