专利名称：铝或铝合金熔体净化处理用精炼熔剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及铝或铝合金熔体的净化处理，特别是涉及铝或铝合金熔体净化处理用精炼熔剂；该精炼熔剂适用于惰性气体作为载体的喷吹注入式铝或铝合金熔体净化处理。
背景技术：
铝或铝合金铸件的质量由熔体的净化程度决定。熔体净化的目标是尽可能地去除熔体中的气体和非金属夹杂，从而减少铸件中的疏松、气孔、夹杂等各种冶金缺陷，提高铸件的力学性能，或者为铸坯的后续加工创造条件。传统的熔体净化处理将除气过程和除渣过程截然分开，这种方法的净化能力有限。将多种熔体净化技术复合，可以大大提高铝合金熔体的净化能力。中国发明专利“铝及铝合金熔体复合净化方法”(授权公告号CN115U89C)及“铝及铝合金熔体复合净化装置”(授权公告号CN1U682C)采用三级泡沫陶瓷过滤+两级熔剂过滤+两级气体净化可以完全去除铝合金中10 μ m以上非金属夹杂、小于10 μ m非金属夹杂含量低于0.02%，氢气含量低于0.08ml/100gAl的水平。但是这种方法投入成本高、陶瓷过滤板需要经常更换。中国发明专利“一种液态铝合金净化装置”(授权公告号 CN1322154C)采用含气流挡板的气-熔剂混合器较好地解决了熔剂堵塞通气管道和精确控制熔剂用量的问题，但必须配合恰当的熔剂才可能达到较好的除气、除杂效率。炉外在线熔体净化处理是将精炼熔剂同惰性气体同时喷吹的炉外净化方法，该方法已成为铝合金行业关注和发展的重要方向。其中精炼熔剂主要是除去氧化铝夹杂，也可以兼有除气的功能；惰性气体主要作用是除气，也能够将熔剂吸附的非金属夹杂带到熔体表面，两者共同作用可以达到高效除气、除渣的目标。但这种方法对精炼熔剂提出了更高的要求1)熔剂不能堵塞喷吹机构的输送管道；2)熔剂进入熔体后要充分扩散，不能吸附和沉积在转子出口处降低气体和熔剂的流量，甚至堵塞出口 ；幻具有高效造干渣能力，不粘滞铝熔体，也不粘结于炉璧；4)熔剂同铝熔体即使有轻微反应，反应产物应随炉渣一并去除；5)应尽量减少KCl的用量，便于含铝熔渣的回收利用。近20余年来国内外研究开发了多种精炼熔剂，但尚不能充分满足熔剂-惰气共同喷吹方法对精炼熔剂的上述要求。中国发明专利“非钠系熔剂及利用其处理熔融铝合金的方法”(授权公告号 CN100564557C)主要成分为80-95% AlF3，熔剂中能够起到除渣功能的主要成分是KC1， 仅占2. 5-10%，因此这种熔剂虽然能够抑制熔剂在转子出口处的吸附与沉积，但其除气除杂(尤其除渣)效率有待进一步提高、改善。中国发明专利“一种新型精炼铝合金熔盐体系，，(公开号 CN101545059A)的基本成分为 30-60% CaCl2,30-60% NaCl、5_15% Na3AlF60 这种熔剂体系不使用KCl盐，便于熔渣的回收处理，但熔剂熔点高，且有堵孔倾向。中国发明专利“铝-铝合金精炼变质复合剂”(授权公开号CN1040775C)是由近10种化合物混合而成，主要含氯化物、氟化物、碳酸盐和SiO2等。但铝熔体同K2TiF6、KBF4的反应必然生成粘滞的K3AlF6和液态KAlF4，前者的粘滞性有堵孔倾向；5-10% SiO2的主要作用是造渣，同铝熔体反应生成硅及氧化铝，反应产物Si将溶于铝熔体中，导致铝及铝合金中硅含量增加，可能产生不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种铝或铝合金熔体净化效率高且适用于转子喷吹装置的精炼熔剂。本发明还提供上述铝或铝合金熔体净化处理用精炼熔剂的制备方法。本发明的目的通过如下技术方案实现一种铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，按质量百分比计，该精练剂原料配方是由以下组分构成的粉体混合物NaCl 25-35 %, KCl 25-35 %、Na3AlF6和/或 K3AlF615-25 Na2SO4 禾口 / 或 K2S044_10 CaCO3 禾口 / 或 Na2C033-10 REF3 禾口 / 或 RECl33-6% ；其中，NaCl与KCl的质量比为1 1 ;RE为稀土元素，RE为Ce或La。进一步地，所述Na3AlF6质量含量优选为8-25 %。所述K3AlF6质量含量优选为5-20 %。