CN85105067A - 用氯化处理铝合金的方法去除金属镁的浇包 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了以同流方式对熔融状态下的铝金属进行氯化处理的浇包，浇包用垂直隔板(6)分割成进料室(8)和处理室(9)，隔板和浇包底面保留了供金属流动的间隙(7)，氯化气体分配器转子(10)浸没在处理室内。其特征是处理室的底部用水平壁板(13)封闭，水平壁板在隔板底部沿水平方向延伸，在水平壁板的中间开设了一个开口，开口的轴线与转子轴线重合。浇包用于从铝合金中去除金属镁，浇包的容积接近1立方米，因此浇包很易操纵。这种浇包有可能获得处理每小时20吨量级的铝合金，脱镁的效率达到适当的水平。

Description

本发明涉及了一种去除铝合金中所含金属镁而使用的浇包，去除镁的方法是采用“氯化处理”工艺，也就是说利用气态氯或者其他气态的氯化物，其中包括氯化的碳氢化合物，来处理熔融状态的金属。

在铸造铝或铝合金半成品的生产过程中，这些半成品如铝板，铝锭等等，可采用“原生铝”制造，原生铝是直接由矾土和冰晶石原料电介产生的铝，也可采用“二次铝”制造，二次铝是把铝废料再次重熔而得到的。或者，还可使用上述两种金属铝的混合物。

在使用二次铝和原生铝与二次铝混合的情况下，金属铝中含有杂质，特别是镁杂质。而且，杂质的重量相对于二次铝的重量百分比可以达到百分之几的程度。一般来说，杂质的存在将对随后进行的金属转变过程起有害的作用。

为了这个原因，有必要在进行铸造工艺以前，进行一道称之为精炼的工序。以便清除杂质使其降到相当低的含量，对于某种用途的铝制品来说，杂质含量要求不能超过万分之几。

在现有技术中，去除镁的工艺称为“脱镁”工艺，目前，脱镁方法有下列三种：

第一种是电化学方法，例如称为三层电介的方法，在这种方法中，直流电流通过准备提纯的熔融金属，这样可使镁分离出来沉积在阴极上。

第二种是采用以氯化铝AlCl₃，氟化铝AlF₂以及其他盐为基的固体熔剂，将它们和液态的准备提纯的铝相混合，以形成含镁的氯化物或含镁的氟化物。由于这些化合物的比重相当小，所以上升到熔融金属的表面，而与铝金属分离。

第三种方法是氯化处理工艺，将泡沫状态的氯气加到准备提纯的熔融金属中，最好是和镁进行反应，产生液态氯化物，这种氯化物同样也在熔融金属表面上与铝分离开。

上述的各种提纯方法，都存在着各自的优点和缺点，但第三种方法目前在工业生产中得到广泛应用，可是第三种方法在生产中出现了许多问题，例如有关气味和烟雾的弥散问题，形成大量氯化铝的问题，以及当镁在欲处理的金属中含量相当低时，处理的效率问题。

原则上，氯化处理工艺是以下列反应为基础的，从热力学观点说。镁对氯的亲合力要比铝对氯的亲合力大，因此，首先产生下列反应：

另外，形成的一部分氯化铝本身就具有脱镁的作用，可由下列反应得知，

然而，由于相对于镁来说，铝的含量比镁含量大得多，所以，不是所有的生成的氯化铝AlCl₃都用来进行上面第二个反应，特别是当镁浓度很低时情况就更加严重。因此在1982年6月的金属杂志（JournalofMetals）第55页上谈到，要去除1公斤的镁，需要使用15公斤的氯气，其实，在理论上所应用的氯气仅为2.95公斤。

因此，本领域的熟练技术人员，正在努力探寻一种提高氯气使用效率的方法，具体来说就是通过设计一种工艺装置来提高氯气使用效率，这种装置可以较好地适合于进行上述化学反应。

