專利名稱：：一種高溫變質(zhì)劑及采用該高溫變質(zhì)劑的熔體凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋁電解
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種高溫變質(zhì)劑，還涉及一種采用該高溫變質(zhì)劑的熔體凈化方法，特別是涉及一種電解原鋁直接鑄造鋁及鋁合金熔體的高效凈化方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國鋁工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，鋁電解企業(yè)和鋁加工企業(yè)的節(jié)約化生產(chǎn)已成為發(fā)展趨勢。直接采用電解鋁液鑄造，生產(chǎn)鋁加工用鑄坯，是一項短流程、節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。它4巴鋁冶煉和鋁加工融為一體，實現(xiàn)了優(yōu)化資源配置、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益的目的。由于電解鋁液夾雜多，氣體含量高，可鑄性差，用來直接鑄坯時，極易產(chǎn)生熱縮、冷裂、氣孔縮裂和裂痕擴展及嚴(yán)重偏析等現(xiàn)象，使錠坯出現(xiàn)較多的氣孔、縮孔、成分偏析及翹曲等缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量很難達(dá)到要求?，F(xiàn)有的單一凈化手段難以使電解鋁液中的夾雜物、氣體含量降到符合鑄坯要求。因此，用電解鋁液直接鑄坯，其鋁液凈化技術(shù)難度大，需要深入研究開發(fā)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高溫變質(zhì)劑，能夠降低電解鋁液熔體中的鈉含量，有效控制晶粒尺寸，達(dá)到良好的晶粒細(xì)化效果；本發(fā)明還要提供一種熔體的凈化方法，以有效的降低熔體中的氣體和夾雜物，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異的鑄錠。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高溫變質(zhì)劑，其包括如下組分氟化物15~20%氯化物40~45Q/o稀土金屬化合物25~30%二氧化鈦3~10%石墨2~7%以上組分均以重量百分含量計，優(yōu)選為，氟化物為20%,氯化物為40%,稀土金屬化合物為30%,二氧化鈦為7%,石墨為3%,以重量計。上迷高溫變質(zhì)劑，其中，所述氟化物為堿金屬或^^土金屬的氟化物，所述堿金屬不包括鈉，優(yōu)選為螢石，氟化物主要起精煉作用，可以吸附、溶解三氧化二鋁，同時可以適當(dāng)控制混合鹽的熔點，增強凈化效果。上述高溫變質(zhì)劑，其中，所述的氯化物為光卣石，其表面張力小，具有較強的潤濕作用。上述高溫變質(zhì)劑，其中，所述稀土金屬化合物為稀土金屬的碳酸鹽或卣化物，稀土金屬化合物主要起到變質(zhì)、除氣和除夾雜物的作用，可以降低變質(zhì)劑同鋁液之間的表面張力，有助于變質(zhì)劑與氣體、夾雜物的充分接觸而提高捕捉氣體和夾雜物的效果。加入的二氧化鈦和石墨粉在高溫條件下利用稀土元素奪取二氧化鈦中的氧元素，形成單質(zhì)鈥，鈦和石墨粉反應(yīng)生成TiC質(zhì)點，起到增加結(jié)晶核心的作用。本發(fā)明的高溫變質(zhì)劑可以通過簡單混合攪拌均勻后制得。本發(fā)明還提供了一種熔體凈化方法，其中，向熔煉爐的熔體中加入前述的高溫變質(zhì)劑，熔體溫度為770800。C時加入高溫變質(zhì)劑，優(yōu)選為780。C,加入量為熔體重量的0.1~0.15%。上述熔體凈化方法，其中，在所述熔煉爐的側(cè)面設(shè)置永磁攪拌機，先對所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)行人工攪拌2~5分鐘，優(yōu)選為3分鐘，之后進(jìn)行永f茲攪拌1825分鐘，優(yōu)選為20分鐘；在所述人工攪拌和永磁攪拌之間包括高溫變質(zhì)劑精煉步驟，精煉時間為5~7分鐘，優(yōu)選為5分鐘；永磁攪拌的頻率為45~52Hz,優(yōu)選為48Hz,電流為18~31A,優(yōu)選為31A。