鋁合金無公害處理劑及配製方法
2024-04-06 05:16:05
專利名稱：鋁合金無公害處理劑及配製方法
技術領域：
本發明屬於冶金領域，涉及到一種新型的鋁合金無公害精煉變質一次處理劑。
鋁合金精煉變質劑是鋁合金熔煉必須使用的固態熔劑，它由多種鹽類的混合物組成。使用它的目的是排除鋁合金液中的氣體，主要是氫氣，並排除鋁合金液中的非金屬夾雜物;另外還要將合金的金相組織加以細化。前者稱為精煉，後者稱為變質。傳統的作法是用氯鹽(如C2Cl6)做精煉劑，用鈉鹽做變質劑。這樣作雖然能保證鋁鑄件的質量，但公害嚴重，使用氯鹽精煉劑時產生Cl2、HCl、HF、AlCl3等大量有毒氣體，操作時濃煙滾滾，嚴重腐蝕廠房設備，汙染環境，造成操作工人職業病，危害工人身體健康。我國於七十年代末開展了無公害精煉變質劑的研究工作，取得不少科研成果，出現了一批商品化的產品。比如以硝酸鈉、碳、碳酸鹽為主要成份的鋁矽合金無毒精煉變質綜合處理劑(參見《鑄工》雜誌1982年第1期第10～18頁);還有一種由NaCO3、KNO3、C、Mg粉等組成的處理劑以及隨後出現的以NaNO3、C為基的無公害精煉劑和以Na2CO3Mg粉為基的無公害變質劑。上述處理劑在使用中雖然減少了使用C2Cl6時的公害，但對合金有加氣作用，精煉效果差，對於一些必需按國標或航標檢驗質量的鋁鑄件不能適用。
蘇聯專利SU-981411提出了一種精煉變質一次處理劑，採用C2Cl6、NaCl、KCl和NaF、KBF4、K2TiF6等組元作為鋁合金的精煉變質一次處理劑。但該專利含有10-25%的C2Cl6，操作過程仍然產生HCl、Cl2、等有毒氣體，沒有解決無公害問題，此外，該專利中含有K2TiF6、KBF4這樣的昂貴材料，成本高。
本發明的目的是提供一種新型的鋁合金無公害精煉變質一次處理劑，它不但能保證精煉變質效果，適於生產符合國標、航標規定的高質量鋁鑄件，而且能消除公害，達到基本上無煙、無味、無塵的理想效果，同時還能降低成本，減少合金熔耗。
本發明是這樣實現的由包括KCl、NaCl、和NaF的多種鹽類組成混合物，其特點是，混合物中包含Na2SiF6、BaSO4和MgCO3，各種鹽類的重量百分比範圍是Na2SiF61～4，NaCl 30～50，KCl8～15，NaF10～20，BaSO45～15，MgCO310～30，其中，精煉作用由發氣組元和助熔劑組元，即MgCO3、Na2SiF6、BaSO4和NaCl、KCl、NaF、Na2SiF6分別形成氣體的和熔劑的精煉來實現的，從而實現了本發明所追求的無公害精煉效果，需要指出的是MgCO3是固態無毒發氣劑，它和BaSO4是迄今為止在國內外所使用的精煉、變質劑中尚未採用過的發氣組元，並且價格低廉，但卻具有高效精煉的能力，由於MgCO3、BaSO4和浸潤角極小的組合鹽均勻地混合在一起，在690-730℃的鋁液中，又受到微量AlF3、HF、SO3、SiF4等非氧化氣體的保護，此時就產生了氣體-熔劑混合精煉的作用，既能除去溶解於鋁液中的氫和其他氣體，又由於MgCO3與鋁液作用產生的氣泡上浮時能自動吸附夾雜，同時NaCl、KCl、Na2SiF6的組合鹽能在鋁液中滲入氧化膜並將氧化膜擠碎推入熔劑中，所以不但提高了熔劑對夾雜的排除能力，而且使生成的渣易於與鋁液分離，減少了鋁液的熔耗。上述的非氧化性氣泡是鋁合金精煉劑理論研究和實踐中長期探索的問題，本發明找到了這種非氧化性氣泡產生的機理和實現了它，所以才能用本發明的精煉組元取代當今公認的C2Cl6這種最佳精煉劑，經試驗證實氣體-熔劑精煉作用如下
本發明中的BaSO4和NaF、Na2SiF6、是產生變質元素Ba和Na的組元，它們起著細化合金組織的變質作用，並且由於Ba元素的長效變質作用，可使本發明變質有效時間長達2小時，經金相試驗觀察，變質時間延長到3小時仍能保持極好的變質組織。經多次驗證，Ba和Na元素的變質反應如下
