鋁或鋁合金精煉組合物及熔煉方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于鋁或鋁合金熔煉的精煉組合物，以及采用所述組合物熔煉鋁或鋁合金的方法。所述精煉組合物包括一種低煙組合物，該低煙組合物由重量比為約1:1的KCl和MgCl2以及CaF2組成，其中以所述低煙組合物的總重量計，KCl和MgCl2的總量為65～50wt％，CaF2的量為35～50wt％。本發(fā)明的精煉組合物可消除或顯著減少鋁或鋁合金熔煉過程中產(chǎn)生的黑煙。
【專利說明】f呂或錯合金精煉組合物及溶煉方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁及鋁合金熔煉工藝中的精煉劑及熔煉工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于鋁的化學(xué)活性很強，在熔煉過程中容易產(chǎn)生夾雜物、氣體等，它們在熔體凝固 后會分布在鋁或鋁合金內(nèi)部成為缺陷，對材料性能產(chǎn)生很大影響。因此，要提高鑄造鋁及其 合金的性能，必須充分除去熔體中的夾雜物和氣體，避免鑄件中缺陷的產(chǎn)生。
[0003] 目前通用的一種方法是在熔煉過程中加入精煉劑，通過它與熔體中的夾雜物發(fā)生 吸附、溶解和化學(xué)作用進(jìn)行除渣，同時利用化學(xué)作用產(chǎn)生的揮發(fā)性氣態(tài)鹽，如氯化鋁，帶出 鋁液中的氣體，并通過其自身融化成液滴來吸附熔體中分散的原子氫將其帶出液面。
[0004] 目前市售的鋁精煉劑主要成分為氯鹽，如KC1、NaCl等，并加入少量的氟化物，如 Ca2F、冰晶石（Na3AlF6)等。常用的精煉劑中以45% NaCl+55% KC1的共晶混合物（熔點大 約在650°C )為主，加其他氯化物作為基本組成，輔助加入少量（3?5% )冰晶石或1. 5% CaF2〇
[0005] 熔融的精煉劑（在本文中也稱為熔劑）在固相（夾雜物）界面及液相（熔融鋁） 界面上的表面張力決定了其的吸附熔渣的能力。熔劑在熔融鋁界面的表面張力越大，越容 易與熔融鋁分離；熔劑在夾雜物界面的表面張力越小，其越能潤濕和吸附夾雜物，并將其從 金屬中除掉。因此利用熔劑提高熔融鋁相對于夾雜物介面的表面張力，有利于熔劑將氧化 膜及非金屬夾雜物排除。熔劑的組成成分決定了其對張力的調(diào)節(jié)能力，即吸附能力。其他 條件相同的情況下，熔融的氯化物對熔渣的吸附能力比氟化物強，而堿金屬氯化物比堿土 金屬氯化物強。
[0006] 精煉劑中的氟化物則起到溶解夾雜物特別是氧化鋁的作用。這是由于氧化鋁與氟 化鈣、冰晶石具有一定的互溶能力，隨氟化物含量的增加對溶解氧化鋁的能力也將有所增 力口，但是當(dāng)溫度較低時，在一般熔煉溫度下溶解作用是不大的。
[0007] 氯鹽則與熔鋁發(fā)生化學(xué)作用，其中的金屬離子與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，生成的八1(：13是 揮發(fā)性氣態(tài)物質(zhì)，有除氣作用。
[0008] 采用熔劑精煉時，熔體中形成大量分散而細(xì)小的熔劑液滴，按溶解平衡規(guī)律，在熔 體中的原子氫也要向熔劑液滴擴(kuò)散而被帶到液面，減少熔體中的氫含量。
[0009] 因此精煉劑的熔點要低于鋁或鋁合金，比重要小于鋁或鋁合金比重，能吸收溶解 熔體中的夾雜物，并能從熔體中將它排除。此外，精煉劑還不能和熔煉金屬及爐襯發(fā)生不利 的化學(xué)反應(yīng)，吸濕性要小，蒸氣壓要低，有適當(dāng)?shù)恼扯燃傲鲃有?，最好不含有或不產(chǎn)生有害 雜質(zhì)及氣體。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)方案采用45%的NaCl和55%的KC1的共晶混合物為主的組合，達(dá)到了 上述基本要求，但是其熔點（大約650°C )相對于熔融的鋁及鋁合金（約700?約750°C ) 卻差異較大。尤其對于當(dāng)今市場需求量激增的鋁鎂合金或鋁鎂硅系合金，由于普遍采用在 線除氣、過濾、細(xì)化為一體的工藝，且流槽長度均大于4米，因此熔煉溫度從之前的約700? 約750°C提高到了約750?約780°C，這令精煉劑中的低熔點鹽類成分及雜質(zhì)在此高溫下達(dá) 到燃燒點而迅速燃燒，在鋁液表面產(chǎn)生大量黑煙，嚴(yán)重污染工作環(huán)境，對人身造成損害。
[0011] 中國發(fā)明專利申請201310660348. 9公開了一種鋁精煉劑，包含KC1、NaCl、CaF2、 Na3AlF6、Mg2N3、C2C1 6 和稀土，質(zhì)量百分比分別為：35-50%、30-40%、5-8%、8-15%、5-10%、 3-6%和 0· 2-0. 5%。