上述熔體凈化方法，其中，所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)入保溫爐，對保溫爐內(nèi)的熔體進(jìn)行爐底吹氣，之后進(jìn)行噴粉精煉；保溫爐溫度為720~740°C;爐底吹氣所用氣體為氮氣，氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15卯m，氣體流量為20~30L/min,優(yōu)選為25L/min，吹氣時間為715min，優(yōu)選為10分鐘；噴粉精煉中精煉劑加入量為1.0~1.5%。重量，精煉時間為9~15分鐘，優(yōu)選為IO分鐘。上述熔體凈化方法，其中，還包括在線晶粒細(xì)化步驟，所用細(xì)化劑的粒徑為9~10mm,優(yōu)選為9.5mm，所述細(xì)^f匕劑的送絲速度為150cm~200cm/min。上述熔體凈化方法，其中，還包括在線除氣步驟，在除氣裝置中，當(dāng)除氣裝置充滿熔體后，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將氮氣或惰性氣體吹入熔體內(nèi)；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為250-300rpm,優(yōu)選為300rpm,氣體壓力為0.4-0.6Mpa，優(yōu)選為0.6Mpa;氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15ppm;除氣裝置充滿鋁g，通過旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子將氣體均勻吹入熔體，形成大量的細(xì)小氣泡，使鋁液與氣體在除氣裝置中充分接觸，根據(jù)氣泡上浮原理，氣泡在熔體中吸收熔體中的氫，以及吸附非金屬夾雜之后上升到熔體的表面形成浮渣，達(dá)到凈化鋁合金液的目的。上述熔體凈化方法，其中，還包括在線過濾步驟，在線過濾裝置包括兩級過濾；一級過濾采用15目的陶瓷過濾板，二級過濾采用30目的陶瓷過濾板。上述熔體凈化方法，其中，包括保護(hù)澆注步驟，在除氣裝置出口至鑄造平臺的流槽上部架設(shè)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置上設(shè)置進(jìn)氣管，在所述流槽的熔體液面上設(shè)置阻流板，阻流板與所述流槽活動連接，從進(jìn)氣管向所述架設(shè)保護(hù)裝置的區(qū)域內(nèi)通入氮氣，氮氣壓力為0.03~0.06Mpa。鋁合金熔體經(jīng)過在線除氣后，在澆鑄前會再次吸氣，這和鑄造環(huán)境中的溫度和濕度有關(guān)。鑄造環(huán)境為高溫、高濕環(huán)境，液態(tài)鋁在大氣中很容易被氧化，并容易與水氣反應(yīng)生產(chǎn)Ah03而吸收氫氣，鋁液在此環(huán)境中停留的時間越長，鋁的氧化和吸氫量就越大。不同地區(qū)，不同季節(jié)，大氣中的水分也會產(chǎn)生變化，尤其是每年6月~9月高溫多雨季節(jié)，環(huán)境對熔體純凈度有較大影響，為防止鋁液經(jīng)過在線處理后又被再次污染，因此采取了澆注前的保護(hù)措施，在從除氣裝置出口處至鑄造平臺的流槽上部架設(shè)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置通常為保護(hù)蓋板，所用材料為鋼材或耐火材料，同時在該區(qū)域內(nèi)通入氮氣就形成保護(hù)澆注。本發(fā)明的高溫變質(zhì)劑能夠降低電解鋁液熔體中的鈉含量，有效控制晶粒尺寸，達(dá)到良好的晶粒細(xì)化效果；本發(fā)明的熔體的凈化方法，能夠有效的降低熔體中的氣體和固體夾雜物，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，確保鋁及鋁合金熔體質(zhì)量，提高鑄錠成品率，節(jié)約能耗，減少污染物的排放。圖1為本發(fā)明熔體凈化方法中所用的保護(hù)裝置示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。一高溫變質(zhì)劑實施例l將15%的營石、45%光囟石、30%碳酸鈰、6%二氧化鈥和4%石墨混合，攪拌均勻，攪拌均勻，制得高溫變質(zhì)劑。實施例2將20%的氟化鉀、43%光卣石、27%氟化锎、8%二氧化鈦和2%石墨混合，攪拌均勻，制得高溫變質(zhì)劑。實施例3將18%的氟化鎂、40%光卣石、25%氯化鐠、10%二氧化鈦和7%石墨混合，攪拌均勻，制得高溫變質(zhì)劑。實施例4將20%的氟化鋇、40%光卣石、30%氯化鈰、7%二氧化鈦和3%石墨混合，攪拌均勻，制得高溫變質(zhì)劑。