去除鋁合金中硅元素的方法

專利名稱：去除鋁合金中硅元素的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料技術領域的去除雜質的方法，具體是一種去除鋁合 金中硅元素的方法。
背景技術：
由于鋁合金具有密度小、比強度高、耐蝕性和成型性好、成本低等一系列優 點，因此廣泛用于交通運輸、電子、橋梁、裝飾等行業，用途用量居有色金屬材 料之冠。而隨著鋁合金應用的不斷擴展，對其純凈度的要求越來越高。硅在大多 數變形鋁合金中是主要的雜質元素，主要由配制變形鋁合金的原材料(原鋁等) 引入，另外，在鋁合金熔煉過程中與耐火材料的接觸也會造成硅的污染。而這些 引入到變形鋁合金體系中的硅元素常與雜質鐵元素及其他合金元素生成 AlFeMnSi、 Mg2Si以及(Fe2Cr)3SiAL等一些硬脆相。這些與a-Al有著不同的彈 性模量、膨脹系數的硬脆相，在受力情形下經常發生脆斷，成為材料裂紋源，顯 著降低加工制品的塑性、變形能力、疲勞壽命和斷裂韌性。目前，工業上主要通 過偏析法或三層液法來生產純度較高的精鋁和高純鋁，該方法雖然能去除原鋁中 的硅，但同時也會去除其他大部分微量元素，并且生產效率低，成本高。
對現有技術文獻進行檢索發現
日本學者Nagao， M等發表了《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 下闡述通過在硅濃度分別為5%和10%的鋁熔體中加入3%的Ca元素能形成Ca2Si 和CaSi2A^化合物，過濾去除含硅化合物可達到凈化目的，去除效率大概可達到 50%左右。但是該方法只適用于原始硅濃度很高的鋁熔體，對于原始硅濃度低于 lwty。的鋁熔體，添加Ca元素很難形成含硅的化合物；
中國發明專利申請公開文件CN101086042A (
公開日2007.12.12)公開了 一種鋁合金中雜質元素硅的去除方法，該方法具體為通過在鋁合金熔體中加入含鈦物質，反應生成Ti(AlhSi丄或鈦硅化合物捕獲固溶鋁合金熔體中的硅元素， 然后通過凈化工藝去除富硅化合物，達到去除雜質元素硅的目的。該方法可有效 去除鋁熔體中雜質硅元素，但由于Ti元素在鋁熔體中存在一定溶解度，因此會 在凈化處理后熔體中引入Ti元素，較小范圍內改變合金成分。 發明內容本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種去除鋁合金中硅元素的方 法。本發明的方法使用方便，操作工藝簡單，可有效去除鋁合金中低濃度的雜質 元素硅，且不會造成合金元素含量的變化或帶來其他有害雜質。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明涉及一種去除鋁合金中硅元素的方法，包括如下步驟 步驟一，將鋁合金澆注成自耗電極棒； 步驟二，將自耗電極棒放入電渣爐內； 步驟三，加入渣料，進行電渣重熔；步驟四，熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金； 其中，所述渣料為下列組合物中的一種 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; 所述組合物中的百分數均為重量百分數。 所述加入渣料的重量為自耗電極棒重量的5 15%。 所述電渣重熔，造渣時的電壓為40 65V，電流為300 1000A。 所述電渣重熔，重熔自耗電極時，向結晶器中通入氬氣。 所述電渣重熔，重熔自耗電極時，電流控制在300 1000A。 所述冷卻的時間為10 40分鐘。利用本發明的方法，在鋁合金(自耗電極)熔化后，鋁熔體中的雜質硅元素與電渣液中的熔劑發生物理化學反應生成SiF4氣體溢出，從而達到凈化鋁合金中 雜質硅元素的目的。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果本發明通過采用合適的渣系 對Si含量低于^1%鋁合金進行電渣重熔，可使鋁合金中的硅含量降低30% 50%， 實現鋁熔體中硅元素的有效去除，所用電渣來源廣泛、價格低廉，整個凈化過程 操作工藝簡便，不會帶來其他有害雜質元素，也不會造成合金元素含量的變化。


圖l為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下 進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限 于下述的實施例。除非特別說明，以下實施例中的百分數為重量百分數。
實施例1
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①70mra，重量12千克；引 弧劑為碳電極15g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加 入渣料，進行電渣重熔，電壓為40V，電流為300 400A;重熔自耗電極時，向 結晶器中通入氬氣，電流控制在300A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁 合金，所選用的電渣渣料為Na3AlF6，加入量為自耗電極重量的15%，為1. 8千克。
本實例中，含硅量0. 33%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 17%。
實施例2
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為062隱，重量ll千克；引 弧劑為碳電極12g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加 入渣料，進行電渣重熔，電壓為40V，電流為500 550A;重熔自耗電極時，向 結品器中通入氬氣，電流控制在1000A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁 合金，所選用的電渣渣料為30%MgF2+30%KCl+40%MgCl2,加入量為自耗電極重量 的5%，為0. 55千克。
本實例中，含硅量0. 20%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 12%。
實施例3
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為O60mm，重量10千克；引弧劑為碳電極12g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加 入渣料，進行電渣重熔，電壓為45V，電流為500 600A;重熔自耗電極時，向 結晶器中通入氬氣，電流控制在600A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁 合金，所選用的電渣渣料為30%MgF2+40%KCl+30%MgCl2，加入量為自耗電極重量 的5%，為0.5千克。本實例中，含硅量0. 22%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 11%。實施例4將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①60mra，重量10千克；引 弧劑為碳電極10g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加 入渣料，進行電渣重熔，電壓為45V，電流為500 600A;熔煉完成后，切斷電 源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為5%MgF2+35%KCl+60%MgCl2，加入量 為自耗電極重量的8%，為0.8千克。