[0012] 中國發(fā)明專利申請201310435121. 4也公開了一種鋁精煉劑，包含NaC155?70%， KC113 ?10 %，MgCl23 ?10 %，Na3AlF620 ?35 %。
[0013] 然而目前尚沒有能夠抑制或消除鋁熔煉工藝中產(chǎn)生的黑煙的精煉劑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 針對在較高溫度下鋁及鋁合金，特別是鋁鎂合金或鋁鎂硅系合金，熔煉過程中產(chǎn) 生黑煙的問題，本發(fā)明提供一種能夠消除或減少黑煙的組合物。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于鋁或鋁合金熔煉的精煉組合物，所述精煉 組合物包括一種低煙組合物，該低煙組合物由重量比為約1:1的KC1和MgCl 2以及CaF2組 成，其中以所述低煙組合物的總重量計，KC1和MgCl2的總量為65?50wt%，CaF 2的量為 35 ?50wt%。
[0016] 根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，以所述低煙組合物的總重量計，KC1和MgCl2的總量為 60 ?50wt%，CaF2 的量為 40 ?50wt%。
[0017] 根據(jù)一種實施方式，所述精煉組合物還包括以所述精煉組合物的總重量計，90? 70wt %，優(yōu)選90?80wt %的鋁或鋁合金精煉劑。
[0018] 根據(jù)另一種實施方式，所述精煉組合物由所述低煙組合物組成。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種熔煉鋁或鋁合金的方法，包括在熔煉工藝中 加入上述精煉組合物，其中以鋁或鋁合金重量計所加入的低煙組合物的量為0. 15? 0· 3wt%。
[0020] 根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，所述錯合金為錯鎂合金或錯鎂娃系合金。
[0021] 本發(fā)明的低煙組合物通過KCl、MgCl2和CaF2這三種特定的鹽以特定的比例混合將 組合物的熔點可控制在低于鋁或鋁合金熔點、但相當(dāng)接近的溫度（例如較優(yōu)地在750°C左 右），從而在熔煉過程中呈熔融態(tài)液滴狀，起到精煉劑的同等效果，又避免了因低熔點物質(zhì) (雜質(zhì)或低熔點鹽類）的燃燒而產(chǎn)生黑煙。
[0022] 本發(fā)明的低煙組合物可單獨作為精煉劑使用，因幾乎無任何燃燒現(xiàn)象故可達(dá)到基 本無煙的效果；也可配合其它鋁或鋁合金精煉劑使用，可達(dá)到顯著減少黑煙的效果。
[0023] 本發(fā)明的低煙組合物的使用量占鋁（或鋁合金）重量的0.15?0.3wt%，這比常 規(guī)精煉劑的用量（〇. 6?0. 8wt % )顯著降低，從而降低了熔煉成本。對于鋁鎂合金或鋁鎂 硅系合金來說，本發(fā)明的精煉組合物中的氯化鎂與A1反應(yīng)置換出的Mg也是鋁合金的成分， 故減少了 Mg的額外投放量，進(jìn)一步降低了成本。
[0024] 本發(fā)明的低煙組合物的熔融液蒸氣壓相比常規(guī)精煉劑更低，熔劑氣體慢慢擴(kuò)散出 鋁液表面，更有利于氫及其他氣泡的排除。采用本發(fā)明的精煉組合物，熔煉后鋁/鋁合金中 氫含量在每百克鋁〇. 2ml以下。

【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明教導(dǎo)的目的和/或方案將以優(yōu)選實施方式的形式給出。對這些實施方式的 說明是用于更好地理解本發(fā)明，而非限制可行的其他實施方式，這些其他實施方式可由對 本發(fā)明的實踐得知。
[0026] 本文中提及的鋁或鋁合金精煉劑的含義為本領(lǐng)域中的通常含義，指常規(guī)的精煉 劑。
[0027] 本文中提及的低煙組合物是指僅由KC1、MgCl2以及CaF2組成，且KC1和MgCl 2重 量比為約1:1的組合物。周知,本文中所述的KC1和MgCl2重量比為約1:1，是指二者的重 量比可存在領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的誤差，例如通常小于3%，優(yōu)選小于2%，更優(yōu)選小于1%的誤差。