二熔體凈化方法實施例5a加入高溫變質(zhì)劑向熔煉爐中加入前述實施例制備的高溫變質(zhì)劑，加入量為熔體重量的0.1~0.15%,熔體溫度為780。C時加入高溫變質(zhì)劑。經(jīng)取樣檢測，加入實施例l、2、3和4的的高溫變質(zhì)劑后，熔體中鈉含量低于12ppm，經(jīng)取j羊分析，金相照片中無明顯大顆粒的夾雜物存在，晶粒尺寸在IOO~200iim之間，達(dá)到了良好的晶粒細(xì)化效果。b永;茲攪拌在熔煉爐的側(cè)面設(shè)置永磁攪拌機，先對所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)行人工攪拌2~5分鐘，優(yōu)選為3分鐘，之后進(jìn)行永磁攪拌18~25分鐘，優(yōu)選為20分鐘；在所述人工攪拌和永J茲攪拌之間還可以包括高溫變質(zhì)劑精煉步驟，精煉時間為57分鐘，優(yōu)選為5分鐘；永磁攪拌的頻率為45~52Hz，優(yōu)選為48Hz,電流為1831A,優(yōu)選為31A。經(jīng)永磁攪拌后，基本可以實現(xiàn)熔體溫度均勻和合金成分均勻，熔體不同測溫點的溫差小于5。C,成分偏差小于5%。c爐底吹氣和噴賴4青煉將熔煉爐內(nèi)的熔體轉(zhuǎn)入保溫爐，對保溫爐內(nèi)的熔體進(jìn)行爐底吹氣，之后進(jìn)行噴粉精煉；保溫爐溫度為720~74(TC;爐底吹氣所用氣體為氮氣，氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15ppm，氣體流量為20~30L/min，優(yōu)選為25L/min,吹氣時間為7~15min，優(yōu)選為10分鐘；噴粉精煉中精煉劑加入量為1.0~1.5%。重量，精煉時間為9~15分鐘，優(yōu)選為10分鐘，所用精煉劑為常用精煉劑，可以市場購得。通過該步驟對保溫爐內(nèi)熔體的處理，除氫率可以達(dá)到25%以上。d在線晶粒細(xì)化該在線晶粒細(xì)化步驟為常用步驟，其中，所用細(xì)化劑為常用細(xì)化劑，可以市場購得，粒徑為9~10mm,優(yōu)選為9.5mm，細(xì)化劑的送絲速度也即加入速度為150cm~200cm/min。e在線除氣步驟在除氣裝置中，當(dāng)除氣裝置充滿熔體后，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將氮氣或惰性氣體吹入熔體內(nèi)；轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為250300rpm，優(yōu)選為300rpm,氣體壓力為0.4-0.6Mpa，優(yōu)選為0.6Mpa;氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15卯m。具體數(shù)據(jù)見表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>除氣裝置充滿鋁液后，通過旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子將氣體均勻吹入熔體，形成大量的細(xì)小氣泡，爿使鋁液與氣體在除氣裝置中充分接觸，才艮據(jù)氣泡上浮原理，氣泡在熔體中吸收熔體中的氫，以及吸附非金屬夾雜之后上升到熔體的表面形成浮渣，達(dá)到凈化鋁液的目的。氣體與熔體的接觸時間大致與氣泡直徑的平方成反比，也與轉(zhuǎn)子攪拌鋁液而產(chǎn)生的對流情況有關(guān)，因此在不造成熔體表面過分沸騰的前提下，適當(dāng)?shù)靥岣呤D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，可以使細(xì)小的氣泡更均勻地分散于鋁液中，同樣增加氣體的壓力，也相當(dāng)于增加了吹入氣體的體積。采用該除氣步驟后，除氣率可達(dá)50o/。以上。f在線過濾步驟在線過濾裝置包括兩級過濾；一級過濾采用15目的陶瓷過濾板，二級過濾采用30目的陶瓷過濾板，一級過濾設(shè)置在除氣步驟之前，二級過濾設(shè)置在除氣步驟之后。經(jīng)過濾處理后，熔體中l(wèi)Ojum以上尺寸的固體夾雜物基本排除。g保護(hù)澆注步驟如圖1所示，在除氣裝置出口至鑄造平臺的流槽6上部架設(shè)保護(hù)裝置1，該保護(hù)裝置上設(shè)置進(jìn)氣管2,從該進(jìn)氣管向所述架設(shè)保護(hù)裝置的區(qū)域內(nèi)通入氮氣，氮氣壓力為0.03~0.06Mpa，3為壓力表，在熔體中加入阻流板，其上部4a位于炫體液面5上方，阻流板底部4b位于熔體液面5下方，阻流板與流槽6活動連接，保護(hù)裝置1所用材料為鋼材或耐火材料。