一种炉外法中间合金熔体三级净化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种炉外法中间合金熔体三级净化系统及方法，涉及中间合金熔体净化技术领域。所述净化方法包括：熔池底部依次铺入复合净化剂、第二冷却剂，熔池与反应室间置入过滤板，待触发反应后一定时间内均匀撒入浮渣增收剂。本系统中浮渣增收剂、陶瓷过滤板、复合净化剂的三级净化可有效去除中间合金熔体中98％以上夹杂物，可一次性满足航空航天级中间合金的高纯净度要求。且本发明专利技术净化方法操作简单，成本低，应用时也不需要更改传统炉外法反应装置，具有极大工业应用价值。具有极大工业应用价值。具有极大工业应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种炉外法中间合金熔体三级净化系统及方法


[0001]本专利技术涉及中间合金熔体净化
，特别涉及一种适用于炉外法生产中间合金过程中实现熔体三级净化的系统与方法。

技术介绍

[0002]中间合金被誉为工业味精，被广泛应用于各种金属材料的制备过程中。随着我国军事及民用科技领域的快速发展，对工业基础材料中间合金的要求也越来越高，尤其是航空航天级中间合金材料，纯净度要求越来越严格。
[0003]现有技术中，关于金属熔体净化技术方面研究铝合金、镁合金的比较多，如专利CN103820648A公开了一种采用上部气体旋转喷吹净化，下部泡沫陶瓷过滤的方式对镁合金熔体进行净化的方法；专利CN1292082C公开了一种采用上下部同时向熔体中吹入惰性气体N2实现铝合金熔体净化的方法。但该类方法均不适用于炉外法中间合金工业生产过程中，因为，(1)该类净化方法均需要敞开式的操作空间，而炉外法熔池是完全密闭的；(2)中间合金对杂质要求比较严格，常用的精炼气体N2等在中间合金中是杂质气体元素，而Ar2又没办法通入密闭熔池内，所以在精炼气体选择上存在困难。目前，中间合金的净化方式主要为两步法，即通过真空感应熔炼对炉外法中间合金锭进行精炼实现，如专利CN101906546B。但该净化方法流程长、设备要求高、生产成本高，且杂质去除仅靠电磁搅拌作用，杂质去除率较低。
[0004]因此，有必要研究一种直接适用于炉外法制备中间合金，成本低、操作简单，同时又净化效果明显的中间合金熔体净化方式，用来应对现有技术的不足。

