專利名稱：：一種速熔硅添加劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及材料科學(xué)和鑄造技術(shù)，特別提供了一種鋁合金制備及其加工工業(yè)用新型速熔硅添加劑。本發(fā)明還涉及該添加劑的制備方法和應(yīng)用。技術(shù)背景在鋁合金中，硅是最普遍使用的合金元素。在配制含硅鋁合金生產(chǎn)中，過去和現(xiàn)在加硅的工藝方法主要有兩種(1)直接加結(jié)晶硅，即先將結(jié)晶硅鋪設(shè)爐底，再在其上鋪壓鋁錠，點(diǎn)火升溫，熔化。(2)使用鋁硅中間合金。采用第一種方法的最大好處是成本低，但始終存在如下問題(1)硅的熔解時(shí)間長(zhǎng)，吸收率不穩(wěn)，難以準(zhǔn)確控制目標(biāo)成份，需要二次補(bǔ)加調(diào)整；(2)在一般熔煉溫度下結(jié)晶硅不能完全熔解，鋁液包裹未完全熔解的微小結(jié)晶硅，形成硅夾雜，嚴(yán)重影響鋁液質(zhì)量；(3)在鋁錠熔化前的升溫階段，鋪設(shè)爐底的硅表面容易氧化，可形成大量不熔的Si02小夾雜。在變形鋁合金的實(shí)際生產(chǎn)中，后兩點(diǎn)幾乎肯定影響最終加工產(chǎn)品(型、板、帶、棒材)的表面質(zhì)量及內(nèi)在強(qiáng)度。因此，直接加硅不應(yīng)使用。第二種方法是目前廣為使用的加硅方法，但也有兩缺點(diǎn)(1)一般市售鋁硅合金，多采用廢雜鋁或低純鋁生產(chǎn)，投入爐中會(huì)降低主料純凈度。(2)硅含量低，用量大，溫降大。(3)成本較高。速熔硅添加劑可有效解決以上問題，給含硅鋁合金的配制引入了一個(gè)革命性的工藝變革。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)鋁熔鑄業(yè)對(duì)各種硅添加劑年需求量近5萬噸，產(chǎn)值可達(dá)10億元，世界鋁熔鑄業(yè)對(duì)各種硅添加劑的年需求量近20萬噸，其經(jīng)濟(jì)效益極為可觀。速熔硅添加劑作為一種新型的加硅工藝，目前我國(guó)科研機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)廠家目前對(duì)其重視程度還不夠。我們還應(yīng)在此方面做大量的工作。中國(guó)發(fā)明專利CN200610161265.5提供一種含有超細(xì)或納米鋁粉的速熔硅劑，以硅塊為核心，鋁粉、熔劑和粘結(jié)劑在硅塊的外表面形成包覆層；按照下述重量百分比配料鋁0.1-10%，熔劑0.1-5%，粘結(jié)劑0-5%，余量為硅塊。所述鋁粉平均粒徑小于5mn的超細(xì)及納米鋁粉；所述核心硅塊的粒徑為50mm以下。這一發(fā)明的添加超細(xì)或納米鋁粉的速熔硅劑具有以下特點(diǎn)1)加入方式簡(jiǎn)單，在正常的鋁合金熔鑄溫度熔化迅速，實(shí)收率高，含量穩(wěn)定，容易控制。2)熔劑含量少，熔體質(zhì)量高。試驗(yàn)檢查表明，在火焰反射爐中75(TC加入添加超細(xì)或納米鋁粉的速熔硅劑并進(jìn)行攪拌，10分鐘后即可使硅實(shí)收率達(dá)到95%。其他文獻(xiàn)也報(bào)道了一種速熔硅添加劑，硅含量通常在95%以上，鋁液溫度在70(TC以上，熔化時(shí)間在8-30分鐘，硅的實(shí)收率大于90%。以上技術(shù)對(duì)速熔硅的研究開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)均作出了較大貢獻(xiàn)，但添加劑的配方和工藝仍是其技術(shù)關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新型鋁合金速熔硅添加劑的配方、工藝及其制備方法，用該添加劑加入鋁合金中時(shí)，硅含量>95%，熔化溫度《690°C，熔化時(shí)間《5分鐘，回收率》98%;而且其用量少，加入方便工藝簡(jiǎn)單易于控制。目前國(guó)內(nèi)雖已見硅含量》95%速熔硅添加劑研發(fā)與應(yīng)用的文獻(xiàn)報(bào)道。但是在熔化溫度、熔化時(shí)間和回收率等技術(shù)指標(biāo)上本發(fā)明的速熔硅添加劑均優(yōu)于其他產(chǎn)品。本發(fā)明提供了一種新型鋁合金速熔硅添加劑，其特征在于添加劑的主要化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為助熔劑0.1-12%、改性劑0.1-8%、粘結(jié)劑0-6%，余量為硅塊。其中助熔劑選自氟化鹽如氟氯酸鉀、氟鋁酸鉀、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉中的一種或多種；改性劑選自二氧化鈦、六氯乙烷、氟化鈉和氯化鈉中的一種或多種；粘結(jié)劑選自高嶺土、耐火粘土、滑石粉、粉狀水玻璃、水中的一種或多種。