在法国专利号为NO2200364的专利中介绍了一种反应器，该反应器由多个腔室组成，每个腔室内装设有能进行转动的氯气喷射器，镁在腔室内的氯化处理是逐渐进行的，这就有可能使每公斤镁所需的氯气量达3公斤的水平。美国矿业冶金石油工程师学会中的冶金协会，在1978年的轻金属（Light    Metal）杂志中专题介绍了这样的反应器。杂志中叙述的反应器包括三个腔室，每个腔室的长度为760-1200毫米，宽为600毫米。这种反应器安放在铸造车间里，需要设置一套设备，这套设备要占据很大一片面积，而且，这套设备在进行排空，清洗或其他操作时很难操纵。在不考虑原始投资成本的情况下，实际上，设备的原始投资与其他设备是大致相等的，这种设备的维护成本相对来说是很高的。

由于上述原因，本申请人在继续坚持由转子发射的氯气气流来去除镁的基本原理的同时，在发明中寻求到一种装置，这种装置避免了现有技术装置体积太大的缺点及其所固有的特性带来的缺点，也就是说，申请人发明了一种体积相当小的浇包，但进行处理金属的能力却比其他与之相当的浇包大。

进行了多次小规模试验之后，申请人得出以下结论。为了解决现在的浇包所存在的问题，唯一的方法就是利用气体对金属进行处理时，以最合理可能的形式使两种流体在同一方向上流动。为达到此目的，申请人设计了一个工业上常使用的由普通浇包构成的同流浇包。这种浇包一般由金属外壳，耐火材料的里衬、金属的注入口或通道、金属的出铁口或通道和垂直的内隔板组成。隔板和浇包底部构成一个用来使金属进行循环的空间。隔板把浇包分割成一个进料室和一单个的处理室。产生辐射式的弥散氯化气体的转子浸没在该处理室中，其特点在于在处理室的底部有一水平壁板，它把处理室的底部封闭住。水平壁板在垂直隔板底部沿水平方向延伸，水平壁板的中间部位设置一个开口，开口的轴线与转子的旋转轴线重合。

因此本发明的装置就是在普通浇包里安装上一水平壁板，它可以更进一步的将处理室和进料室隔离开，并且，依靠一个恰当地位于氯化气体分配器转子轴线上的开口，可引导金属沿着特定的方向流动，这个方向与转子辐射喷射的气体流动的轨迹是相同的。实际上，这个方向平行于气体流动轨迹的方向。对于同流循环模型来说，这种浇包达到了接近理想的水平。

确实地说，同流循环本身已在现有技术中应用了，从法国专利NO2200364中可看到，在第二工艺过程中或者说在处理室里，金属和气体沿相同方向流动。但是这与其说是有意利用同流循环的问题还不如说是为了使金属能方便地从一个腔室流到另一个腔室的问题。为了证实这一点可以注意到，法国专利中并没有阐述有关在第二室内进行的处理工艺的高效率问题。对于法国专利中所述的同方向流动的循环，并没有采取任何特殊的防护措施，因此，由于金属是平行于反应器底部而流动到腔室中的，这就会产生不正确的循环方式。

通过有效地重复产生同流循环方式的条件，本发明的申请人所获得的结果表明，这种型式的同流循环对于改善脱镁的效果来说是非常重要的。

申请人应用了两个处理浇包，每个浇包的液态金属容量大约为1立方米，每个浇包都通过相同的熔融状态的合金，通过金属的流动速每小时10吨，合金中含0.5%的镁。两个浇包采用相同类型的转子和相同的氯气流量，一个浇包的工作形式是对流，而另一个是同流。同流方式的浇包即为本发明的浇包。通过试验，申请人发现两种循环的氯气利用效率（它由最后的镁含量来决定）如下表所示：

从表中应该看到，在最后的镁含量比例相当高的情况下，循环类型不是重要问题，相反，对于最后镁含量比例较低的情况，同流类型循环大大改善了氯气的利用效率。对于那些比现有技术中的浇包尺寸更小的浇包来说，金属在浇包中的流动速率相对来说更为显著。

