一種用于生產(chǎn)鋁合金的鐵劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金的添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金鐵添加劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業(yè)不斷發(fā)展，鋁合金的研制被列為重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，合金 化是鋁合金生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán)。合金添加元素在熔融鋁中的溶解是合金化的重要 過(guò)程。元素的溶解與其性質(zhì)有密切關(guān)系，受添加元素固態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)合力的破壞和原子在鋁液 中的擴(kuò)散速度控制。鋁合金常用的合金元素有：娃、鐵、銅、鎂、鎳、鋅、f凡等。一些低恪點(diǎn)或 溶解度大的合金元素如鎂、銅等可以直接加入鋁熔體中，而大部分熔點(diǎn)高的合金元素如鐵、 鎳、錳等，由于與鋁的熔點(diǎn)差距太大，無(wú)法直接進(jìn)行添加，需要通過(guò)中間合金的方式進(jìn)行加 入。這是因?yàn)槿鐚㈣F、鎳、錳等金屬熔化，則熔爐溫度必需達(dá)到l〇〇〇°C以上，而鋁的熔點(diǎn)只 有660°C，如果在1000°C以上的溫度下，則鋁熔體會(huì)汽化，且熔爐內(nèi)未汽化的鋁液在如此高 溫下極易與周圍的氧氣、氫氣、水等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成難以去除的雜質(zhì)，生成的鋁合金熔 體的合金含量與實(shí)際所需的合金含量偏差過(guò)大，從而導(dǎo)致合金機(jī)械性能無(wú)法滿足要求，造 成資源浪費(fèi)。
[0003] 為了避免上述不足，人們采用中間合金的方式降低合金元素熔融過(guò)程時(shí)所需的溫 度。中間合金的生產(chǎn)工藝是這樣的：首先將所煉制的合金中含量最大的、熔點(diǎn)較低的金屬熔 化。然后將熔點(diǎn)較高的及含量較少的元素加入，溶解而制成合金。熔煉中間合金時(shí)，需要添 加少量熔劑保護(hù)，以免氣體進(jìn)入合金，還可去除部分雜質(zhì)。熔化后要充分?jǐn)嚢瑁钩煞志鶆?后鑄錠。有些高質(zhì)量的中間合金需要在真空中或保護(hù)氣氛下熔煉和澆鑄。評(píng)判鋁合金的品 質(zhì)好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)是合金中是否含有雜質(zhì)或者雜質(zhì)含量的多少，理想的鋁合金是沒(méi)有雜質(zhì) 的，因此雜質(zhì)越少越好，因此對(duì)于鋁合金所用的中間合金的品質(zhì)要求極高，就需要在真空中 或保護(hù)氣氛下熔煉燒鑄，生產(chǎn)工藝條件要求高，生產(chǎn)成本高，而且效率大大降低。另外，由于 中間合金所含的合金元素含量較低，在稱料計(jì)算時(shí)，所用的中間合金量就會(huì)較大，為了保證 熔融中間合金的溫度，每次投放中間合金的量不能過(guò)多，加量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致鋁熔體溫度降低， 無(wú)法熔解中間合金，所以生產(chǎn)同一型號(hào)的鋁合金時(shí)，用中間合金進(jìn)行合金化就需要采用多 次少量方式進(jìn)行添加投放在鋁熔體中，這樣就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生如下問(wèn)題：1、熔化中間合金所需 的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；2、鋁熔體長(zhǎng)時(shí)間與大氣中的氧氣、氫氣、碳、水分等其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成的 雜質(zhì)量增多，導(dǎo)致鋁合金的品質(zhì)降低；3、熔化時(shí)間長(zhǎng)會(huì)增加能耗，會(huì)增加鋁熔體的燒損及吸 氣。
[0004] 由于中間合金存在的上述不足，近年來(lái)人們想到利用助溶劑幫助合金元素在低溫 即710°C左右熔融合金金屬元素，人們稱之為金屬添加劑。根據(jù)不同的性能需求，通常于 鋁液中添加、熔解不同成分及含量的合金元素，以得到不同型號(hào)和類別的鋁合金。目前，合 金元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實(shí)施時(shí)，鋁合金熔鑄的溫度通常為71(TC左右， 對(duì)于低熔點(diǎn)或熔解度大的合金元素直接以單質(zhì)金屬粉末的形式加入鋁液中即可熔解，但對(duì) 于錳、鐵、鉻等高熔點(diǎn)或熔解度小的合金元素，單質(zhì)金屬粉末便很難熔解于鋁液中，如果將 鋁液熔爐的溫度升高到錳、鐵、鉻金屬的溫度，則熔爐中的鋁液便會(huì)氣化，因此解決的辦法 是在鋁不會(huì)氣化的溫度下，快速將錳、鐵、鉻等金屬熔解，為了達(dá)到此目的，人們已經(jīng)想到將 猛、鐵、鉻粉碎，并在粉末中添加助熔劑，并制成固定形狀，即我們通常所說(shuō)的錳劑、鐵劑、鉻 劑，當(dāng)將錳劑、鐵劑、鉻劑投入到鋁液熔爐中，助熔劑在鋁液中迅速發(fā)生爆炸式反應(yīng)，產(chǎn)生的 熱量在一段時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到使錳、鐵、鉻等金屬熔解的溫度。