專利名稱：一種高含量鋁基中間合金生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高含量鋁基中間合金生產(chǎn)工藝，即通過對低含量鋁基合金分離濃縮和提純，可同時獲得高含量鋁基中間合金和高純度鋁金屬的低含量鋁基合金分離濃縮與提純的工藝。
背景技術(shù)：
在國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁中間合金》(正在發(fā)布)以及美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系中(灰色手冊《鋁中間合金國際牌號和化學(xué)成分》)，用于合金成分調(diào)整的鋁基中間合金要求合金有效成分含量較高，例如鋁鈦中間合金要求鈦含量最低為2. 5-3. 5wt% ;鋁鋯中間合金要求鋯含量最低為 2. 7-3. 3wt%0目前生產(chǎn)鋁基中間合金的方法主要是熔配對摻法、熱還原法和電解法。熔配對摻法即將純鋁金屬和添加金屬按照一定比例熔化后配制鋁基中間合金方法，是傳統(tǒng)方法，工藝成熟，但其存在以下缺點(diǎn)(I)、需要重新熔化純鋁金屬并添加相應(yīng)的合金元素，以及在對摻合金化過程中，產(chǎn)生鋁及摻配合金成分金屬的二次燒損，造成資源浪費(fèi)、二次污染和二次能源消耗；(2)、摻配法合金化過程會因鋁及合金元素的熔點(diǎn)不同，合金元素在鋁中的溶解度不同，易于形成成分的偏析，導(dǎo)致產(chǎn)品成分均勻性差；(3)、某些易揮發(fā)、易燒損摻配合金元素的實(shí)收率低；(4)、整個工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高；(5)、熔配過程中，容易造成其它雜質(zhì)元素的增加。熱還原法可以生產(chǎn)含量較高的鋁基中間合金，但是由于高溫氧化，容易產(chǎn)生氧化夾雜，導(dǎo)致鋁基中間合金品質(zhì)較低。電解法生產(chǎn)鋁基中間合金是較先進(jìn)的工藝方法，但是由于受到電解工藝條件、鋁基中間合金濃度等條件限制，有效合金成分的含量偏低，一般含量為0. 5% -2. 0%，不能滿足中間合金的成分控制要求，難以直接用于生產(chǎn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的鋁基中間合金。公開號為CN101514418A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種鋁鈦合金及其制備方法，其采用主要原料為鋁含量為99. 97%至99. 99%的原鋁液及鈦含量為99. 8%至99. 9%的海綿鈦，熔煉過程使用精煉劑、鋁熔體用覆蓋劑，最終生產(chǎn)的高純鋁鈦中間合金化學(xué)成份中雜質(zhì)元素?zé)o法滿足HB5371-1987標(biāo)準(zhǔn)要求；在高純鋁合金實(shí)際生產(chǎn)中使用該方法生產(chǎn)的鋁鈦中間合金，高純鋁合金化學(xué)成份與設(shè)計要求偏差較大，雜質(zhì)元素含量及Ti元素含量無法滿足設(shè)計要求。利用已公布的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的鋁鈦中間合金存在較大的成份偏析，微量雜質(zhì)元素含量高等缺點(diǎn)，在高純鋁合金生產(chǎn)中使用，配料不能達(dá)到設(shè)計要求，導(dǎo)致鋁合金整爐報廢。綜上所述，現(xiàn)有高含量鋁基中間合金生產(chǎn)方法能耗高、污染大、資源消耗量大、工藝復(fù)雜、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過對低含量鋁基合金分離濃縮與提純，從而生產(chǎn)出高含量鋁基中間合金的工藝；在生產(chǎn)出高合金成分含量的鋁基中間合金的同時，獲得較高純度的金屬鋁，從而提高鋁及鋁合金產(chǎn)品附加值的一種高含量鋁基中間合金生產(chǎn)方法。