采用該保護(hù)澆注步驟可以有效的防止經(jīng)除氣后的熔體再次吸氣。采用本實施例的熔體凈化方法，可以使熔體鈉含量低于12ppm，氫含量低于0.15ml/100AL，10|im以上的夾雜物基本除去，經(jīng)處理后的熔體基本實現(xiàn)溫度均勻和合金成分均勻，不同測溫點的溫差在5'C以下，成分偏差在5%以內(nèi)。權(quán)利要求1、一種高溫變質(zhì)劑，其包括如下組分氟化物15～20％氯化物40～45％稀土金屬化合物25～30％二氧化鈦3～10％石墨2～7％以上組分均以重量百分含量計。2、如權(quán)利要求l所述的高溫變質(zhì)劑，其特征在于，所述氟化物為堿金屬或堿土金屬的氟化物，所述堿金屬不包括鈉。3、如權(quán)利要求2所述的高溫變質(zhì)劑，其特征在于，所述的氟化物為螢石。4、如權(quán)利要求1所述的高溫變質(zhì)劑，其特征在于，所述的氯化物為光卣石。5、如權(quán)利要求1所述的高溫變質(zhì)劑，其特征在于，所述稀土金屬化合物為稀土金屬的碳酸鹽或卣化物。6、如權(quán)利要求1所述的高溫變質(zhì)劑，其特征在于，所述氟化物為20%，氯化物為40%,稀土金屬化合物為30%,二氧化鈦為7%，石墨為3%,以重量計。7、一種熔體凈化方法，其特征在于，向熔煉爐的熔體中加入權(quán)利要求1所述的高溫變質(zhì)劑。8、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，所述高溫變質(zhì)劑的加入量為熔體重量的0.1~0.15%。9、如權(quán)利要求7或8所述的凈化方法，其特征在于，所述熔體溫度為77080(TC時加入高溫變質(zhì)劑。10、如權(quán)利要求9所述的凈化方法，其特征在于，所述熔體溫度為780。C時加入高溫變質(zhì)劑。11、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，在所述熔煉爐的側(cè)面設(shè)置永磁攪拌機，對熔煉爐內(nèi)熔體進(jìn)行攪拌。12、如權(quán)利要求11所述的凈化方法，其特征在于，對所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)行人工攪拌2~5分鐘，之后進(jìn)行永磁攪拌18~25分鐘。13、如權(quán)利要求12所述的凈化方法，其特征在于，在所述人工攪拌和永磁攪拌之間包括高溫變質(zhì)劑精煉步驟，精煉時間為5~7分鐘。14、如權(quán)利要求11所述的凈化方法，其特征在于，所述永磁攪拌的頻率為45~52Hz,電流為18~31A。15、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)入保溫爐，對保溫爐內(nèi)的熔體進(jìn)行爐底吹氣，之后進(jìn)行噴粉精煉。16、如權(quán)利要求15所述的凈化方法，其特征在于，所述保溫爐溫度為720~740°C。17、如權(quán)利要求15所述的凈化方法，其特征在于，所述爐底吹氣所用氣體為氮氣，氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15ppm，氣體流量為20-30L/min,吹氣時間為7~15min。18、如權(quán)利要求15所述的凈化方法，其特征在于，所述噴粉精煉中精煉劑加入量為1.0~1.5%。重量，精煉時間為9~15分鐘。19、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，還包括在線晶粒細(xì)化步驟，所用細(xì)化劑的粒徑為9~10mm，所述細(xì)化劑的送絲速度為150cm~200cm/min。20、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，還包括在線除氣步驟，在除氣裝置中，當(dāng)除氣裝置充滿熔體后，通過^走轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將氮氣或惰性氣體吹入熔體內(nèi)。21、如權(quán)利要求20所述的凈化方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為250300rpm,氣體壓力為0.4~0.6Mpa。22、如權(quán)利要求20所述的凈化方法，其特征在于，所述氮氣純度為99.99%重量，水氣含量《15ppm。