浇包中处理室内的水平壁板上的开口，虽然可以是与处理室水平截面相似的任何截面，但根据本发明，水平壁板上的开口形状最好为园形。重要的问题是要具备一定的相似性，以使金属和气体的行程轨迹相对于转子轴线来说要有一个规则的几何图形的分布。并且为造成同流循环方式提供一个良好条件。开口的截面最好是处理室截面的1/10-1/15之间。在这个比值之内将会得到最好的效果。

从将金属引导到开口处这一观点考虑，为了提供有规律的进料条件，并为避免流动模型受到扰动，而这种扰动对获得同流循环的轮廓外形是有害的。则在浇包底部最好也有液体流动的管道。这种流动管道起初在隔板的水平面上与水平平面的宽度相同，这宽度接近于浇包的宽度，随后宽度逐渐减小，最后接近于开口的尺寸，即达到与开口直径相等的宽度。

辐射式分布气体的转子在安装时，使其底面尽可能靠近开口，转子底面和开口之间的空间高度至少是0.02米。转子横截面的尺寸接近于开口的尺寸。

转子可以是任何一种能进行辐射式分布气体的转子，例如法国专利NO2512067中所介绍的转子，该转子可以带液体流动管道也可以不带管道。转子必须包括足够多的气体管路，以保证氯气的流量能达到每小时240公斤。这样即使合金含有很高的镁含量，转子处理能力也可到达每小时几吨的水平。氯化气体可以是氯元素或者是其他氯化的衍生物，这种衍生物一般用在铝的氯化处理工艺中。

按照本发明所制造的氯化处理用的浇包，是小型的紧凑的，它可以是法国专利NO2514370中所介绍的那种类型浇包，因此，它具有去除镁的作用，同时还具备许多有利的优点，这些优点是：

在结束铸造操作工艺时，通过简单的旋转运动就可以将装在浇包里的全部金属倒出来，因此，金属不会有任何损失;也不会在随后进行的操作中，产生后注入金属同先前金属相混杂的任何危险。

在瞬时的更换金属或合金时，除了进行旋转运动以外，不用任何其他操纵，这就使它有可能按连续铸造方式或不连续铸造方式来进行运转，甚至有可能逐次顺序地进行合金铸造工艺，而这些合金都是彼此不相溶的。

通过去除部分覆盖剂的方法，可较容易地去除在处理过程中出现的溶渣或浮渣，这一优点对长时间的连续铸造工艺操作特别有效。

采用纵向旋转运动的方式，根据情况，也可采用横向旋转的方式，在处理工序完结时，很容易清理未盛金属的空浇包。这样，就可能清理任何熔渣或浮渣等等残余物质以及固化的金属，这些残留物质对以后的金属原料增加了污染的危险性。

具有单独的浇包加热系统，这一优点使得在不干扰正在进行操作的条件下更换或修理加热系统。

当开始进行铸造工艺时，有迅速加热金属的可能性。

可以不受任何条件限制地选择各种类型的处理剂喷射器，目前已知通用的任何类型的旋转喷射器都能采用，并且不存在任何困难。

可迅速的更换喷射器和加热系统，这样，允许在要求的时间里采用合乎需要的功能。

无论是为了用肉眼观察或清除熔渣或浮渣，还是回收形成的氯化镁都能快速地卸下或重盖上浇包盖。

由于浇包设计的很简单，以及选用了合适的浇包材料，所以浇包被空气或处理剂腐蚀的危险性很小。

气态废物的收集容易。

除以上优点外，本发明的浇包还可以综合其他优点，例如全部的操作工序允许进行整体自动化，这些操作工序包括旋运动，提升盖子和装配盖子，卸掉、更换、装配加热系统和喷射器，予热浇包以及使浇包保持在已定的温度范围，如此等等。以上这些操作过程可以编成程序，附带配有各种安全措施和所需的禁令，并集中到遥控操纵台上，操纵台也提供驱动各种起重器的中心液压站引导调节控制，起重器是用于使浇包盖子、加热系统以及喷射器进行旋转和向上、向下运动的。