本發(fā)明由如下技術(shù)方案實(shí)施一種高含量鋁基中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于(I)低含量鋁合金中需要分離濃縮的合金元素濃度≥0.5wt%，該合金元素密度大于鋁的密度；(2)將待分離濃縮的低含量鋁合金全部熔化且保溫，熔化溫度為該濃度下鋁合金液相線以上30-100°C，保溫時間為10-30min ；(3)熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為將熔體溫度降低至該低含量鋁合金固相線以上20-120°C，靜置時間I. 0-3. Oh ； (4)靜置時間達(dá)到之后，進(jìn)行高含量鋁基中間合金熔體和高純度鋁金屬熔體澆鑄。上述的方法，其中，該合金元素在鋁中的分配系數(shù)大于I。上述的方法，其中，在靜置分離后，將熔池中鋁合金熔體上下分層，其中下層為濃縮的高含量鋁基中間合金熔體，上層為高純度鋁金屬熔體。上述的方法，其中，對鋁合金熔體進(jìn)行溫度場控制。上述的方法，其中，低含量鋁合金全包括低含量鋁鈦合金和低含量鋁鋯合金，將低含量鋁鈦合金，其中鈦含量為0. 5-1. 5wt%、低含量鋁鋯合金，其中鋯含量為0. 5-1. 5wt%分別分離濃縮得到高含量鋁鈦中間合金，其中鈦含量為4. 0-5. 0wt%、高含量鋁鋯中間合金，其中鋯含量為5. 0-6. Owt % ;相應(yīng)分離濃縮率為40% -80% ;得到的高純度鋁金屬純度為99. 30wt%以上。上述的方法，其中可以重復(fù)步驟(2)、(3)、(4)，進(jìn)行多次分離濃縮，得到更高含量的鋁基中間合金。上述的方法，其中能夠疊加外力場，加速分離濃縮，從而提高分離濃縮率和生產(chǎn)效率。上述的方法，其中外力場為離心力場。上述的方法，其中得到的高含量鋁鈦中間合金中鈦含量極限為37wt% ;得到的高含量鋁鋯中間合金中鋯含量極限為52wt%。上述的方法，其中優(yōu)選地，步驟2)將待分離濃縮的低含量鋁合金全部熔化且保溫，熔化溫度為該濃度下鋁合金液相線以上70°C，保溫時間為20min ；(3)熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為將熔體溫度降低至該低含量鋁合金固相線以上90°C，靜置時間2h ；上述的方法，其中優(yōu)選地，步驟2)將待分離濃縮的低含量鋁合金全部熔化且保溫，熔化溫度為該濃度下鋁合金液相線以上50°C，保溫時間為25min ；(3)熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為將熔體溫度降低至該低含量鋁合金固相線以上70°C，靜置時間2. 5h ；—種實(shí)施上述方法的裝置，該裝置包括如下部件鋁熔體熔池、加熱裝置、鑄造裝置，其中鋁熔體熔池可以是熔化保溫爐或坩堝；加熱裝置可以是感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置或天然氣加熱裝置；鑄造裝置可以是鋁錠水平鑄造機(jī)、鋁錠豎井鑄造機(jī)或金屬鑄造模具。
其中，通過加熱裝置預(yù)熱鋁熔體熔池，熔池內(nèi)部溫度控制在200°C以上。其中，在生產(chǎn)過程中，低含量鋁基中間合金用量根據(jù)鋁熔體熔池容量確定；檢查鋁熔體熔池、加熱裝置、鑄造裝置，并使之處于完好狀態(tài)。高含量鋁基中間合金與高純度鋁金屬化學(xué)成分分析使用化學(xué)法、直讀光譜法等分析方法對高含量鋁基中間合金中合金元素含量和高純度鋁金屬純度進(jìn)行分析。低含量鋁基合金是指合金元素含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁中間合金》以及美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)體系中(灰色手冊《鋁中間合金國際牌號和化學(xué)成分》)含量的鋁基合金，來源于國內(nèi)外市場，很容易得到。 分配系數(shù)是指一定溫度下，處于平衡狀態(tài)時，組分在固定相中的濃度和在流動相中的濃度之比，以K表示。