一种用于电工铝合金液的精炼剂及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金精炼剂制备技术领域，具体是涉及一种用于电工铝合金液的精炼剂及其制备方法。

背景技术

气孔和夹杂是电工铝合金中常见的缺陷，会割裂铝合金基体，破坏铝合金的组织连续性，成为电工铝合金断裂的裂纹源和裂纹扩展方法，降低电工铝合金的力学性能和导电性能。因此，在电工铝合金生产过程中必须对铝合金液进行除气除杂处理，降低铝合金液的气渣含量。采用精炼剂对电工铝合金液进行精炼是目前最常用的除气除杂方法，而精炼剂的除气除杂效率将直接决定精炼后电工铝合金液的气渣含量。

公开号为CN102041396A的中国专利申请公开了一种铝及铝合金用精炼剂的制备方法，精炼剂由以下质量百分比的配料组成：NaCl 30-85%、Na

公开号为CN102286667A的中国专利申请公开了一种铝及铝合金用无钠精炼剂及其生产方法，精炼剂由以下质量百分比的组分组成：氟铝酸钾 15-25%、氟化钙 5-15%、碳酸钾 10-25%、硫酸钾 10-25%、硫酸钡 5-15%、氯化钾 15-30%、无水氯化铝 3-5%。该精炼剂解决了含钠精炼剂影响铝合金锑变质、磷变质效果及高镁铝合金质量不足的问题。

公开号为CN104388730A的中国专利申请公开了一种铝合金用高效精炼剂及其制备方法，精炼剂由以下质量份数的各组分组成：NaCl 30-35份、KCl 25-28份、Na

公开号为CN105316513A的中国专利申请公开了一种含铈钇铒的铝合金无钠精炼剂，精炼剂包括A料和B料，其中，A料包括以下重量份的原料：KCl 50-60份，K

公开号为CN111575519A的中国专利申请公开了一种低成本高效环保氯盐双络合铝合金精炼剂及其制备方法，包括如下重量百分含量的组分：碳酸镁 3-10%，氟化钙 3-5%，六氟铝酸钾 3-5%，冰晶石和氟化铝 20-30%，自然光卤石 50-70%，以上各组分的质量百分含量之和为100%。该精炼剂解决现有氯盐铝合金精炼剂在精炼过程中除气除渣效果不理想、且成本高的问题。

公开号为CN109207770A的中国专利申请公开了一种铝及铝合金熔炼精炼剂及其制备方法，包括以下组份：NaCl 40-60份、CaS 12-18份、A1F

公开号为CN112458312A的中国专利申请公开了一种铝或铝合金熔炼用精炼剂及其应用，该精炼剂包括：NaCl、KCl、重量百分含量为10-30%的mNaF·AlF

从文献资料检索和生产实践结果来看，现有精炼剂都存在以下一种或多种问题：（1）精炼剂的除气除杂效率仍然偏低，增加精炼剂的用量虽然可以提高除气除杂效果，但也会对电工铝合金液造成二次污染，增加生产成本，如增大电工铝合金液中碱金属含量和铝渣量。（2）精炼剂普遍含有大量的氟盐、硝酸盐、硫酸盐和六氯乙烷等成分，导致精炼过程产大量的氟化氢、二氧化硫等刺激性难闻的气体和烟雾，加重环境污染，危及人体健康。（3）精炼剂普遍含有大量的钠盐，容易导致铝合金的钠含量超标，增加了铝合金因钠脆引起的断裂风险。（4）渣铝分离效果差，精炼时铝的烧损较大，增加了铝的损耗和铝渣的处理难度等。（5）精炼剂的功能单一，难以满足高强度高导电率电工铝合金的生产需求。因此，现有铝合金精炼剂及其制备方法仍有待改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种用于电工铝合金液的精炼剂及其制备方法，通过优化精炼剂的成分组成和制备方法，提高精炼剂的除气除杂效率，减少刺激性烟气的排放，降低电工铝合金液的气渣含量，提高电工铝合金的力学性能和导电性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述用于电工铝合金液的精炼剂，其特点是，所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl

MgCl

K

高强度的电工铝合金中通常都含有少量的Si元素，现有技术通常都是在精炼除气除杂后在电工铝合金液中添加金属锶或者铝锶合金的形式来细化变质电工铝合金中的粗大Si相，但添加锶元素容易导致电工铝合金液重新吸氢而导致电工铝合金的含气量增加。发明人通过大量实验研究后发现，在精炼剂中加入SrCO