参照附图，可以更好的理介本发明内容，图中：

图1表示沿本发明的浇包的纵向中心平面的纵截面视图。

图2表示沿图1中X¹-X线的水平截面视图。

参看图1，图中所示有金属外壳（1），耐火材料内衬（2），为将被处理的金属引进到（5）处的注入口或流道（3），出铁口或流道（4），垂直的内隔板（6），隔板（6）和浇包底部保留有一空间（7），空间（7）是为了金属流动而设置的，隔板（6）将浇包分成一个进料室（8）和处理室（9），在处理室内装配了一个转子（10），转子由与电机相连的轴（11）驱动而进行旋转运动，电机（图中未示出）装在包盖（12）上面。在处理室（9）的底部用水平壁板（13）将处理室封闭，水平壁板（13）在隔板底部水平方向上延伸，水平壁板的中间开设一个开口（14），开口的轴线与转子轴线重合。

在工作状态下，金属通过开口（14）沿着（15）指出的运动路线与气体（16）的运动路线同流。气体（16）是由转子径向地发射出来的。

在氯化的气体作用下，镁进行反应形成液态氯化镁，氯化镁将被收集在熔融金属表面的上面，形成一个层（17），同时，被提纯后的金属通过出铁口（4）流出来。

参照图2，图2是沿图1中的浇包X¹-X线的横截面图，从图中看出金属外壳（1），耐火材料内衬（2），进料室（8），垂直隔板（6）和使金属流向开口（14）的流槽或流道（18）。

参照下面的实例，可更好的理介本发明的内容。

浇包的有效高度为1米，其中进料室的有效尺寸为1米×0.15米，处理室的有效尺寸为1米×1米，浇包内设置一个注入口和一个出料口，由于注入口和出料口的位置，使工作金属的高度达0.80米，浇包内装备水平壁板，壁板和浇包底面相距0.05米的距离，水平壁板的中心有一直径为0.32米的园形开口。在直径为0.32米，高为0.275米的转子上开设有136个0.0015米直径的小孔，转子以每分钟250转的旋转速度转动，转子底面与水平壁板的间隙为0.03米，转子的旋转轴线与开口的轴线是重合的。

适当温度的铝合金连续地送进浇包里，使金属在浇包的处理室内保持在750-800℃，浇包内有纯氯气。

根据所应用的流量和原始镁含量，关于处理后的最后镁含量，氯气流量和效率水平等的结果见下表：

可以发现，在浇包容积接近1立方米的条件下，可能得到每小时20吨的处理能力和适当的脱镁效率。

Claims (7)

1、一种以同流的方式对熔融状态的铝合金，进行氯化处理以脱镁的浇包，该浇包包括金属外壳(1)，耐火材料内衬(2)，金属注入口(3)和金属出料口(4)，垂直内隔板(6)，隔板(6)与浇包的底面保留了供金属流动的间隙(7)，隔板将浇包分成进料室(8)和一单个的处理室(9)，在处理室内装置有用于产生辐射状氯化气体的转子(10)，该浇包的特征在于：处理室底部用水平壁板(13)封闭，水平壁板(13)在隔板底部沿水平方向延伸，水平壁板的中心部位开设一个开口(14)，开口(14)的轴线与转子的旋转轴线重合。

2、按照权力要求1中所述的浇包，其特征在于：浇包具备的有效容积最大为1立方米。

3、按照权利要求1中所述的浇包，其特征在于：开口的截面为处理室截面的1/10-1/15。

4、按照权利要求1中所述的浇包，其特征在于：从隔板底部向开口流动的金属流是沿着流道流动的，起初，在隔板处的流道的宽度与一水平平面的宽度相同，这个宽度接近于隔板的宽度，然后流道的宽度逐渐减小，在接近开口时，其宽度达到开口的最大尺寸。

5、按照权利要求1中所述的浇包，其特征在于：转子水平截面上的尺寸，接近于开口的水平截面尺寸。

6、按照权利要求1中所述的浇包，其特征在于：喷射氯化气体的转子具有多个足以产生每小时240公斤流量的孔道。

7、按照权利要求1中所述的浇包，其特征在于：所说的氯化气体是属于由氯元素及其衍生物所形成的。

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