本申請低含量鋁基合金表示其中有效合金成分含量低的鋁基合金，高含量鋁基中間合金表示其中有效合金成分含量高的鋁基中間合金。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用合金元素在鋁中溶解度隨溫度變化的特點(diǎn)，及其在液態(tài)鋁中形成的金屬間化合物在熔點(diǎn)、密度及電導(dǎo)率等物理性質(zhì)與鋁的差異，在保證較高的高含量鋁基中間合金分離濃縮率和生產(chǎn)效率的條件下，找出最佳的分離濃縮溫度場，在重力場或外力場的作用下將液態(tài)低含量合金中的合金元素進(jìn)行有效的分離，實(shí)現(xiàn)合金元素的濃縮化與基體鋁的提純，同時制備出高含量鋁基中間合金和高純度鋁金屬。如將低含量鋁鈦合金(A1-0. 5-1. 5% wtTi)、低含量鋁鋯合金(A1-0. 5-1. 5% wtZr)通過該分離濃縮和提純技術(shù)制備的高鈦鋁合金，鈦含量能夠達(dá)到4. 0%以上；高鋯鋁基中間合金，鋯含量能夠達(dá)到5. 0%以上；分離濃縮率為40-80wt% ;高純度鋁金屬鋁含量在99. 30%以上。本發(fā)明具有工藝流程短，減少了資源浪費(fèi)，降低能耗，與對摻法相比較，成本低，產(chǎn)品質(zhì)量聞，推廣價值聞等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :工藝過程依次包括有如下步驟(I)、原材料及裝置準(zhǔn)備原材料為低鈦鋁合金(A1-1. 0% WtTi):固態(tài)，合金中鈦含量為I. 0%，具體合金化學(xué)成分見表I。表I低鈦鋁合金化學(xué)成分)
~fi ~FeSiNi ~B I-VAl
~LO 020 OTTO 0.008 0.004 002 余量裝置為I. 0噸碳化硅坩堝、感應(yīng)加熱裝置、鋁錠鑄模。(2)、碳化硅坩堝預(yù)熱通過感應(yīng)加熱裝置預(yù)熱碳化硅坩堝，碳化硅坩堝內(nèi)部溫度控制在600_700°C之間。(3)、熔化和保溫固體低含量鋁鈦合金裝入預(yù)熱碳化硅坩堝之后，感應(yīng)加熱溫度控制900°C -980°C，熔化以后進(jìn)行保溫，保溫時間20-25min。(4)、靜置分離熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為700-750°C，靜置時間2. 0-2. 5h0(5)、高含量鋁基中間合金與高純度鋁金屬鑄造靜置時間達(dá)到之后，將坩堝內(nèi)鋁合金熔體倒入鋁錠鑄模中。先鑄造的為高純度鋁金屬，后鑄造的為聞欽招基中間合金。(6)、化學(xué)成分分析從高鈦鋁基中間合金鑄錠上截取分析樣，使用化學(xué)法進(jìn)行化學(xué)成分分析，鈦含量為4. 0-5. Owt %，重量為120-150kg，分離濃縮率為70-74wt% ;從高純度鋁金屬鑄錠上截取分析樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，鋁金屬純度為99. 30-99. 40wt%。注釋分離濃縮率經(jīng)過分離濃縮后所得到的高含量鋁基中間合金中合金元素質(zhì)量與原有低含量鋁基中間合金中合金元素質(zhì)量百分比。P = (G 高 *N 高)/(G 低 *N 低))*100%p-----分離濃縮率；Gs--------分離濃縮后所得到的高含量鋁基中間合金質(zhì)量；Ns-----分離濃縮后所得到的高含量鋁基中間合金濃度；Gffi-----原有低含量招基中間合金質(zhì)量；Nffi-----原有低含量招基中間合金濃度；實(shí)施例2:工藝過程依次包括有如下步驟(I)、原材料及裝置準(zhǔn)備原材料為低錯招基中間合金(A1-1. 20% wtZr):固態(tài),具體合金化學(xué)成分見表2。裝置為I. 0噸碳化硅坩堝、感應(yīng)加熱裝置、鋁錠鑄模。表2低鋯鋁基中間合金化學(xué)成分)
權(quán)利要求
