一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法技术

本发明专利技术是一种低成本熔盐铝热还原制备钙铝脱氧剂的方法，属合金制备领域。本发明专利技术直接采用熔盐电解获得的电解原铝液为原料，以CaCl2-CaF2熔盐为覆盖剂及反应介质，无需气氛保护，将混合均匀的氧化钙、氯化钙、氟化钙制粒(块)后加入铝液中，经搅拌并充分反应后静置，经热过滤后浇铸获得铝钙合金。所得合金中钙的质量分数为1%~35%，余量为铝，杂质含量满足高品质钢脱氧剂的需求，熔盐经回收氯化钙及氟化钙重复利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及熔盐铝热还原法制备铝钙合金，属于合金制备领域。
技术介绍
铝作为一种强脱氧剂广泛用于炼钢生产中脱氧，尤其是低碳低硅铝镇静钢（如薄板、石油天然气管线钢等）。当钢种[Al]s=0.02%～0.05时，与之平衡的氧含量可以控制在2~6ppm。但用铝脱氧的脱氧产物全部为Al2O3，其危害在于：1、Al2O3熔点高（2000℃以上），在钢水中呈固态；2、可浇性差，容易堵塞水口；3、Al2O3可塑性差，不易变形，影响钢材塑性加工，尤其容易造成深冲薄板的表面缺陷。因此，铝脱氧后必须采用价格昂贵的钙对钢水进行处理，调整钢中夹杂物的类型和分布，使脱氧产生的Al2O3转变成复合氧化物12CaO·7Al2O3。由于这种复合氧化物的熔点较低，仅为1455℃左右，在炼钢温度下呈液态，因此有助于消除钢中粒状的共晶夹渣物，从而达到净化钢水，减少水口堵塞的目的。同时残留在钢中的12CaO·7Al2O3呈细小球状，变质后的夹渣物对钢基体润湿性低、界面能高、接触角大，热轧时不易被拉长，不容易出现钢的各向异性并能细化钢组织，减少夹杂物对钢材性能的不利影响。目前钢厂对低碳低硅铝镇静钢进行钙处理通常采用钙包芯线、钙铁包芯线、纯钙线等钙制品。国内市场还原钙价格在19500元/吨左右，电解钙价格在44000元/吨左右，因此直接采用金属钙还原，生产成本较高并且容易造成钙的烧损。采用铝钙合金的形式向钢液中加入钙可以有效避免钙的烧损，脱氧产物为多元渣，更易于排除；与直接采用金属钙处理相比，铝钙合金脱氧的生产成本更低且精炼效率较高。目前，铝钙合金的生产方法主要有对掺法、金属热还原法和熔盐电解法，其中对掺法金属烧损大，产品成分不均匀，生产成本高；金属热还原法工艺复杂，反应温度高；熔盐电解法电流效率较低、能耗高、污染大。因此，开发低成本铝钙合金制备工艺具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有铝钙合金制备工艺的不足，采用氯化物-氟化物混合熔盐体系，以氧化钙和电解原铝液为原料，通过熔盐铝热还原法制备铝钙合金，该方法可缩短生产流程，显著降低能耗，是一种低成本制备铝钙合金的方法。本专利技术采用电解原铝液为还原剂和合金成分，以氧化钙为原料，氯化钙、氟化钙混合熔盐为覆盖剂及溶剂，采用熔盐铝热还原法制备铝钙合金。本专利技术的技术方案包括如下步骤：(1)直接从铝电解槽中抽取液态电解原铝液倒入炉中保温。(2)向炉中加入一定成分配比的CaCl2-CaF2熔盐作为覆盖剂，避免铝液的氧化。(3)将一定配比的氯化钙、氟化钙、氧化钙混合均匀后制粒或压块，所得料团经干燥后加入铝液中，搅拌并维持铝液温度为800~1100℃。(4)金属液静置后热过滤，浇铸制得铝钙合金。(5)回收利用氯化钙及氟化钙熔盐。步骤(3)中熔盐的比例为m(CaO):m(CaCl2):m(CaF2)=(0~10):(0~30):(60~100)。本专利技术制备的铝钙合金成分为：Ca质量分数为1%~35%，Fe≤0.1%，Si≤0.5%，S≤0.05%，P≤0.04%，C≤0.05%，其余为铝及原料中带入的少量杂质，杂质含量总和低于1%。