Fe是电工铝合金中的常见元素，Fe在电工铝合金常常形成粗大的针状或片状富Fe相，会严重损害电工铝合金的强度和塑性。现有技术为了消除Fe的危害，通常是直接添加金属Mn或者铝锰合金，但添加量需要较大，且金属锰的价格昂贵，会增加电工铝合金的生产成本。为了提高精炼剂的除气除杂效率同时又能消除Fe元素的危害，发明人通过大量实验研究后发现，在精炼剂中加入3-5%的MnCl

为了提高电工铝合金的导电性能，现有技术通常是添加La、Ce等稀土，但稀土的价格较高，会大幅增加电工铝合金的生产成本。为了既能提高精炼剂的除气除杂效率又能提高电工铝合金的导电性能，还能降低电工铝合金的生产成本，发明人通过大量实验研究后发现，在精炼剂中加入2-4%的BaCl

本发明所述用于电工铝合金液的精炼剂的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

（1）按精炼剂的成分组成和质量百分比，选用MgCl

（2）将配料在80-100℃加热3-5小时进行烘干脱水；

（3）将烘干脱水后的配料在900-1100℃加热1-2小时进行重熔，然后冷却凝固至室温；

（4）将重熔后的精炼剂破碎、筛选和包装，得到所述用于电工铝合金液的精炼剂。

所述步骤（1）中原材料可以是工业产品或者工业副产品，但要保证原材料的纯度，不要含有太多杂质和水分，否者会影响精炼剂的除气除杂效率和对铝合金液造成二次污染。作为优选地，本发明选择纯度≥99.5%的MgCl

所述步骤（2）中烘干是采用烘烤箱或加热炉进行高温加热，加热温度不宜太低，加热时间不宜太短，否者脱水不彻底。加热温度也不宜太高，否者会引起原材料发生热分解或氧化。

所述步骤（3）中重熔是在真空条件下进行重熔，以避免发生原材料的氧化和蒸发。作为优选地，选择真空度10-20Pa的真空炉进行重熔。

现有技术制备铝合金精炼剂，都是将原材料烘干脱水后直接混合得到成品精炼剂，这种制备方法虽然工艺简单，生产成本低，但没有充分发挥精炼剂成分的相互作用，这也是现有精炼剂普遍存在除气除杂效率偏低的一个重要原因。发明人通过实验研究后惊奇地发现，将原材料烘干脱水后再进行重熔，可使精炼剂的成分充分融合结晶，一是可以显著降低精炼剂的熔点，使精炼剂更容易熔解于铝合金液中，二是精炼剂的成分在铝合金液中可发生更好的物理化学作用，产生更好的除气除杂效果，提高精炼剂的除气除杂效率。重熔温度不能低于900℃，时间不能低于1小时，否者无法使原材料彻底熔解结晶。重熔温度也不用过高，时间也不用过长，否则会增加原材料的烧损和生产成本。优选地，将烘干脱水后的配料在1000℃加热1.5小时，可使精炼剂充分重熔结晶。

所述步骤（4）中破碎和筛选是采用破碎机和振动筛选机进行，包装是采用真空包装，以避免精炼剂吸水受潮。筛选得到的精炼剂的颗粒尺寸不宜过大，否者会影响精炼剂喷吹精炼的除气除杂效果。作为优选地，所述精炼剂的颗粒尺寸≤1毫米。

本发明所述用于电工铝合金液的精炼剂的使用方法，其特征在于，采用惰性气体为载体，将占铝合金液重量0.2-0.4%的精炼剂喷吹进入铝合金液中，使精炼剂与铝合金液充分接触反应，捕获带走氢气和夹杂物。所述惰性气体可以是氮气、氩气或者氮气和氩气的混合气体。作为优选地，选择纯度≥99.9%的氩气。精炼时铝合金液的温度不宜过低，否则会影响精炼剂的除气除杂效果，温度也不宜太高，否则会增加铝合金液的氧化，作为优选地，精炼时铝合金液的温度为700-730℃。精炼剂的用量不宜太低，否者达不到理想的除气除杂效果。精炼剂的用量越大，除气除杂效果也越好，但也会增加生产成本和增大烟雾、铝渣的排放量。作为优选地，精炼剂的用量占电工铝合金液重量的0.3%。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明铝合金精炼剂具有更高的除气除杂效率，加入0.3%的精炼剂，除氢率可达55%，除杂率可达50%以上，显著降低电工铝合金液的气渣含量；