技术实现思路
<br/>[0005]有鉴于此，为了解决现有熔体净化技术不适用于炉外法制备中间合金过程，而两步法又存在处理流程长、设备要求高、生产成本高、杂质去除率低的技术问题，本专利技术提供了一种可直接用于炉外法中间合金熔体的三级净化系统与方法。
[0006]本专利技术通过浮渣增收剂延长了渣、金维持液态时间，使大尺寸夹杂物自然上浮去除几率增大，通过内置泡沫陶瓷过滤板实现对20μm以上夹杂物的有效去除，而分布在熔池底部的复合净化剂通过浮游+溶剂双重净化作用对通过过滤板的合金液中20μm以下夹杂颗粒实现净化清洁。通过对不同尺寸夹杂物的针对性去除，实现了中间合金熔体的高纯净性。
[0007]为实现上述目的，具体方案内容如下：
[0008]本专利技术提供了一种炉外法中间合金熔体三级净化系统，所述净化系统包括炉体，位于所述炉体中间的过滤板；且所述过滤板将所述炉体分为熔池与反应室两部分；其中，
[0009]所述熔池底部依次铺入复合净化剂、第二冷却剂；所述过滤板铺入第一冷却剂。
[0010]需要说明的是，熔池内部，第二冷却剂上为中间合金熔体，反应室内在第一冷却剂上层置入反应原料。
[0011]本专利技术还提供了一种炉外法中间合金熔体三级净化方法，所述方法基于上述净化
系统完成，具体包括以下步骤：
[0012](1)布料：在反应熔池底部平铺一层复合净化剂，在复合净化剂上层均匀平铺一层第二冷却剂，炉体中部置入泡沫陶瓷过滤板，过滤板上铺入一层第一冷却剂，在第一冷却剂上层置入待反应原料；
[0013](2)利用点燃的镁屑或其他方式触发铝热反应进行；
[0014](3)待反应后，无明显火焰时均匀投入浮渣增收剂；
[0015](4)冷却一段时间后，出炉得到净化后成品锭。
[0016]可选地，所述步骤(3)中浮渣增收剂成分组成为：Al粉、MeOx、CaF6，其中MeOx为反应原料体系内充当被还原物质的金属氧化物或非金属氧化物，原则为使合金体系内不引入其他元素。
[0017]进一步的，所述步骤(3)中浮渣增收剂添加量为反应原料中还原剂和氧化剂总质量的5
‑
10％，其中Al粉与MeOx的添加比例结合铝热反应方程式及合金品位计算，造渣剂CaF6添加量为浮渣增收剂中还原剂与氧化剂总量的6
‑
8％。
[0018]关于其添加时机：对应不同反应加入时机不同，剧烈反应结束后，火焰消失后1
‑
5s内添加。且添加时间建立在大量试验基础上总结而出，添加过早，反应体系存在明火，冒然加入大量金属粉末形成粉尘，受热易爆炸；而加入太晚，反应炉内熔渣温度太低，又不能触发反应进行。
[0019]本专利技术通过浮渣增收剂的放热作用，保持熔渣及合金液的熔融状态，浮渣增收剂反应过程中产生的合金液滴穿过熔渣层时可以将渣层中夹裹的合金小液滴带出，最终落入合金熔池内，起到净化渣层、提高合金收率的作用。同时，浮渣增收剂的高放热量也延长了熔池内合金液维持液态状态的时间，给合金液中大尺寸夹渣上浮留存充足时间，使渣金分离效果得到强化，使合金液中夹渣(主要是耐火材料渣、反应炉渣Al2O3等)含量大幅降低，起到合金熔体初步净化作用。
[0020]可选地，所述步骤(1)中泡沫陶瓷过滤板的作用为用于去除20μm以上的夹杂物，其选用规格为50
‑
70ppi，厚50mm，过滤效率可达97％以上；
[0021]进一步的，所述泡沫陶瓷过滤板也可以选用30
‑
(50
‑
70)ppi双层过滤板，过滤效果可达近99％以上，但成本增加明显。
[0022]且，泡沫陶瓷过滤板材质优选氧化铝材质，避免了合金中引入其他杂质；
[0023]泡沫陶瓷过滤板于第二级净化的原因：初级净化前，熔体内大尺寸夹杂物较多，若直接使用过滤板过滤，易使过滤孔塞堵，使过滤板过滤效果降低，不能达到预期效果。
[0024]可选地，所述步骤(1)中复合净化剂的成分及含量为：C2Cl6与MnCl2含28
‑
35％wt、NaCl、KCl与MgCl2含有60
‑
72％wt、CaO含2
‑
3％、Na3AlF6与CaF2含3
‑
5％，其中混合物中C2Cl6与MnCl2的质量比为5:2，NaCl、KCl与MgCl2的质量比为2:2:1，Na3AlF6与CaF2的质量比为5:3。
[0025]进一步的，上述复合净化剂成分中的物质纯度均大于99.8％，复合净化剂使用量为所得合金熔体质量的0.7
‑
1.5％。
[0026]所述复合净化剂的作用为去除20μm以下夹杂物；
[0027]所述步骤(1)中复合净化剂中，C2Cl6与MnCl2作为精炼气体生成剂，在合金液渗下后受热分解并与Al熔体发生反应生成Cl2及AlCl3气体，起到气体直接吸附除渣的作用，同时该生成的气泡表面又裹挟大量的与氧化铝夹渣具有较强润湿和吸附能力的NaCl、KCl与
MgCl2等盐类，起到溶解吸附净化作用，NaCl、KCl与MgCl2等氯盐还起到降低气体生成剂反应速率、强化精炼效果的作用，而Na3AlF6与CaF2的作用为提高了合金液与溶剂间的表面张力，增加了溶剂的可分离性，对该精炼剂体系起到强化促进作用。
[0028]常规铝合金等有色金属熔体精炼过程中，以氩气或氮气为精炼气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炉外法中间合金熔体三级净化系统，其特征在于，所述净化系统包括炉体，位于所述炉体中间的过滤板；且所述过滤板将所述炉体分为熔池与反应室两部分；其中，所述熔池底部依次铺入复合净化剂、第二冷却剂；所述过滤板铺入第一冷却剂。2.一种炉外法中间合金熔体三级净化方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1所述净化系统完成，具体包括以下步骤：(1)布料：在反应熔池底部平铺一层复合净化剂，在复合净化剂上层均匀平铺一层第二冷却剂，炉体中部置入泡沫陶瓷过滤板，过滤板上铺入一层第一冷却剂，在第一冷却剂上层置入待反应原料；(2)利用点燃的镁屑或其他方式触发铝热反应进行；待反应结束后，无明显火焰时均匀投入浮渣增收剂；冷却，出炉得到净化后成品锭。3.根据权利要求2所述的一种炉外法中间合金熔体三级净化方法，其特征在于，所述步骤(1)中复合净化剂按照质量百分比计，包括：C2Cl6与MnCl2的混合物28
‑
35％、NaCl、KCl与MgCl2的混合物60
‑
72％wt、CaO2
‑
3％、Na3AlF6与CaF2的混合物3
‑
5％；其中混合物中C2Cl6与MnCl2的质量比为5:2，NaCl、KCl与MgCl2的质量比为2:2:1，Na3AlF6与CaF2的质量比为5:3。4.根据权利要求3所述的一种炉外法中间合金熔体三级净化方法，其特征在于，复合净化剂成分中的物质纯度均大于99.8％，复合净化剂使用量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志军，孟旭，唐建民，王巍，刘强，朱嘉琪，张吉，李晓冉，何建成，关淑平，
申请(专利权)人：承德天大钒业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：