如果希望加快精煉變質過程，可以加入增強發熱組元NaNO3和C(石墨粉)它們的重量百分比(%)分別為1-3，0.1-0.3。使用本發明對鋁合金進行精煉變質一次處理與國內商品化的瀋陽鑄造研究所研製的精煉變質一次處理劑以及蘇聯專利SU-981411提供的精煉變質一次處理劑比較，具有明顯的優點和滿意的效果由於本發明不採用C2Cl6而採用了MgCO3和BaSO4組元，根本克服了精煉變質過程中濃煙滾滾，有刺激性氣味和有塵塊的弊病，使用本發明，現場已可不用局部抽風，熔化工作環境得到根本改善，用C2Cl6等處理劑的原工藝時，工人常患的胸痛、咯血、咽喉腫塊等職業病，現在已消除。經北京市環保研究所、上海市黃浦、盧灣、徐匯區等衛生防疫站及西安市衛生防疫站在不同地區的相同條件下，對爐氣毒性進行了測定，結果均明顯低於國家規定的車間衛生標準TJ36-79，所以本發明對保護工人身體健康，消除廠房設備腐蝕以及環境汙染有顯著作用。另外本發明不採用昂貴組份如K2TiF6、KBF4等，所以使用本發明的成本明顯降低，現在每公斤價格只相當於使用C2Cl6和三元變質劑的20%，據預算即使商品化後也只相當於原來的60%。本發明所選組份還具有較好的造渣能力，所以鋁液易於與渣分離，合金熔耗量與國內同類產品比較是最少的。
配製鋁合金無公害精煉變質一次處理劑的方法是將NaCl、KClNaF、BaSO4、Na2SiF6、按重量的百分比均勻混合，置於低於500℃氣氛下烘烤不少於4小時，將MgCO3按比例稱量，置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時，將經烘烤的上述物質置於有密閉蓋的混合機中充分混合，一般可以混合30分鐘左右，然後置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時。配製過程中應注意保持設備的乾燥和清潔，處理劑的含水量應小於0.07%，貯存時應注意防止潮解，有專用熔劑烘箱的最好貯存在烘箱內。
配製含有NaNO3和石墨粉(C)的鋁合金無公害精煉變質一次處理劑的方法，將石墨粉(C)與NaCl、KCl、NaF、BaSO4Na2SiF6按組成重量百分比稱出並均勻混合，置於低於500℃氣氛下烘烤不少於4小時，將NaNO3與MgCO3按比例稱量並均勻混合，置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時，將從上述步驟中得到的物質置於有密閉蓋的混合機中充分混合，再置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時。上述配製方法中所提到的原材料的純度使用工業純即可。
鋁合金無公害精煉變質一次處理劑的使用方法，把被處理的鋁合金加熱到690～730℃，將佔合金重量0.8～2.5%的處理劑均勻置於鋁合金液面，用人工或機械攪拌裝置攪拌不少於6分鐘，使處理劑與鋁合金液充分接觸即可。向鋁合金液中加入處理劑並進行攪拌後可以靜止一段時間再進行澆鑄，靜止時間不大於5分鐘即可。如果靜止時間延長，則精煉效果更好。
為了保證鋁鑄件的質量，可以做如下的爐前檢驗，首先測定本發明處理劑的含水量，應小於0.07%，如因潮解不符合要求時應進行烘乾處理，烘乾溫度低於250℃;對用本發明處理劑處理的鋁液，可做減壓凝固試驗，在80公斤鋁液(鋁合金液)中取樣，用鋁液測氣裝置測定其抗真空度應小於等於35乇。
使用本發明的處理劑，對80公斤熔重的鋁合金作一次處理即可完成精煉和變質兩道工序，當合金的熔重在125～250公斤時，就要進行補充精變處理。經本發明處理劑處理的鋁合金鑄件，其針孔度按航標檢驗可達1～2級。
本發明的實施例可進一步說明它的優點和效果。
實施例1用NaCl37%+KCl15%+Na2SiF63%+NaF12%+BaSO410%+MgCO323%為組份的配製好的精煉變質一次處理劑，處理ZL104，具體操作及效果如下將ZL104回爐料和澆冒口(50+30)公斤料，不經清理預熱就置於80公斤電阻坩堝爐中，送電加熱使鋁液升溫至730℃時，取本發明為爐料重的1.6%用帶小孔的盒形鐘罩將其壓入鋁液中，在爐低緩慢移動鐘罩，同時抖動或移動，使熔劑與鋁液充分接觸，經7-9分鐘，扒去部分浮渣，靜止4-5分鐘，立即澆鑄。可以看到在加入熔劑後，3-5分鐘內有大量氣泡不斷逸出鋁液，隨後氣泡減少，液面產生極小的明火，用眼睛觀察鋁液上方，不見任何有色氣體，也不見任何煙、塵由液面逸出，用手扇動鋁液上方的熱氣流嗅聞，沒有刺激性氣味。澆鑄的零件以及80×80mm的方試樣進行了低倍和機械性能檢驗，結果100%符合HB5210-82的針孔1-2級要求，機械性能也符合航標規定。此熔劑還可用來處理ZL101，ZL105，ZL201，ZL301等，根據不同材料適當稱取熔劑用量。