氟化物助熔劑的作用機(jī)理是涂敷在硅表面的氟化物在高溫熔融狀態(tài)迅速反應(yīng)釋放出大量熱量，使硅在較低溫度下迅速熔化，并與鋁快速均勻合金化。改性劑的作用是增加添加劑表面活性，進(jìn)一步促進(jìn)硅熔化更快更徹底，與鋁合金化更快。粘結(jié)劑選自鋁合金熔鑄工業(yè)常用于坩蠱、澆鑄工具和錠模涂料極其普通的高嶺土、滑石粉、粉狀水玻璃和水；其作用是使助熔劑和改性劑均勻致密地包裹在硅塊表面，促使硅塊在局部絕熱情況下迅速熔化。速熔硅添加劑的制備方法，其特征在于以助熔劑、改性劑、粘結(jié)劑、硅塊為原料，按照助熔劑0.1-12%、改性劑0.1-8%、粘結(jié)劑0-6%，其余為硅塊，放入高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，攪拌所得混合物取出后自然風(fēng)干，然后將風(fēng)干后的混合物轉(zhuǎn)入燒結(jié)反應(yīng)爐中通入蒸汽加熱加壓，最后取出冷卻至常溫得到速熔硅添加劑。速熔硅添加劑中金屬硅作為合金元素加入到含硅鋁合金中。為降低生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)成本，其含量應(yīng)盡量高，助熔劑輔料應(yīng)該價(jià)廉并易獲取。生產(chǎn)工藝應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單，早先使用硅粉的方法，由于硅粉無塑性，硅粉壓制成型非常困難，難以進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。礦冶院的申請(qǐng)的專利即時(shí)采用硅粉成型。為在較低溫度下及最短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)速熔硅添加劑中金屬硅的熔化，并達(dá)到最高的硅回收率，選擇、使用合適的助劑非常關(guān)鍵。同時(shí)，為提高助劑和金屬硅附著力，進(jìn)一步促進(jìn)助劑的助熔作用，以提高并穩(wěn)定硅的回收率。故選用適宜的其他助劑非常必要。通過助劑及其他助劑的共同作用，促迸金屬硅在溫度較低的鋁液中熔化，并具有穩(wěn)定的吸收率，最終達(dá)到以較低的成本準(zhǔn)確控制鋁合金名目標(biāo)成份。1、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(1)外觀要求顆粒狀，粉狀物不大于2.0%。(2)理化指標(biāo)表l理化指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2、項(xiàng)目試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比(一)、不同助劑(活性輔料)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的的影響。通過選擇不同助劑(活性輔料)如氟氯鹽、鋁粉等得出不同產(chǎn)品，并試驗(yàn)其熔化溫度、熔化時(shí)間、回收率數(shù)據(jù)。從中選擇最合適的助劑。表2不同助劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1、上表數(shù)據(jù)為在不添加其他助劑下試驗(yàn)所得。S、K為不同元素的2、回收率檢測(cè)方法見附件。從上表可知使用S氟氯鹽作助劑所試驗(yàn)的產(chǎn)品得回收率數(shù)據(jù)最高，效果最好。(二)、其他助劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的的影響。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注上表數(shù)據(jù)為在添加助劑下試驗(yàn)所得。速熔硅添加劑中加入其他助劑可為提高助劑和金屬硅附著力，進(jìn)一步促進(jìn)助劑對(duì)金屬硅的助熔作用，以提高并穩(wěn)定硅的回收率。(三)、試驗(yàn)各組分的不同粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。主要試驗(yàn)助劑不同粒度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)詳見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注上表數(shù)據(jù)為在不添加其他助劑下試驗(yàn)所得。結(jié)果表明，s氟氯鹽助劑粒度越小，硅回收率越高。