1.一種高含量鋁基中間合金的生產(chǎn)方法，其特征在于 (1)低含量鋁合金中需要分離濃縮的合金元素濃度>O. 5wt%，該合金元素密度大于鋁的密度； (2)將待分離濃縮的低含量鋁合金全部熔化且保溫，熔化溫度為該濃度下鋁合金液相線以上30-100°C，保溫時間為10-30min ； (3)熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為將熔體溫度降低至該低含量鋁合金固相線以上20-120°C，靜置時間I. 0-3. Oh ； (4)靜置時間達(dá)到之后，進(jìn)行高含量鋁基中間合金熔體和高純度鋁金屬熔體澆鑄。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，該合金元素在鋁中的分配系數(shù)大于I。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在靜置分離后，熔池中鋁合金熔體上下分層，其中下層為濃縮的高含量鋁基中間合金熔體，上層為高純度鋁金屬熔體。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，對鋁合金熔體進(jìn)行溫度場控制。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，低含量鋁合金全包括低含量鋁-鈦合金和低含量鋁-鋯合金，將低含量鋁鈦合金，其中鈦含量為O. 5-1. 5wt%、低含量鋁鋯合金，其中鋯含量為O. 5-1. 5wt%分別分離濃縮得到高含量鋁鈦中間合金，其中鈦含量為4. 0-5. 0wt%、高含量鋁鋯中間合金，其中鋯含量為5. 0-6. Owt% ;相應(yīng)分離濃縮率為40% -80% ;得到的高純度鋁金屬純度為99. 30wt%以上。
6.如權(quán)利要求1-5所述的方法，其中可以重復(fù)步驟(2)、(3)、(4)，進(jìn)行多次分離濃縮，得到更高含量的鋁基中間合金。
7.如權(quán)利要求1-5所述的方法，其中能夠疊加外力場，加速分離濃縮，從而提高分離濃縮率和生產(chǎn)效率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中外力場為離心力場。
9.如權(quán)利要求1-5所述的方法，其中得到的高含量鋁鈦中間合金中鈦含量極限為37wt% ;得到的高含量鋁鋯中間合金中鋯含量極限為52wt%。
10.一種實(shí)施權(quán)利要求1-9所述方法的裝置，該裝置包括如下部件鋁熔體熔池、加熱裝置、鑄造裝置，其中鋁熔體熔池可以是熔化保溫爐或坩堝；加熱裝置可以是感應(yīng)加熱裝置或電阻加熱裝置或天然氣加熱裝置；鑄造裝置可以是鋁錠水平鑄造機(jī)、鋁錠豎井鑄造機(jī)或金屬鑄造模具。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高含量鋁基中間合金生產(chǎn)方法。其包括如下步驟，低含量鋁合金中需要分離濃縮的合金元素濃度≥0.5wt％，該合金元素密度大于鋁的密度；將待分離濃縮的低含量鋁合金全部熔化且保溫，熔化溫度為該濃度下鋁合金液相線以上30-100℃，保溫時間為10-30min；熔化保溫時間達(dá)到之后，進(jìn)行靜置分離，靜置溫度為將熔體溫度降低至該低含量鋁合金固相線以上20-120℃，靜置時間1.0-3.0h；靜置時間達(dá)到之后，進(jìn)行高含量鋁基中間合金熔體和高純度鋁金屬熔體澆鑄。本發(fā)明具有工藝流程短，降低能耗，減少了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，與傳統(tǒng)對摻法相比，成本可降低15％以上，具有產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C22C21/00GK102732753SQ20121020152
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者劉金龍, 栗爭光, 沈利, 王云利, 王俊, 翟寶辰, 趙洪生, 邢戈斌, 郭有軍, 郭艷萍, 金建華, 韓延峰 申請人:上海交通大學(xué), 包頭鋁業(yè)有限公司