当RE为La时，LaF3质量含量优选为1%，LaCl3优选为1-5%。RE为Ce时，CeF3质量含量优选为2-6 %。铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂的制备方法将原料NaCl、KCl、Na3AlF3^ K3A1F3>Na2CO3>CaCO3>Na2SO4,K2SO4,LaF3>LaC 13>CeF3 的配方原料烘干，然后原料配方的组成， 按比例称取配比，将配比后的原料放入混合机内，在常温条件下混合30-50分钟，产物为白色粉状混合体，将白色粉状混合体产物置入烘烤箱内，在200-250°C下烘烤2-3小时，制得铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂。本发明以NaCl-KCl-Na3AlF6(K3AlF6)作为熔剂基础组分，降低熔剂的熔点，有效捕获非金属氧化物夹杂，其中NaCl KCl = 1 1，按质量百分比，(NaCl+KCl) 50-70% ； 含有溶解氧化铝的溶剂，冰晶石或者钾冰晶石，按质量百分比，Na3AlF6和/或 K3AlF6 10-25% ；含有同铝熔体具有高反应活性的Na2SO4或K2SO4，按质量百分比，Na2SO4 和/或1^04 4-10% ；含有主要发挥造渣功能的CaCO3或Na2CO3，按质量百分比，CaCO3和 /或Na2CO3 3-10% ；含有能还原细小尺寸非金属氧化物夹杂的稀土化合物(氯化物或氟化物)，按质量百分比，REF3(RECl3) 3-6% ο冰晶石和钾冰晶石具有较好的溶解氧化铝的效果，但冰晶石和钾冰晶石在熔融铝中容易形成大尺寸胶体团。这是目前行业内使用含有这两种组分的净化熔剂普遍遇到的问题。本发明采用能够同铝熔体反应产生较多热量的硫酸盐组分来克服这一问题。大尺寸胶体团形成后其流动性、扩散性将受到极大限制。本发明利用硫酸盐(硫酸钠、硫酸钾)同铝熔体反应生成的热量提高局部温度，有利于冰晶石溶解氧化铝，同时提高胶体的流动性；另一方面，本发明利用了反应式 12Na2S04+8Al (1) = 4A1203 (s)+12Na20 (s)+12S02 (g)+Q (1)，在熔融熔剂中生成SO2气体，有助于破坏大尺寸胶体团的形成，这样，众多小尺寸的冰晶石胶体分散于铝熔体中将提高冰晶石捕获氧化铝的能力。稀土溶解到铝熔体中，会造成熔体粘度提高的现象。因此，类似于以上冰晶石胶体团，还原出来的稀土只有在熔体中具有充分的扩散性，才可能同细小的氧化铝夹杂发生反应，充分捕获细小尺寸的氧化铝夹杂。同样地，本发明利用反应(1)产生的热量及反应产生的气体有助于充分发挥稀土组分的作用。相对于现有技术，本发明具有特点(1)本发明利用了硫酸盐同铝熔体反应放出的热量提升局部温度，促进冰晶石、钾冰晶石对氧化铝的溶解能力；促进冰晶石、钾冰晶石胶体流动性，提高捕获氧化铝夹杂的能力；促进高熔点组成成分的分解与反应。(2)本发明利用稀土化合物同铝熔体反应获的自由稀土元素原子，还原熔体中的氧化铝夹杂，尤其能够高效地去除小尺寸氧化铝夹杂。该组成成分同冰晶石。钾冰晶石一起，充分去除熔体中的氧化物夹杂。(3)通过组成中的硫酸盐同铝熔体反应、碳酸盐分解产生适量的非氢气体(反应式如下)。这些非氢气体在熔体中的浮游达到除去熔体中氢气的目的。12Na2S04+8Al (1) = 4A1203 (s) +12Na20 (s) +12S02 (g) +QCaCO3 = CaO (s) +CO2 (g)(4)从熔体净化的效果上看，采用本发明熔剂净化处理A356合金的中试实验表明，净化处理后铸态合金的延伸率可以达到甚至超过8%，而相关国家标准及美国标准，该合金铸态的延伸率的合格标准规定低至1_3%。从力性测试结果间接地表明该新型熔剂具有优异的熔剂净化处理能力。(5)稀土化合物同铝熔体反应能够析出自由的活性稀土原子，这些活性稀土原子具有还原氧化铝夹杂作用，是优异的除气、除杂有效成分。本发明将稀土化合物添加到溶剂中、并通过合理的熔剂组成、含量搭配，制备高效除气除杂、且适用于转子喷吹装置的熔剂。(6)熔剂熔点低，分散性和流动性优异，熔剂熔融后难以形成大尺寸团聚状胶体， 不堵塞钟罩孔或者喷吹机构的输送管口，并具有高效除渣、除气的能力；(7)本发明具有高效造干渣能力，不粘滞铝熔体，也不粘结于炉璧；(8)熔剂不仅能够溶解氧化铝，稀土元素还能够高效还原小尺寸非金属氧化物夹杂；(9)能够产生适量的浮游气体，有利于除气和将熔剂捕获的夹杂及熔剂-铝熔体的反应产物带出熔体并造渣。