但是，此種方式需要大量的助 恪劑才能實(shí)現(xiàn)，因此每塊添加劑廣品中，猛、鐵、絡(luò)的含量最尚只能達(dá)到85%左右，如果將添 加劑產(chǎn)品中的錳、鐵、鉻的含量提高到90%以上，則相應(yīng)助熔劑的量則減少，在將產(chǎn)品加入 到鋁液中后，添加劑中的錳、鐵、鉻不能完全熔解；另外，對(duì)于制作過(guò)程中錳、鐵、鉻等粉末的 粒度、含量配比等有特殊的要求。以鐵為例，含鐵量在85%的鐵劑的鐵粉的粒徑分布為： 大于60目要求在5%以下，60-80目為30% -35%，80-100目為15% -20%，100-325目為 35 %-45%，小于325目要求在10 %以下；上述的粒度主要在60-325目之間，可見(jiàn)粒度分布 非常窄，通常在粉碎工藝中，粒度分布越窄，粉碎的工藝要求就越高，所以上述粒度分布的 鐵粉對(duì)粉碎工藝的要求就非常高，加工的成本也非常高，例如在粉碎階段，我們就需要85% 以上的鐵粉的粒度不得大于60目，同時(shí)不得小于325目，但現(xiàn)有的粉碎工藝往往是不能如 此嚴(yán)格的粒度分布范圍的，因此制作出的鐵劑合格率通常低于60%。再者，由于現(xiàn)有的鐵系 鋁合金添加劑中的鐵粉整體的平均粒度較大，加入鋁液后，由于粒度較大的鐵粉的比表面 積小，表面能也小，從而熔解較慢，而且要求鑄熔溫度較高，通常為7KTC左右。另外，為了避 免添加劑產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中松散，通常要將添加劑產(chǎn)品壓制成密度較高的餅狀或球狀，密 度通常大于5. Og/cm3,但是對(duì)于密度較高的添加劑產(chǎn)品，加入鋁液后，一方面，熔解比較緩 慢，熔解時(shí)間通常為15_20min，熔解時(shí)間長(zhǎng)；另一方面，加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一 旦沉底，會(huì)導(dǎo)致鐵粉熔解速度減慢，而且會(huì)導(dǎo)致鐵粉溶解后分散不均勻；再一方面，較密實(shí) 的添加劑產(chǎn)品在熔解過(guò)程中表面會(huì)形成致密的保護(hù)膜，從而導(dǎo)致內(nèi)部無(wú)法繼續(xù)熔解，這樣 就會(huì)使回收率較低，最高僅能達(dá)到90 %左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種熔解時(shí)間短、鐵回收率高的用于生產(chǎn)鋁合金 的鐵劑。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供如下基礎(chǔ)方案：一種用于生產(chǎn)鋁合金的鐵劑，主要由鐵 粉、鋁粉、助熔劑壓制而成的餅狀或橄欖球狀，其特征在于：所述鐵粉、鋁粉分別在惰性 氣體保護(hù)下破碎，還包括表面活性劑，各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為：鐵粉90% -98%、鋁 粉0-9. 48 %、助熔劑0.01 % -5 %、表面活性劑0.5 % -2 %，各組分壓制成形后的密度為： 2. 8-5. 0g/cm3,其中，
[0007] a:鐵粉的粒度分布范圍為10-700目，其中325-700目的鐵粉占鐵粉總含量的 35% -40%，100-325目的鐵粉占鐵粉總含量的40% -45%，60-100目的鐵粉占鐵粉總含量 的5%-15%，10-60目的鐵粉占鐵粉總含量的0-5%，所述的鐵金屬粉末的純度大于或等于 98% ；
[0008] b:鋁粉的粒度分布范圍為60-300目，鋁粉的純度大于或等于98% ;
[0009]c:助熔劑粒度分布范圍為60-300目。
[0010] 本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、本方案的鐵劑中鐵粉的含量高，可達(dá)90-98%，在鋁合金鑄熔時(shí)，添加劑中其主 要作用的是鐵粉，所以在鑄熔等量鋁合金時(shí)，本方案可以加入較少的量，達(dá)到相同的效果， 這樣就能節(jié)省原料，而且助熔劑熔入鋁液后是一種雜質(zhì)，所以助熔劑越少，鑄熔出的鋁合金 品質(zhì)越好。
[0012] 2、由于本發(fā)明的鐵粉的粒度分布范圍較大，整體的平均粒度小，在相對(duì)較低的溫 度下就能快速熔解，使用本發(fā)明添加劑產(chǎn)品時(shí)，鋁熔體溫度可以低至670°C，從而可以減少 鑄熔時(shí)的燃料使用，節(jié)約能源；
[0013] 3、本發(fā)明的制備方法使用了表面活性劑，一方面，表面活性劑具有助懸作用，使用 表面活性劑后，使得本發(fā)明的添加劑即使是密度較大的產(chǎn)品，也能在鋁熔體中處于懸浮狀 態(tài)，不會(huì)沉底，在熔解的過(guò)程中，添加劑產(chǎn)品會(huì)在鋁熔體內(nèi)上下浮動(dòng)，熔解速