一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量錳添加劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金的添加劑領(lǐng)域，具體涉及一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量錳添加 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)，而合金添加元素在熔融鋁中的熔解是合金化的重 要過程。
[0003] 目前，合金添加元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實(shí)施時(shí)，鋁合金熔鑄的溫度 通常為710-750°c，對(duì)于低熔點(diǎn)或熔解度大的合金元素如硅鎂、銅等直接以單質(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)或溶解度小的合金元素，由于與鋁的 熔點(diǎn)差距較大，若將其以單質(zhì)的形式加入到鋁液中熔解，則溶解爐的溫度需達(dá)到l〇〇〇°C以 上，而這樣又會(huì)造成鋁液的汽化，且溶解爐內(nèi)的鋁液易與周圍的氧氣、氫氣、水等發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，形成難以去除的雜質(zhì)，導(dǎo)致鋁合金性能的偏差過大，不符合鋁合金性能的要求，從而 導(dǎo)致鋁合金的報(bào)廢，造成浪費(fèi)；另外，將溶解爐升溫至1000°C以上需耗費(fèi)更多的能量，且升 溫時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致成本高、效率低。
[0004] 為了避免上述不足，人們采用中間合金熔解的方式來降低合金元素熔解時(shí)所需 要的溫度，然而，為了保證低溫熔解，中間合金中合金元素的比例就不易過大，現(xiàn)有的中間 合金的合金元素的含量大致占中間合金的20%左右，對(duì)于制造錳含量為1. 5%的錳鋁合金 時(shí)，需要向20噸的鋁液中加入大概1. 62噸的中間合金。由于投入的中間合金較多，一次投 入的量大，則鋁液的溫度就會(huì)降低，從而無法熔解所有的中間合金；因此需要分多次進(jìn)行投 放，且為了保證每次投放的中間合金均能夠完全熔解，則每次投放的質(zhì)量不能過多；由于是 多次投放，因此整個(gè)熔解時(shí)間就會(huì)較長(zhǎng)，而鋁液長(zhǎng)時(shí)間與大氣中的氧氣、氫氣、水蒸氣等其 他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成的雜質(zhì)增多，導(dǎo)致鋁合金的品質(zhì)降低，且整個(gè)過程耗能高、效率低。 [0005]目前，為了解決上述問題，人們已經(jīng)想到將金屬猛、鐵、鉻等粉碎，再于其中添加助 熔劑，并將其制成固定形狀，即錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑。當(dāng)將錳添加劑、鐵添加劑、 鉻添加劑投入到溶解爐中時(shí)，助熔劑在鋁液中迅速發(fā)生爆炸式反應(yīng)，并放出大量的熱量，該 大量的熱量能使錳、鐵、鉻的溫度迅速上升至其分別的熔解溫度，從而實(shí)現(xiàn)熔解。然而，現(xiàn)有 的錳添加劑、鐵添加劑、鉻添加劑都需要大量的助熔劑才能實(shí)現(xiàn)在710-750°C下將猛、鐵、鉻 熔解，使得錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑中的有效元素含量較低，即將錳添加劑、鐵添加 劑、鉻添加劑投入鋁液中時(shí)，引入的雜質(zhì)元素較多，使得鋁合金質(zhì)量差。特別地，現(xiàn)有錳添加 劑中猛元素的含量通常只能達(dá)到85%。
[0006] 其次，為了避免添加劑產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中松散，通常要將添加劑產(chǎn)品壓制成密度 較高的餅狀或球狀，現(xiàn)有的用于鋁合金生產(chǎn)的錳添加劑密度通常大于5. Og/cm3,但是對(duì)于 密度較高的添加劑產(chǎn)品，有如下的問題：1、熔解比較緩慢，熔解時(shí)間通常為20min以上，熔 解時(shí)間長(zhǎng)；2、加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一旦沉底，一方面會(huì)導(dǎo)致錳粉熔解速度減慢， 另一方面會(huì)導(dǎo)致錳粉溶解后分散不均勻；3、較密實(shí)的添加劑產(chǎn)品在熔解過程中表面會(huì)形成 致密的保護(hù)膜，從而導(dǎo)致內(nèi)部無法繼續(xù)熔解，這樣就會(huì)使回收率（即錳的熔解率）較低，目 前，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解溫度為710-750°C，15min時(shí)達(dá)到最高錳回收率 80%〇
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，其熔解時(shí)間較長(zhǎng)，熔解溫度較高，錳回 收率較低，熔解時(shí)間、熔解溫度、錳回收率均有待進(jìn)一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種熔解時(shí)間短、熔解溫度低、錳回收率高的用 于生產(chǎn)鋁合金的高含量錳添加劑。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含 量錳添加劑，其為原料粉末壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述原料粉末包括錳粉、鋁粉、鐵 粉和助熔劑，所述錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑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)為：錳粉86% -97%，鋁粉2. 39% -6. 39%，鐵粉0% -6%，助熔劑 0. 01% -0. 05 %，表面活性劑0. 5% -2 %，上述成分壓制成型后的密度為3. 0-5. Og/cm3。
[0010] 采用本發(fā)明技術(shù)方案的錳添加劑，錳粉的含量高達(dá)86% -97%，從而錳添加劑熔 解于鋁液中時(shí)，引入的雜質(zhì)含量少，鋁合金的質(zhì)量好。