23、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，還包括在線過濾步驟，在線過濾裝置包括兩級過濾。24、如權(quán)利要求23所述的凈化方法，其特征在于，一級過濾采用15目的陶瓷過濾板，二級過濾采用30目的陶資過濾板。25、如權(quán)利要求20所述的凈化方法，其特征在于，包括保護(hù)澆注步驟，在除氣裝置出口至鑄造平臺的流槽上部架設(shè)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置上設(shè)置進(jìn)氣管，在所述流槽的熔體液面上設(shè)置阻流板，阻流板與所述流槽活動連接。26、如權(quán)利要求25所述的凈化方法，其特征在于，在所述進(jìn)氣管內(nèi)通入氮氣，氮氣壓力為0.03~0.06Mpa。27、如權(quán)利要求7所述的凈化方法，其特征在于，還包括如下步驟a在所述熔煉爐側(cè)面設(shè)置永磁攪拌機，對熔體進(jìn)行攪拌；b所述熔煉爐內(nèi)的熔體進(jìn)入保溫爐，對保溫爐內(nèi)的熔體進(jìn)行爐底吹氣，之后進(jìn)行噴粉精煉；c對熔體進(jìn)行在線晶粒細(xì)化；d在保溫爐出口的流槽中設(shè)置一級過濾裝置，對熔體進(jìn)行過濾；e熔體經(jīng)一級過濾后進(jìn)入除氣裝置，在除氣裝置中通入氮氣或惰性氣體，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將氣體吹入熔體內(nèi)；f熔體經(jīng)除氣裝置除氣后，進(jìn)行二級過濾；g在除氣裝置出口至鑄造平臺的流槽上部架設(shè)保護(hù)裝置，同時向該區(qū)域內(nèi)通入氮氣。28、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟a中，人工攪拌3分鐘，之后進(jìn)行永磁攪拌，攪拌頻率為48Hz，電流為31A,永磁攪拌時間為20分鐘。29、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟b中，爐底吹起所用氣體為99.99%重量的氮氣，吹氣時間為10分鐘，氣體流量為25L/min;噴粉精煉中所用精煉劑用量為0.5~1.0%。，精煉時間為10分鐘。30、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟c中采用的細(xì)化劑粒度為9.5mm,細(xì)化劑的送絲速度為150~200cm/min。31、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟d中所用的一級過濾板為15目的陶瓷板；所述步驟f中所用的二級過濾板為30目陶瓷板。32、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟e中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300rmp，氣體壓力為0.6Mpa,所用氣體為99.99%重量的氮氣，其水氣含量《15PPM。33、如權(quán)利要求27所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟g中氮氣壓力為0.03~0.06Mpa,所述保護(hù)裝置的材料為鋼材或耐火材料。全文摘要本發(fā)明公開了一種高溫變質(zhì)劑，其包括如下組分氟化物為15～20％，氯化物為40～45％，稀土金屬化合物為25～30％，二氧化鈦為3～8％，石墨為2～6％，以重量計。本發(fā)明還公開了一種熔體凈化方法，在熔煉爐中加入高溫變質(zhì)劑。本發(fā)明的高溫變質(zhì)劑能夠降低電解鋁液熔體中的鈉含量，有效控制晶粒尺寸，達(dá)到良好的晶粒細(xì)化效果；本發(fā)明的熔體的凈化方法，能夠有效的降低熔體中的氣體和夾雜物，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，確保鋁及鋁合金熔體質(zhì)量，提高鑄錠成品率，節(jié)約能耗，減少污染物的排放。文檔編號C22C1/06GK101624666SQ20081011652公開日2010年1月13日申請日期2008年7月11日優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日發(fā)明者向容驛,健崔,文東輝,萍曾,楊孟剛,楊通信,畢昌武,王順輝,立舒,謝青松,鄒韶寧,云黎,龔春雷申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司