(四)、配方對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。根據(jù)上述(一)中得出的最合適的生產(chǎn)原料、粘結(jié)劑，按不同配方生產(chǎn)，測(cè)出的生產(chǎn)合格率、常溫、高溫強(qiáng)度數(shù)據(jù)。再從試驗(yàn)中得出最佳的配方。表5原料配比(配方)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響試驗(yàn)號(hào)原料配比硅含量％回收率％(在熔化溫度690'C,熔化時(shí)間5min試驗(yàn))1配方194.898.202配方295.397.613配方395.196.78表6助熔劑和其他助劑3^同含量共同作用下對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響試驗(yàn)號(hào)助熔劑名稱改性劑粘結(jié)劑回收率(在熔化溫度69(TC，熔化時(shí)間5min試驗(yàn))1S±卜0.25%0.5%97.762s鹽0.5%0.75%98.693s鹽1.0%1.25%98.564K鹽0.25%0.5%98.055K鹽0.5%0.75%98.236K鹽1.0%1.25%97.883本發(fā)明產(chǎn)品性能與國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)的比較與國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)的比較詳見下表表7產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)本項(xiàng)目產(chǎn)品國(guó)內(nèi)其他同類產(chǎn)品熔化溫度°c690通常為740°C熔化時(shí)間min《5通常為《15分鐘回收率％>98通常為>92%本的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明首次優(yōu)化這種添加方式，巧妙精確選用助熔劑和其他添加劑。2.本發(fā)明首次應(yīng)用通蒸汽高溫高壓燒結(jié)烘干方法，使助熔劑和其他添加劑在硅塊的外表面形成致密的包覆層，這是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)之一。3.本發(fā)明思維新穎，技術(shù)路線清晰，投資成本低、見效快；容易大規(guī)模集成生產(chǎn)。4.本發(fā)明的產(chǎn)品在熔化溫度，熔化時(shí)間，回收率等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。5.本發(fā)明的產(chǎn)品為國(guó)內(nèi)率先直接采用純金屬硅加助劑和其他助劑直接生產(chǎn)速熔硅劑，流程簡(jiǎn)化，大幅降低生產(chǎn)成本。6.本發(fā)明的產(chǎn)品具有使用方便，用量少，熔解快，合金成分容易控制。圖l為速熔硅添加劑的制備工藝流程圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1選取硅含量達(dá)95%的金屬硅硅塊，經(jīng)人工或機(jī)械破碎和分級(jí)，選出粒徑為20-80mm的硅塊93kg(其中粉狀物1%)，以氟氯酸鉀1kg為助熔劑，以二氧化鈦1kg為改性劑，以高嶺土與水5kg為粘結(jié)劑。按照分質(zhì)量百分比為助熔劑1%、改性劑1%、粘結(jié)劑5%，余量為硅塊。在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，充分混合攪拌均勻后,將所得混合物從攪拌筒中取出，放入燒結(jié)烘干爐中，通入蒸汽，緩慢升溫到120-22(TC，保溫2-8h,然后緩慢冷卻到室溫，即得到本發(fā)明所述的速熔硅添加劑。實(shí)施例2選取硅含量達(dá)95%的金屬硅硅塊，經(jīng)人工或機(jī)械破碎和分級(jí)，選出粒徑為20-80mm的硅塊93kg(其中粉狀物1%)，以氟鋁酸鉀lkg為助熔劑，以六氯乙垸lkg為改性劑，以耐火粘土與水5kg為粘結(jié)劑。按照分質(zhì)量百分比為助熔劑1%、改性劑1%、粘結(jié)劑5%，余量為硅塊。在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，充分混合攪拌均勻后,將所得混合物從攪拌筒中取出，放入燒結(jié)烘干爐中，通入蒸汽，緩慢升溫到120-220。C，保溫2-8h,然后緩慢冷卻到室溫，即得到本發(fā)明所述的速熔硅添加劑。