[0011] 錳添加劑各成分中，錳是錳添加劑的主元素，錳加入鋁合金中可以起到細(xì)化晶粒、 增強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度和塑性的作用；鋁粉在錳添加劑壓制的過程中可起到一個(gè)粘接粉末的作 用，便于錳添加劑成型，且鋁是鋁合金的主要元素，于錳添加劑中加入鋁粉不會(huì)造成雜質(zhì)的 增加。
[0012] 鐵粉和表面活性劑可起到聚合粉末的作用，實(shí)施時(shí)，鐵粉和表面活性劑對(duì)錳添加 劑原料粉末作用，促使原料粉末在壓力較小的條件下亦能成型，節(jié)省能量。另外，錳的密度 為7. 87g/cm3,鋁的密度為2. 7g/cm3,鐵的密度為5. 6g/cm3,助溶劑的密度通常為0. 9-1. lg/ cm3,因此，錳含量越高，密度越大，現(xiàn)有錳添加劑錳含量最高為85 %，而其密度通常最小也 有5. Og/cm3,若進(jìn)一步減小，則會(huì)裂開；然而本發(fā)明中，由于鐵粉和表面活性劑的作用，使得 錳添加劑密度在錳含量達(dá)86 % -97 %的情況下亦可小至3. 0-5. Og/cm3而不會(huì)裂開，因此， 相比現(xiàn)有錳添加劑，本發(fā)明的錳添加劑更松散，錳添加劑中各粉末之間的作用力更小，即熔 解分散時(shí)需要的能量更少，分散更容易，熔解更容易，即熔解所需的溫度更低，時(shí)間更短。
[0013] 其次，本發(fā)明錳添加劑熔解于鋁液中時(shí)，鐵粉和助熔劑迅速發(fā)生放熱反應(yīng)，釋放出 大量的熱量，使得錳添加劑各粉末顆粒迅速升溫，從而使得錳添加劑更快地熔解于鋁液中， 且由于反應(yīng)本身會(huì)放出大量的熱量，使得錳粉能在較低的溫度下便可溶解于鋁液中，熔解 溫度低，熔解時(shí)間短。且鐵粉和表面活性劑可使得錳添加劑粉末逐漸散開，而散開的粉末顆 粒隨及便可溶解于鋁液中，加上各原料粉末均是在惰性氣體保護(hù)下粉碎，吸入的氧較少，從 而避免了粉末快速散開時(shí)吸附較多的氧而燒損，保證了錳添加劑中錳的回收率高，且使得 本發(fā)明錳添加劑中含有較多的細(xì)顆粒粉末亦能順利地熔解于鋁液中。
[0014] 另外，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，在熔解的過程中，添加劑產(chǎn)品 會(huì)在鋁熔體內(nèi)上下浮動(dòng)，熔解速度加快，大大縮短了添加劑熔解時(shí)間，且錳粉熔解后在鋁熔 體中分散更均勻；而且表面活性劑還可起到減小錳添加劑與鋁液相界面間的表面張力的作 用，從而使得錳添加劑更容易熔解于鋁液中，進(jìn)一步降低了熔解溫度，縮短了熔解時(shí)間。
[0015] 以下是基于上述方案的優(yōu)選方案：
[0016] 優(yōu)選方案一：所述錳粉93 %，鋁粉3 %，鐵粉1 %，助熔劑1 %，表面活性劑1 %，上 述成分壓制成型后的密度為4. 2g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述配比和密度的添加劑產(chǎn)品 熔解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0017]優(yōu)選方案二：所述錳粉97%，鋁粉2. 4%，鐵粉0.04%，助熔劑0.01%，表面活性劑 0. 55%，上述成分壓制成型后的密度為5g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述配比和密度的添加 劑產(chǎn)品熔解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0018] 優(yōu)選方案三：所述錳粉86 %，鋁粉6. 39 %，鐵粉0. 61 %，助熔劑5 %，表面活性劑 2%，上述成分壓制成型后的密度為3g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述配比和密度的添加劑 產(chǎn)品熔解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0019] 優(yōu)選方案四：所述錳粉95%，鋁粉2. 39%，鐵粉0. 1%，助熔劑2. 01%，表面活性劑 0. 5%，上述成分壓制成型后的密度為4g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述配比和密度的添加 劑產(chǎn)品熔解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0020]優(yōu)選方案五：所述錳粉87. 3 %，鋁粉2. 5 %，鐵粉6 %，助熔劑0.5 %，表面活性劑 0. 7%，上述成分壓制成型后的密度為3. 5g/cm3。發(fā)明人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上述配比和密度的添 加劑產(chǎn)品熔解時(shí)間、錳回收率均較優(yōu)。
[0021] 優(yōu)選方案六：基于上述方案中的任意一項(xiàng)，還包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-3%的粘接劑。粘 接劑可進(jìn)一步起到粘接粉末、助恪的作用。
[0022] 優(yōu)選方案七：基于優(yōu)選方案六，所述粘接劑聚陰離子纖維素。
[0023] 本發(fā)明解決的另一技術(shù)問題在于提供一種用于生產(chǎn)鋁合金的高含量錳添加劑的 制備方法，其步驟包括（1)粉碎、（2)配料、（3)混料、（4)壓制、（5)干燥和（6)包裝，其中：
[0024] 步驟⑴：在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，粉碎后選取錳粉的粒度范圍為10-700目，錯(cuò)粉 的粒度范圍為60-300目，鐵粉的粒度范圍為10-700目，助熔劑的粒度范圍為60-300目；
[0025]步驟⑵和步驟⑶之間還包括步驟（A)，制備表面活性劑溶液：根據(jù)步驟2)稱 取的粉末質(zhì)量，按照〇. 5-2%的比重稱取表面活性劑，并將其配制成濃度為30%的水溶液；
[0026] 步驟（3):在惰性氣體保護(hù)下，先將步驟（2)所得的錳粉、鋁粉、鐵粉及助熔劑混合 均勻，再將步驟（A)所得的表面活性劑溶液灑入后混合均勻。
[0027] 本發(fā)明的制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于：