本實例中，含硅量0. 17%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 10%。實施例5將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①40mrn，重量8千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為l: 1，共10g;結晶器內徑尺寸為IOO腿； 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為65V，電流為700 800A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 30%MgF2+40%KCl+30%NaCl，加入量為自耗電極重量的10%，為0. 8千克。本實例中，含硅量0. 28%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 16%。實施例6將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①45mm，重量9千克；引 弧劑為CaR與Ti02的混合物，配比為1: 1，共9g;結晶器內徑尺寸為100mm; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為60V，電流為600 750A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 10%MgF2+30%KCl+60%NaCl，加入量為自耗電極重量的9%，為0. 81千克。本實例中，含硅量0. 25%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 13%。實施例7將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為050rnrn，重量ll千克；引弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為l: 1，共12g;結晶器內徑尺寸為lOOmra; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為60V，電流為700 800A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 5%MgF2+40%KCl+55%NaCl，加入量為自耗電極重量的10%，為1. 1千克。
本實例中，含硅量0. 17%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 09%。
實施例8
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①65mm，重量20千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為1: 1.5，共20g;結晶器內徑尺寸為lOOmra; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為40V，電流為950 1000A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 10%Na3AlF6+30%KCl+60%NaCl，加入量為自耗電極重量的10%，為2千克。
本實例中，含硅量0. 15%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 08%。
實施例9
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為①60mm，重量12千克；引 弧劑為CaR與Ti02的混合物，配比為1: 1. 5，共llg;結晶器內徑尺寸為100mm; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為45V，電流為600 700A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 25%Na3AlF6+30%KCl+45%NaCl，加入量為自耗電極重量的10%，為1.2千克。
本實例中，含硅量0. 26%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 13%。
實施例10
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為060rnrn，重量16千克；
引弧劑為Ca&與Ti02的混合物，配比為1: 1.5，共12g;結晶器內徑尺寸 為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為40V， 電流為800 900A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣 渣料為30%Na3AlF6+40%KCl+30%NaCl，加入量為自耗電極重量的10%，為1. 6千克。
本實例中，含硅量0. 13%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 07%。
實施例11
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為070rnrn，重量15千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為l: 2，共18g;結晶器內徑尺寸為100rara;將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為50V，電流為500 600A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為30%Na3AlF6+ 40%KCl+30%MgCl2，加入量為自耗電極重量的8%，為1.2千克。本實例中，含硅量0. 80%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 52%。實施例12將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為070rnrn，重量20千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為l: 2，共12g;結晶器內徑尺寸為lOOmm; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為60V，電流為700 800A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為10%Na3AlF6+ 30%KCl+60%MgCl2，加入量為自耗電極重量的8%，為1. 6千克。本實例中，含硅量0. 51%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 34%。