（2）本发明铝合金精炼剂对电工铝合金还有细化变质和改性效果，可提高电工铝合金的力学性能和导电性能；

（3）本发明铝合金精炼剂中氟盐的含量少，不含硝酸盐、硫酸盐和六氯乙烷，因而减少了刺激性难闻的气体的排放，更加环保；

（4）本发明铝合金精炼剂不含钠盐，避免了电工铝合金因钠脆发生断裂的风险；

（5）本发明铝合金精炼剂具有良好的渣铝分离效果，减少了铝的损耗和铝渣的排放量。

附图说明

图1为采用实施例1制备的精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀图。

图2为采用实施例2制备的精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀图。

图3为采用实施例3制备的精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀图。

图4为采用对比例1制备的精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀图。

图5为采用对比例2市售精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀图。

具体实施方式

实施例1：

本发明所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl

实施例2：

本发明所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl

实施例3：

本发明所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl

对比例1：

铝合金精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl

对比例2：

目前市售铝合金精炼剂由以下质量百分比的成分组成：NaCl 26.1%，Na

验证例：

将实施例1-3和对比例1-2的铝合金精炼剂在相同条件下对6101电工铝合金液进行精炼除气除杂，实验炉为20吨蓄热式燃气熔铝炉，电工铝合金液重量为18吨，精炼时电工铝合金液的温度为720℃，精炼时间为25分钟，精炼剂加入量为电工铝合金液重量的0.3%，采用纯度99.9%的氩气为载流介质将精炼剂喷吹入电工铝合金液，使精炼剂与电工铝合金液充分反应接触。实验过程中记录精炼剂的使用情况，包括电工铝合金的液燃烧情况、排烟量、烟气味、渣铝分离情况、铝渣粘稠状况，最后将铝渣收集进行称量，铝渣重量越小，代表铝渣中含铝量越少，渣铝分离效果越好，结果如表1所示。从表1可看到，实施例1-3精炼剂精炼时烟气不刺鼻，排放量小，精炼时铝水燃烧轻微，渣铝分离容易，铝渣松散，铝渣量少。对比例1的精炼剂由于未进行重熔，渣铝分离效果略差，铝渣量略多。而对比例2所用的市售精炼剂，精炼时烟气刺鼻，排放量大，铝水燃烧严重，渣铝分离难，铝渣粘稠，铝渣排放量也大。通过比较可以看到，本发明铝合金精炼剂使用时更加环保，渣铝分离效果更容易，有利于减少铝的损耗和铝渣的排放量。

表1精炼剂的精炼效果对比情况

采用HDA-V测氢仪和Analyze PoDFA测渣仪现场检测精炼前后炉内电工铝合金液的含氢量和含渣量，将精炼前炉内电工铝合金液的含氢量、含渣量分别减去精炼后炉内电工铝合金液的含氢量、含渣量，再除以精炼前炉内电工铝合金液的含氢量、含渣量，分别得到精炼剂的除气率和除杂率，结果如表2和表3所示。从表2和表3可看到，实施例1-3精炼剂的除气率达到55%以上，除杂率达到50%以上，而对比例1精炼剂的除气率为50.4%，除杂率为45.9%，对比例2市售精炼剂的除气率只有47.8%，除杂率只有41.2%，通过比较可以看到，本发明铝合金精炼剂具有更高的除气除杂效率。

表2 精炼前后电工铝合金液的含氢量和除气率

表3 精炼前后电工铝合金液的含渣量和除杂率

分别对精炼后的电工铝合金液进行取样浇铸成电工铝合金圆锭，采用强酸对电工铝合金圆锭进行腐蚀，通过观察腐蚀孔洞的情况来定性比较精炼剂除气除杂效果，腐蚀孔洞越少，代表铝合金液精炼除气除杂效果越好，实施例1-3、对比例1-2铝合金精炼剂精炼后电工铝合金圆锭的腐蚀情况分别如图1-5所示。通过对图1-5进行比较可以看到，采用实施例1-3铝合金精炼剂精炼后，电工铝合金圆锭的腐蚀孔洞数量比较少，表明本发明铝合金精炼剂具有更好的除气除杂效果。

对电工铝合金圆锭的拉伸力学性能和导电率分别进行检查，结果如表4所示。从表4可看到，采用实施例1-3铝合金精炼剂对电工铝合金液进行精炼，电工铝合金的强度、塑性和导电率都明显高于对比例1和对比例2市售铝合金精炼剂精炼的电工铝合金，说明采用本发明铝合金精炼剂对电工铝合金液进行精炼，不仅可以减少电工铝合金液的含渣含量，而且对电工铝合金还有细化变质和改性作用，可以提高电工铝合金的强度、塑性和导电率。

表4 电工铝合金的拉伸力学性能和导电率

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。