去除铝合金中硅元素的方法

专利名称：去除铝合金中硅元素的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料技术领域的去除杂质的方法，具体是一种去除铝合 金中硅元素的方法。
背景技术：
由于铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列优 点，因此广泛用于交通运输、电子、桥梁、装饰等行业，用途用量居有色金属材 料之冠。而随着铝合金应用的不断扩展，对其纯净度的要求越来越高。硅在大多 数变形铝合金中是主要的杂质元素，主要由配制变形铝合金的原材料(原铝等) 引入，另外，在铝合金熔炼过程中与耐火材料的接触也会造成硅的污染。而这些 引入到变形铝合金体系中的硅元素常与杂质铁元素及其他合金元素生成 AlFeMnSi、 Mg2Si以及(Fe2Cr)3SiAL等一些硬脆相。这些与a-Al有着不同的弹 性模量、膨胀系数的硬脆相，在受力情形下经常发生脆断，成为材料裂纹源，显 著降低加工制品的塑性、变形能力、疲劳寿命和断裂韧性。目前，工业上主要通 过偏析法或三层液法来生产纯度较高的精铝和高纯铝，该方法虽然能去除原铝中 的硅，但同时也会去除其他大部分微量元素，并且生产效率低，成本高。
对现有技术文献进行检索发现
日本学者Nagao， M等发表了《Removal of impurity silicon from molten aluminum alloy with compound method》 (Journal of Japan Institute of Light Metals (Japan). Vol. 46, no. 11， pp. 588 591. Nov. 1996)，文中做了如 下阐述通过在硅浓度分别为5%和10%的铝熔体中加入3%的Ca元素能形成Ca2Si 和CaSi2A^化合物，过滤去除含硅化合物可达到净化目的，去除效率大概可达到 50%左右。但是该方法只适用于原始硅浓度很高的铝熔体，对于原始硅浓度低于 lwty。的铝熔体，添加Ca元素很难形成含硅的化合物；
中国发明专利申请公开文件CN101086042A (
公开日2007.12.12)公开了 一种铝合金中杂质元素硅的去除方法，该方法具体为通过在铝合金熔体中加入含钛物质，反应生成Ti(AlhSi丄或钛硅化合物捕获固溶铝合金熔体中的硅元素， 然后通过净化工艺去除富硅化合物，达到去除杂质元素硅的目的。该方法可有效 去除铝熔体中杂质硅元素，但由于Ti元素在铝熔体中存在一定溶解度，因此会 在净化处理后熔体中引入Ti元素，较小范围内改变合金成分。 发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种去除铝合金中硅元素的方 法。本发明的方法使用方便，操作工艺简单，可有效去除铝合金中低浓度的杂质 元素硅，且不会造成合金元素含量的变化或带来其他有害杂质。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涉及一种去除铝合金中硅元素的方法，包括如下步骤 步骤一，将铝合金浇注成自耗电极棒； 步骤二，将自耗电极棒放入电渣炉内； 步骤三，加入渣料，进行电渣重熔；步骤四，熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金； 其中，所述渣料为下列组合物中的一种 5 30%MgF2+30 40%KCl+30 60%MgCl2， 5 30%MgF2+30 40%KCl+30 60%NaCl ， 100%Na3AlF6，10 30%Na3AlFB+30 40%KCl+30 60%NaCl， 10 30%Na3AlF6+30 40%KCl+30 60%MgCl2， 5 30%CaF2+30 40%KCl+30 60%CaCl2， 和5 30°/。CaF2+30 40%KCl+30 60%NaCl; 所述组合物中的百分数均为重量百分数。 所述加入渣料的重量为自耗电极棒重量的5 15%。 所述电渣重熔，造渣时的电压为40 65V，电流为300 1000A。 所述电渣重熔，重熔自耗电极时，向结晶器中通入氩气。 所述电渣重熔，重熔自耗电极时，电流控制在300 1000A。 所述冷却的时间为10 40分钟。利用本发明的方法，在铝合金(自耗电极)熔化后，铝熔体中的杂质硅元素与电渣液中的熔剂发生物理化学反应生成SiF4气体溢出，从而达到净化铝合金中 杂质硅元素的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果本发明通过采用合适的渣系 对Si含量低于^1%铝合金进行电渣重熔，可使铝合金中的硅含量降低30% 50%， 实现铝熔体中硅元素的有效去除，所用电渣来源广泛、价格低廉，整个净化过程 操作工艺简便，不会带来其他有害杂质元素，也不会造成合金元素含量的变化。


图l为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。除非特别说明，以下实施例中的百分数为重量百分数。
实施例1
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①70mra，重量12千克；引 弧剂为碳电极15g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加 入渣料，进行电渣重熔，电压为40V，电流为300 400A;重熔自耗电极时，向 结晶器中通入氩气，电流控制在300A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝 合金，所选用的电渣渣料为Na3AlF6，加入量为自耗电极重量的15%，为1. 8千克。
本实例中，含硅量0. 33%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 17%。
实施例2
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为062隱，重量ll千克；引 弧剂为碳电极12g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加 入渣料，进行电渣重熔，电压为40V，电流为500 550A;重熔自耗电极时，向 结品器中通入氩气，电流控制在1000A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝 合金，所选用的电渣渣料为30%MgF2+30%KCl+40%MgCl2,加入量为自耗电极重量 的5%，为0. 55千克。
本实例中，含硅量0. 20%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 12%。
实施例3