[0028] 本文中提及的鋁或鋁合金精煉組合物是為了區(qū)別于常規(guī)精煉劑，指僅由上述低煙 組合物組成，或者包括約90?70wt%低煙組合物以及余量為常規(guī)精煉劑的一種用于錯或 鋁合金熔煉工藝中的精煉劑。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于鋁或鋁合金，尤其是鋁鎂合金或鋁鎂硅系 合金烙煉的精煉組合物。所述精煉組合物包括一種低煙組合物。該低煙組合物由重量比 為約1:1的KC1和MgCl 2以及CaF2組成，其中以所述低煙組合物的總重量計，CaF2的量為 35?50wt %，KC1和MgCl2組合的總量為65?50wt % ;優(yōu)選地，CaF2的量為40?50wt %， KC1和MgCl2組合的總量為60?50wt %。
[0030] 該低煙組合物中，針對熔劑的吸附作用，氯化鉀和氯化鎂的混合鹽比單獨一種鹽 的效果要好，而在此基礎(chǔ)上加入氟化物可進(jìn)一步增強其吸附能力。
[0031] 而提高氟化鈣含量，對溶解氧化鋁的能力也有所增加，特別對于溫度較高（例如 約750°C或更高）時，溶解作用明顯。另外，氟化鈣與氯化鎂會反應(yīng)生成氟化鎂（MgF 2)，氟 化鎂能進(jìn)一步提高本發(fā)明組合物的精煉能力。
[0032] 此外，KC1還起到調(diào)節(jié)粘度及稠度的作用，可使鋁液成米糊狀稠度。MgCl2與A1反 應(yīng)置換出Mg，產(chǎn)生氯化鋁以排氣；且在鋁鎂合金或鋁鎂硅系合金中Mg為合金成分，故可同 時減少Mg的投放量降低成本。CaF 2不僅有利于溶解氧化鋁并除氫，而且意外發(fā)現(xiàn)該成分能 令鋁合金切削性更好。
[0033] 該低煙組合物可單獨作為鋁精煉劑使用，特別適合于較高熔煉溫度的工藝中，可 基本上不產(chǎn)生黑煙，并達(dá)到常規(guī)精煉劑的同等效果。
[0034] 該低煙組合物也可與其它鋁精煉劑組合使用，起到減少黑煙的效果。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，采用本發(fā)明的精煉組合物熔煉鋁或鋁合金時，所加入的低煙組合物 的量以鋁或鋁合金重量計為〇. 15?0. 3wt%。具體用量與原料鋁/鋁合金中的雜質(zhì)含量以 及種類有關(guān)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)需要來確定具體用量。并可根據(jù)實際情況考慮選用 其他精煉劑，以達(dá)到更好的熔煉效果。
[0036] 下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但顯然本發(fā)明的范圍并不僅限于以下 實施例。
[0037] 實施例1 :
[0038] 將KCl、MgCl2、CaF2以重量百分比分別為32. 5%、32. 5%和35%的量在充分混合， 在電爐中加熱脫水，然后冷卻結(jié)晶，所得晶體即組合物1。
[0039] 實施例2 :
【權(quán)利要求】
1. 一種用于鋁或鋁合金熔煉的精煉組合物，包括一種低煙組合物，所述低煙組合物由 重量比為約1:1的KC1和MgCl 2以及CaF2組成，其中以所述低煙組合物的總重量計，KC1和 MgCl2的總量為65?50wt%，CaF2的量為35?50wt%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的精煉組合物，其中以所述低煙組合物的總重量計，KC1和 MgCl2的總量為60?50wt%，CaF2的量為40?50wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精煉組合物，其中所述精煉組合物由所述低煙組合物組 成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的精煉組合物，其中以所述精煉組合物的總重量計，含有 90?70wt %的所述低煙組合物和10?30wt %的鋁或鋁合金精煉劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的精煉組合物，其中以所述精煉組合物的總重量計，含有90? 80wt %的所述低煙組合物和10?20wt %的鋁或鋁合金精煉劑。
6. -種熔煉鋁或鋁合金的方法，包括在熔煉工藝中加入根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項 所述的精煉組合物，其中以錯或錯合金重量計，加入的低煙組合物的量為〇. 15?0. 3wt%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其中所述鋁合金為鋁鎂合金或鋁鎂硅系合金。
【文檔編號】C22C1/02GK104120293SQ201410263784
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】趙彤, 皮林 申請人:Smc(中國)有限公司, Smc（北京）制造有限公司, Smc株式會社