与现有工艺相比，本专利技术直接采用电解原铝液为原料，省去了重熔加热过程，降低能耗，节约成本；以廉价的氧化钙为原料，采取熔盐热还原方法，显著地降低了还原温度，使用熔盐覆盖合金表面，无需气氛保护，可减少了烧损，提高了金属回收率；将熔盐制粒或压片后加入，可以增加其与铝液的接触面积，增大反应速率，提高生产效率；炉渣回收利用工艺简单，可进一步降低了生产成本。本专利技术方法所生产的铝钙合金成分满足高效无硅复合脱氧剂的要求，杂质含量低，成分均匀，原料利用率高，生产成本较低，对环境无污染，是一种铝钙合金生产新工艺，具有广阔的工业应用前景。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于下述的实施例。案例一：称取CaF2150g，CaCl2850g，CaO400g混合均匀后制粒，在300℃下真空干燥24h。取600g铝液倒入坩埚置于炉中，加入熔盐进行表面覆盖，使温度保持在850℃，加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min，然后每隔20min搅拌一次，保温60min后过滤金属液和熔盐，熔盐冷却后磨细可回收利用，金属液浇铸得到铝钙合金。合金经化学分析各成分含量为：Ca21.68%，Al77.40%，Si0.33%，Fe0.08%，S0.03%，C0.02%，P0.03%。案例二：称量CaF2300g，CaCl21500g，CaO700g混合均匀后制粒，在300℃下真空干燥24h。取1.2kg铝液倒入坩埚置于炉中，加入熔盐进行表面覆盖，使温度保持在950℃，加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min，然后每隔10min搅拌一次，保温40min后过滤金属液和熔盐，熔盐冷却后磨细可回收利用，金属液浇铸得到铝钙合金。合金经化学分析各成分含量为：Ca19.68%，Al79.51%，Si0.33%，Fe0.08%，S0.03%，C0.02%，P0.03%。案例三：称量CaF2800g，CaCl23kg，CaO1.5kg混合均匀后制粒，在300℃下真空干燥24h。取2.5kg铝液倒入坩埚置于炉中，加入熔盐进行表面覆盖，使保持在1000℃，加入经干燥的熔盐颗粒熔化后搅拌3min，然后每隔20min搅拌一次，保温60min后过滤金属液和熔盐，熔盐冷却后磨细可回收利用，金属液浇铸得到铝钙合金。合金经化学分析各成分含量为：Ca22.58%，Al76.53%，Si0.38%，Fe0.06%，S0.03%，C0.03%，P0.03%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法，其特征在于直接采用工业电解原铝液，生产成本较低；采用CaCl2‑CaF2熔盐作为覆盖剂及反应介质；氧化钙、氯化钙、氟化钙混合均匀后制粒或压块，颗粒直径0.5~5cm；还原温度为800~1100℃。

【技术特征摘要】
1.一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法，其特征在于直接采用工业电解原铝液，生产成本较低；采用CaCl2-CaF2熔盐作为覆盖剂及反应介质；氧化钙、氯化钙、氟化钙混合均匀后制粒或压块，颗粒直径0.5~5cm；还原温度为800~1100℃。2.根据权利要求1所述的一种用电解原铝液熔盐热还原制备铝钙合金的方法，其特征在于CaCl2-CaF2熔盐覆盖剂配比为氯化钙为总量的（质量百分数，下同...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奎仁，陈建设，韩庆，孔亚鹏，高腾跃，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21