實施例13將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為060mra，重量12千克； 引弧劑為CaR與Ti02的混合物，配比為1: 2，共10g;結晶器內徑尺寸為 100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為65V， 電流為500 600A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣 渣料為20%Na3AlF6+ 40%KCl+40%MgCl2，加入量為自耗電極重量的8%，為0. 96千 克。本實例中，含硅量0. 11%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 05%。 實施例14將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為070rnrn，重量13千克；引 弧劑為CaF2與Ti(X,的混合物，配比為l: 2，共15g;結晶器內徑尺寸為100mm; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為45V，電流為400 500A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 30%CaF2+40%KCl+30%CaCl2，加入量為自耗電極重量的10%，為1. 3千克。本實例中，含硅量0. 52%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 31%。實施例15將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為050mrn，重量15千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為l: 2，共12g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為45V，電流為500 600A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為
5%CaF2+35°/。KCl+60%CaCl2，加入量為自耗電極重量的10%，為1. 5千克。 本實例中，含硅量0. 34%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 18%。 實施例16
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為055rnm，重量16千克；引 弧劑為CaF2與Ti02的混合物，配比為1: 2，共15g;結晶器內徑尺寸為100mm; 將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為60V,電流為700 800A;熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為 20%CaF2+30%KCl+50%CaCl2，加入量為自耗電極重量的8%，為1.3千克。
本實例中，含硅量0. 22%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 12%。
實施例17
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為064mrn，重量12千克；引 弧劑為碳電極,共13g;結晶器內徑尺寸為lOOmm;將自耗電極棒放入電渣爐內， 加入渣料，進行電渣重熔，電壓為50V，電流為500 600A;熔煉完成后，切斷 電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為30%CaF2+40%KCl+30%NaCl，加入 量為自耗電極重量的8%，為0.96千克。
本實例中，含硅量0. 24%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 13%。
實施例18
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為060ram，重量15千克；引 弧劑為碳電極,共10g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內， 加入渣料，進行電渣重熔，電壓為60V，電流為600 700A;熔煉完成后，切斷 電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為5%CaF2+35%KCl+60%NaCl，加入 量為自耗電極重量的10%，為1.5千克。
本實例中，含硅量0. 14%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 09%。
實施例19
將鋁合金澆注成自耗電極棒，鋁合金電極尺寸為0>50畫，重量12千克；引 弧劑為碳電極,共14g;結晶器內徑尺寸為100mm;將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔，電壓為50V，電流為600 700A;熔煉完成后，切斷 電源，冷卻，得到鋁合金，所選用的電渣渣料為20%CaF2+30%KCl+50%NaCl，加入 量為自耗電極重量的9%，為1.1千克。本實例中，含硅量0. 23%的鋁合金精煉后含硅量降低到0. 13%。
權利要求
1、一種去除鋁合金中硅元素的方法，其特征在于，步驟一，將鋁合金澆注成自耗電極棒；步驟二，將自耗電極棒放入電渣爐內；步驟三，加入渣料，進行電渣重熔；步驟四，熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金；其中，所述渣料為下列組合物中的一種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；所述組合物中的百分數均為重量百分數。
2、 根據權利要求1所述的去除鋁合金中硅元素的方法，其特征是，所述加 入渣料的重量為自耗電極棒重量的5 15%。
3、 根據權利要求1所述的去除鋁合金中硅元素的方法，其特征是，所述電 渣重熔，造渣時的電壓為40 65V，電流為300 1000A。
4、 根據權利要求1所述的去除鋁合金中硅元素的方法，其特征是，所述電 渣重熔，重熔自耗電極時，向結晶器中通入氬氣。
5、 根據權利要求1所述的去除鋁合金中硅元素的方法，其特征是，所述電 渣重熔，重熔自耗電極時，電流控制在300 1000A。
6、 根據權利要求1所述的去除鋁合金中硅元素的方法，其特征是，所述冷 卻的時間為10 40分鐘。
全文摘要
一種金屬材料技術領域的去除鋁合金中硅元素的方法，包括如下步驟將鋁合金澆注成自耗電極棒，將自耗電極棒放入電渣爐內，加入渣料，進行電渣重熔；熔煉完成后，切斷電源，冷卻，得到鋁合金，所述渣料為下列組合物中的一種，所述組合物中的百分數均為重量百分數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。本發明的方法簡單，可有效去除鋁合金中低濃度的雜質元素硅，且不會引進新的雜質。
文檔編號C22C1/06GK101619403SQ20091005521
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月23日 優先權日2009年7月23日
發明者孫寶德, 俊 王, 達 疏, 祝國梁, 沖 陳 申請人:上海交通大學