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。实施例A-H实施例A-H的铝或铝合金熔体净化处理用精炼熔剂配方组成以及比较例I-M的精炼熔剂配方组成如表1所示。制备铝或铝合金熔体净化处理用精炼熔剂时，先将表1配方中 NaCl、KCl、Na3AlF3、K3A1F3、Na2C03、CaCO3> Na2SO4, K2SO4, LaF3> LaCl3、CeF3 等原料烘干，然后按照表1中不同实施例原料配方的组成，按比例称取配比，将实施例配比后的原料放入混合机内，在常温条件下混合30-50分钟，产物为白色粉状混合体。将白色粉状混合体产物置入烘烤箱内，在200-250°C下烘烤2-3小时后可以使用。熔剂M是江西永特合金有限公司生产的市售铝合金用2#精练剂，X射线衍射分析表明其主要成分为 KC1、Na3AlF3、Na2SiF6, K2SiF6, C2Cl60
表1各熔剂的组成(质量％ )
权利要求
1.一种铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，其特征在于按质量百分比计，该精练剂原料配方是由以下组分构成的粉体混合物NaCl 25-35%, KCl 25-35%, Na3AlF6和/ 或 K3AlF615-25 Na2SO4 禾口 / 或 K2S044_10 CaCO3 禾口 / 或 Na2C033-10 REF3 和 / 或 RECl33-6% ；其中，NaCl与KCl的质量比为1 1 ;RE为稀土元素，RE为Ce或La。
2.根据权利要求1所述的铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，其特征在于所述 Na3AlF6质量含量为8-25 %。
3.根据权利要求1所述的铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，其特征在于所述K3AlF6 质量含量为5-20%。
4.根据权利要求1所述的铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，其特征在于RE为La 时，LaF3质量含量为1%，LaCl3为1_5%。
5.根据权利要求1所述的铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂，其特征在于RE为Ce 时，CeF3质量含量为2-6%。
6.权利要求1所述的铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂的制备方法，其特征在于将原料 NaCl、KCl、Na3AlF3、K3A1F3、Na2C03、CaCO3> Na2SO4, K2SO4、LaF3> LaCl3、CeF3 的配方原料烘干，然后原料配方的组成，按比例称取配比，将配比后的原料放入混合机内，在常温条件下混合30-50分钟，产物为白色粉状混合体，将白色粉状混合体产物置入烘烤箱内，在 200-250°C下烘烤2-3小时，制得铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂。
全文摘要
本发明公开了一种铝或铝合金熔体净化处理的精炼剂及其制备方法按质量百分比计，该精练剂原料配方是由以下组分构成的粉体混合物NaCl 25-35％、KCl 25-35％、Na3AlF6和/或K3AlF615-25％、Na2SO4和/或K2SO44-10％、CaCO3和/或Na2CO33-10％、REF3和/或RECl33-6％；其中，NaCl与KCl的质量比为1∶1；RE为Ce或La。精炼剂进入熔体后能够充分扩散，不吸附团聚，不堵孔；具有高效造干渣能力，不粘滞铝熔体；熔剂同铝熔体即使有轻微反应，反应产物能随炉渣一并去除；具有较高的除气、除渣效率。
文档编号C22C21/00GK102226239SQ20111015842
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者何健亭, 唐小龙, 彭继华, 李绍康, 范卫忠, 许德英, 陈学文 申请人:华南理工大学, 广州金邦有色合金有限公司