實(shí)施例3選取硅含量達(dá)95%的金屬硅硅塊，經(jīng)人工或機(jī)械破碎和分級(jí)，選出粒徑為20-80mm的硅塊93kg(其中粉狀物1%)，以氟硅酸鉀lkg為助熔劑，以氟化鈉lkg為改性劑，以滑石粉與水5kg為粘結(jié)劑。按照分質(zhì)量百分比為助熔劑1%、改性劑1%、粘結(jié)劑5%，余量為硅塊。在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，充分混合攪拌均勻后,將所得混合物從攪拌筒中取出，放入燒結(jié)烘干爐中，通入蒸汽，緩慢升溫到120-220°C，保溫2-8h,然后緩慢冷卻到室溫，即得到本發(fā)朋所述的速熔硅添加劑。實(shí)施例4選取硅含量達(dá)95%的金屬硅硅塊，經(jīng)人工或機(jī)械破碎和分級(jí)，選出粒徑為20-80mm的硅塊93kg(其中粉狀物1%)，以氟硅酸鈉lkg為助熔劑，以氯化鈉lkg為改性劑，以粉狀水玻璃與水5kg為粘結(jié)劑。按照分質(zhì)量百分比為助熔劑1%、改性劑1%、粘結(jié)劑5%，余量為硅塊。在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，充分混合攪拌均勻后,將所得混合物從攪拌筒中取出，放入燒結(jié)烘干爐中，通入蒸汽，緩慢升溫到120-22(TC，保溫2-8h,然后緩慢冷卻到室溫，即得到本發(fā)明所述的速熔硅添加劑。實(shí)施例5選取硅含量達(dá)95%的金屬硅硅塊，經(jīng)人工或機(jī)械破碎和分級(jí)，選出粒徑為20-80mm的硅塊98kg(其中粉狀物1%),以氟硅酸鈉lkg為助熔劑，以氯化鈉lkg為改性劑。按照分質(zhì)量百分比為助熔劑1%、改性劑1%、余量為硅塊。在高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，充分混合攪拌均勻后,將所得混合物從攪拌筒中取出，放入燒結(jié)烘干爐中，通入蒸汽，緩慢升溫到120-22(TC，保溫2-8h,然后緩慢冷卻到室溫，即得到本發(fā)明所述的速熔硅添加劑。1權(quán)利要求1、一種速熔硅添加劑，其特征在于速熔硅添加劑的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為助熔劑0.1-12％、改性劑0.1-8％、粘結(jié)劑0-6％，余量為硅塊，其中助熔劑選自氟氯酸鉀、氟鋁酸鉀、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉的氟化鹽中的一種或多種；改性劑選自二氧化鈦、六氯乙烷、氟化鈉和氯化鈉中的一種或多種；粘結(jié)劑選自高嶺土、耐火粘土、滑石粉、水玻璃中的一種或多種；硅塊粒徑為20-80mm。2、一種如權(quán)利要求1所述的速熔硅添加劑的制備方法，其特征在于以助熔劑、改性劑、粘結(jié)劑、硅塊放入高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，攪拌所得混合物取出后自然風(fēng)干，然后將風(fēng)干后的混合物轉(zhuǎn)入燒結(jié)反應(yīng)爐中通入蒸汽加熱加壓，保溫保溫l-8小時(shí)，最后取出冷卻至常溫得到速熔硅添加劑。3、按照權(quán)利要求2所述速熔硅添加劑的制備方法，其特征在于所述自然風(fēng)干時(shí)間為1-3小時(shí)。4、按照權(quán)利要求2所述速熔硅添加劑的制備方法，其特征在于所述將風(fēng)干后的混合物轉(zhuǎn)入燒結(jié)反應(yīng)爐中通入蒸汽加熱加壓，加熱溫度為230-280°C，加壓壓力為1.05-1.25atm。全文摘要一種速熔硅添加劑及其制備方法，其特征在于速熔硅添加劑的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為助熔劑0.1-12％、改性劑0.1-8％、粘結(jié)劑0-6％，余量為硅塊，其中助熔劑選自氟氯酸鉀、氟鋁酸鉀、氟硅酸鉀、氟硅酸鈉的氟化鹽中的一種或多種；改性劑選自二氧化鈦、六氯乙烷、氟化鈉和氯化鈉中的一種或多種；粘結(jié)劑選自高嶺土、耐火粘土、滑石粉、水玻璃中的一種或多種；硅塊粒徑為20-80mm。以助熔劑、改性劑、粘結(jié)劑、硅塊為原料，按照化學(xué)成分百分比將原料放入高速攪拌機(jī)中攪拌均勻，攪拌所得混合物取出后自然風(fēng)干，然后將風(fēng)干后的混合物轉(zhuǎn)入燒結(jié)反應(yīng)爐中通入蒸汽加熱加壓，最后取出冷卻至常溫得到速熔硅添加劑。文檔編號(hào)C22C21/00GK101619407SQ200910011520公開日2010年1月6日申請(qǐng)日期2009年5月13日優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日發(fā)明者鐘震晨,顏曉明申請(qǐng)人:江西永特合金有限公司