實施例2用NaCl40%+KCl12%+Na2SiF64%+NaF10%+BaSO413%+MgCO320%+NaNO30.8%+C0.2%為組份的精煉變質一次處理劑，對2L101鋁合金熔液進行處理，具體操作及效果如下將爐料裝入70公斤電阻坩堝爐後，送電加熱使鋁液升溫至690-710℃時，稱取爐料重1.12%的熔劑，均勻撒入合金液面，然後用鐘罩將熔劑壓入合金液面距坩堝底約100-150毫米深處，緩慢地上下左右移動，經7-9分鐘，扒去部分浮渣，靜止3-5分鐘，立即澆鑄。在整個操作過程中現場無煙、無塵、無刺激性氣味;用減壓凝固裝置爐前分析合金液中含氣量，與用C2Cl6時結果相當，觀察金屬型試棒斷口，比用C2Cl6精煉後的試棒斷口晶粒細，無夾雜。
試驗表明，本發明的處理劑對鋁合金化學成份的影響比用C2Cl6精煉劑和三元變質劑處理時更小，合金中的Mg和Fe在處理前後基本無變化。
附表給出用本發明處理劑處理ZL101鋁合金後相應試樣的綜合性能。
權利要求
1.鋁合金無公害精煉變質一次處理劑，由包括KCl、NaCl和NaF的多種鹽類組成，其特徵在於，還包括Na2SiF6、BaSO4和MgCO3，其重量百分比範圍是Na2SiF61～4， NaCl 30～50，KCl 8～15， NaF 10～20，BaSO45～15， MgCO310～30。
2.根據權利要求1所述的處理劑，其特徵在於含有NaNO3和石墨粉(C)，其重量百分比範圍是NaNO31～3，石墨粉(C)0.1～0.3。
3.配製鋁合金無公害精煉變質一次處理劑的方法，其特徵在於，(1)、將NaCl、KCl、NaF、BaSO4、Na2SiF6、按組成重量百分比均勻混合，在低於500℃氣氛下烘烤不少於4小時，(2)、將MgCO3按比例稱量，在低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時，(3)、將步驟(1)和(2)所說的物質置於有密閉蓋的混合機中充分混合，再置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時。
4.配製含有NaNO3和石墨粉(C)的鋁合金無公害精煉變質一次處理劑的方法，其特徵在於，(1)、將石墨粉(C)與NaCl、KCl、NaF、BaSO4、Na2SiF6按組成重量百分比均勻混合，置於低於500℃氣氛下烘烤不少於4小時，(2)、將NaNO3與MgCO3按比例稱量並均勻混合，置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時，(3)、將步驟(1)和(2)所說的物質置於有密閉蓋的混合機中充分混合，再置於低於250℃氣氛下烘烤不少於4小時。
5.鋁合金無公害精煉變質，一次處理劑的使用方法，把被處理的鋁合金加熱到690～730℃，其特徵在於，(1)、將佔合金重量0.8～2.5%的處理劑均勻置於鋁合金液面，(2)、用人工或機械攪拌裝置攪拌不少於6分鐘，使處理劑與鋁合金液充分接觸。
6.根據權利要求5所述的使用方法，其特徵在於，向鋁合金液中加入處理劑並進行攪拌後靜止一段時間再進行澆鑄，靜止時間不大於5分鐘。
全文摘要
一種鋁合金無公害精煉變質一次處理劑，解決了傳統鋁合金精煉變質一次處理劑使用時長期未能克服的產生有毒氣體、煙塵和刺激性氣味的弊病，本發明採用多種鹽類的組分混合而成，成本低廉，有效變質時間長，能一次完成對鋁合金的精煉變質處理，經本發明處理的鋁合金針孔度及機械性能很好地符合航標和國標。
文檔編號C22C21/04GK1034395SQ8810018
公開日1989年8月2日 申請日期1988年1月22日 優先權日1988年1月22日
發明者吳榮生 申請人:航空工業部第六三三研究所