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为O60mm，重量10千克；引弧剂为碳电极12g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加 入渣料，进行电渣重熔，电压为45V，电流为500 600A;重熔自耗电极时，向 结晶器中通入氩气，电流控制在600A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝 合金，所选用的电渣渣料为30%MgF2+40%KCl+30%MgCl2，加入量为自耗电极重量 的5%，为0.5千克。本实例中，含硅量0. 22%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 11%。实施例4将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①60mra，重量10千克；引 弧剂为碳电极10g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加 入渣料，进行电渣重熔，电压为45V，电流为500 600A;熔炼完成后，切断电 源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为5%MgF2+35%KCl+60%MgCl2，加入量 为自耗电极重量的8%，为0.8千克。本实例中，含硅量0. 17%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 10%。实施例5将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①40mrn，重量8千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为l: 1，共10g;结晶器内径尺寸为IOO腿； 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为65V，电流为700 800A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 30%MgF2+40%KCl+30%NaCl，加入量为自耗电极重量的10%，为0. 8千克。本实例中，含硅量0. 28%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 16%。实施例6将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①45mm，重量9千克；引 弧剂为CaR与Ti02的混合物，配比为1: 1，共9g;结晶器内径尺寸为100mm; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为60V，电流为600 750A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 10%MgF2+30%KCl+60%NaCl，加入量为自耗电极重量的9%，为0. 81千克。本实例中，含硅量0. 25%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 13%。实施例7将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为050rnrn，重量ll千克；引弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为l: 1，共12g;结晶器内径尺寸为lOOmra; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为60V，电流为700 800A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 5%MgF2+40%KCl+55%NaCl，加入量为自耗电极重量的10%，为1. 1千克。
本实例中，含硅量0. 17%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 09%。
实施例8
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①65mm，重量20千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为1: 1.5，共20g;结晶器内径尺寸为lOOmra; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为40V，电流为950 1000A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 10%Na3AlF6+30%KCl+60%NaCl，加入量为自耗电极重量的10%，为2千克。
本实例中，含硅量0. 15%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 08%。
实施例9
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为①60mm，重量12千克；引 弧剂为CaR与Ti02的混合物，配比为1: 1. 5，共llg;结晶器内径尺寸为100mm; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为45V，电流为600 700A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 25%Na3AlF6+30%KCl+45%NaCl，加入量为自耗电极重量的10%，为1.2千克。
本实例中，含硅量0. 26%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 13%。
实施例10
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为060rnrn，重量16千克；
引弧剂为Ca&与Ti02的混合物，配比为1: 1.5，共12g;结晶器内径尺寸 为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为40V， 电流为800 900A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣 渣料为30%Na3AlF6+40%KCl+30%NaCl，加入量为自耗电极重量的10%，为1. 6千克。
本实例中，含硅量0. 13%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 07%。
实施例11
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为070rnrn，重量15千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为l: 2，共18g;结晶器内径尺寸为100rara;将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为50V，电流为500 600A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为30%Na3AlF6+ 40%KCl+30%MgCl2，加入量为自耗电极重量的8%，为1.2千克。本实例中，含硅量0. 80%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 52%。实施例12将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为070rnrn，重量20千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为l: 2，共12g;结晶器内径尺寸为lOOmm; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为60V，电流为700 800A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为10%Na3AlF6+ 30%KCl+60%MgCl2，加入量为自耗电极重量的8%，为1. 6千克。本实例中，含硅量0. 51%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 34%。实施例13将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为060mra，重量12千克； 引弧剂为CaR与Ti02的混合物，配比为1: 2，共10g;结晶器内径尺寸为 100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为65V， 电流为500 600A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣 渣料为20%Na3AlF6+ 40%KCl+40%MgCl2，加入量为自耗电极重量的8%，为0. 96千 克。本实例中，含硅量0. 11%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 05%。 实施例14将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为070rnrn，重量13千克；引 弧剂为CaF2与Ti(X,的混合物，配比为l: 2，共15g;结晶器内径尺寸为100mm; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为45V，电流为400 500A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 30%CaF2+40%KCl+30%CaCl2，加入量为自耗电极重量的10%，为1. 3千克。本实例中，含硅量0. 52%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 31%。实施例15将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为050mrn，重量15千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为l: 2，共12g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为45V，电流为500 600A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为
5%CaF2+35°/。KCl+60%CaCl2，加入量为自耗电极重量的10%，为1. 5千克。 本实例中，含硅量0. 34%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 18%。 实施例16
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为055rnm，重量16千克；引 弧剂为CaF2与Ti02的混合物，配比为1: 2，共15g;结晶器内径尺寸为100mm; 将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为60V,电流为700 800A;熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为 20%CaF2+30%KCl+50%CaCl2，加入量为自耗电极重量的8%，为1.3千克。
本实例中，含硅量0. 22%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 12%。
实施例17
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为064mrn，重量12千克；引 弧剂为碳电极,共13g;结晶器内径尺寸为lOOmm;将自耗电极棒放入电渣炉内， 加入渣料，进行电渣重熔，电压为50V，电流为500 600A;熔炼完成后，切断 电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为30%CaF2+40%KCl+30%NaCl，加入 量为自耗电极重量的8%，为0.96千克。
本实例中，含硅量0. 24%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 13%。
实施例18
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为060ram，重量15千克；引 弧剂为碳电极,共10g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内， 加入渣料，进行电渣重熔，电压为60V，电流为600 700A;熔炼完成后，切断 电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为5%CaF2+35%KCl+60%NaCl，加入 量为自耗电极重量的10%，为1.5千克。
本实例中，含硅量0. 14%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 09%。
实施例19
将铝合金浇注成自耗电极棒，铝合金电极尺寸为0>50画，重量12千克；引 弧剂为碳电极,共14g;结晶器内径尺寸为100mm;将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔，电压为50V，电流为600 700A;熔炼完成后，切断 电源，冷却，得到铝合金，所选用的电渣渣料为20%CaF2+30%KCl+50%NaCl，加入 量为自耗电极重量的9%，为1.1千克。本实例中，含硅量0. 23%的铝合金精炼后含硅量降低到0. 13%。
权利要求
1、一种去除铝合金中硅元素的方法，其特征在于，步骤一，将铝合金浇注成自耗电极棒；步骤二，将自耗电极棒放入电渣炉内；步骤三，加入渣料，进行电渣重熔；步骤四，熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金；其中，所述渣料为下列组合物中的一种5～30％MgF2+30～40％KCl+30～60％MgCl2，5～30％MgF2+30～40％KCl+30～60％NaCl，100％Na3AlF6，10～30％Na3AlF6+30～40％KCl+30～60％NaCl，10～30％Na3AlF6+30～40％KCl+30～60％MgCl2，5～30％CaF2+30～40％KCl+30～60％CaCl2，和5～30％CaF2+30～40％KCl+30～60％NaCl；所述组合物中的百分数均为重量百分数。
2、 根据权利要求1所述的去除铝合金中硅元素的方法，其特征是，所述加 入渣料的重量为自耗电极棒重量的5 15%。
3、 根据权利要求1所述的去除铝合金中硅元素的方法，其特征是，所述电 渣重熔，造渣时的电压为40 65V，电流为300 1000A。
4、 根据权利要求1所述的去除铝合金中硅元素的方法，其特征是，所述电 渣重熔，重熔自耗电极时，向结晶器中通入氩气。
5、 根据权利要求1所述的去除铝合金中硅元素的方法，其特征是，所述电 渣重熔，重熔自耗电极时，电流控制在300 1000A。
6、 根据权利要求1所述的去除铝合金中硅元素的方法，其特征是，所述冷 却的时间为10 40分钟。
全文摘要
一种金属材料技术领域的去除铝合金中硅元素的方法，包括如下步骤将铝合金浇注成自耗电极棒，将自耗电极棒放入电渣炉内，加入渣料，进行电渣重熔；熔炼完成后，切断电源，冷却，得到铝合金，所述渣料为下列组合物中的一种，所述组合物中的百分数均为重量百分数5～30％MgF₂+30～40％KCl+30～60％MgCl₂，5～30％MgF₂+30～40％KCl+30～60％NaCl，100％Na₃AlF₆，10～30％Na₃AlF₆+30～40％KCl+30～60％NaCl，10～30％Na₃AlF₆+30～40％KCl+30～60％MgCl₂，5～30％CaF₂+30～40％KCl+30～60％CaCl₂，和5～30％CaF₂+30～40％KCl+30～60％NaCl。本发明的方法简单，可有效去除铝合金中低浓度的杂质元素硅，且不会引进新的杂质。
文档编号C22C1/06GK101619403SQ20091005521
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者孙宝德, 俊 王, 达 疏, 祝国梁, 冲 陈 申请人:上海交通大学