一种高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法与流程

本发明涉及有色金属冶炼，具体涉及一种高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法。

背景技术：

1、高硅铝合金是指硅质量分数较高的铝硅合金体系，即当产品中硅质量分数达到或超过12%。由于硅的熔点高达1410℃，远高于铝的熔点660℃，为使硅充分熔化，通常需要将铝液温度提升至较高区间，此时硅块易漂浮至铝液表面并与高温空气接触，发生氧化生成二氧化硅（sio2）从而引起硅烧损和成分偏离。

2、传统生产工艺流程如下：将预先计算添加量的预热工业硅块及其他辅料一次性投入炉内，关闭炉门，然后经高温铝液入口灌入铝液进行高温熔炼。该工艺采用一次性投料的目的在于避免中途频繁开启炉门造成热量损失和外部空气进入。然而炉门关闭仅实现物理隔绝，并不能主动排出炉膛内既有空气，在含氧气氛条件下，炉膛气相中的氧气和水蒸气仍可与铝液、硅块及熔体表面富硅液膜直接接触，导致铝、硅元素氧化烧损、夹渣增加以及熔体吸气。

3、为了解决上述问题，部分现有技术提出通过分段控温和分批加硅形成半固态包裹状态，以降低硅块暴露于高温空气中的机会；另有现有技术侧重于干燥处理和低温熔炼。这些方案对于降低硅烧损具有一定作用，但仍未从炉膛气相氧分压控制的角度主动排除炉膛内的初始空气和燃烧残余空气。

4、在铝合金熔炼装备技术领域，侧壁精炼装置安装于熔炼炉或保温炉的侧壁，通过石墨转子或喷吹通道将惰性气体通入铝液中进行除气精炼，相较于传统需开启炉门、将精炼管从炉门插入的人工精炼方式，侧壁精炼装置的最大优势在于精炼过程无需打开炉门，有效减少了热量损失和外部空气的进入。此外，部分装置还具备喷粉功能，可以惰性气体为载体将颗粒状精炼剂喷射至铝液液面之下。

5、目前，侧壁精炼装置已在铝合金熔炼行业逐步获得应用，其功能定位主要集中于熔体的除氢、除渣和精炼净化。然而，现有技术尚未将该装置作为熔炼阶段炉膛气氛置换和覆盖剂喷洒的综合工艺通道加以利用。

技术实现思路

1、本发明提供一种高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，利用侧壁精炼装置在熔炼全过程持续通入氮氩混合惰性气体，并在适当温度区间喷洒复合覆盖剂，从气相和液相界面两侧协同降低硅氧化烧损。

2、为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、一种高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，包括如下步骤：

4、s1、将工业硅块及辅料加入熔炼炉后关闭炉门，灌入铝液进行熔炼；

5、s2、在熔炼过程中，通过侧壁精炼装置向炉膛内通入惰性气体置换炉膛内空气，并将置换后的气体经排烟阀门排出，同时通过所述侧壁精炼装置向熔体表面施加覆盖剂。

6、作为一种优选，所述惰性气体在装炉后或铝液灌入初期开始通入，并在熔炼期、精炼期和静置期持续通入。

7、作为一种优选，所述覆盖剂在铝液温度700~740℃时施加。

8、作为一种优选，所述惰性气体为氮气和氩气的混合气体，氮气与氩气的体积比为3:1~9:1；所述覆盖剂按质量百分比包含以下组分：nacl 30%~40%、kcl 30%~40%、na3alf610%~18%、caf28%~12%、na2sif62%~5%。

9、作为一种优选，所述氮气与氩气的体积比为4:1；所述覆盖剂按质量百分比包含：nacl 35%、kcl 35%、na3alf615%、caf210%、na2sif65%。

10、作为一种优选，所述覆盖剂的加入量为熔体质量的0.6%~1.5%。

11、作为一种优选，通入惰性气体过程中，炉膛维持微正压，炉膛气相中氧气体积分数控制在0.3%以下。

12、作为一种优选，在熔炼、精炼和静置阶段炉门保持关闭。

13、本发明的工作原理及有益效果：

14、在现有技术中，炉门关闭后炉膛内初始空气仍然存在，单纯关闭炉门只能阻止外界空气继续大量进入，并不能降低炉膛内已有氧气含量。而本申请通过侧壁精炼装置持续通入氮氩混合气，利用惰性气体对炉内空气进行置换，并借助排烟阀门排出富氧气体，使炉膛气相氧分压持续降低。氧分压降低后，硅与氧直接反应生成sio2的驱动力和反应概率同步降低，从而从气相侧抑制硅烧损。

15、侧壁精炼装置又向熔体喷入覆盖剂，覆盖剂在铝液表面熔化后形成连续液态保护膜，一方面物理隔绝熔体表面与炉膛气体，降低铝液、工业硅块和富硅液膜直接接触氧气、水蒸气的概率；另一方面，冰晶石、氟硅酸钠及caf2等氟盐组分能够改善覆盖剂对氧化膜和夹杂的润湿、剥离及吸附能力，使已生成的富硅氧化膜更易被覆盖剂吸附并随浮渣清除，减少扒渣带走金属硅的损失。

16、综上，本申请从气相侧降低氧分压、从熔体侧形成隔离层并清除氧化膜，实现气-液界面两侧同时阻断硅的氧化途径，硅烧损率可降低37.5%~47.2%，适用于硅质量分数≥12%的高硅铝合金及50吨及以上工业级熔炼炉。

17、并且，本领域技术人员长期认为侧壁精炼装置只能处理“液下”问题，存在技术偏见。现有技术中侧壁精炼装置的喷粉功能仅用于向液面以下喷射精炼剂以去除夹杂，其气体通道仅用于在液面以下形成气泡进行除氢。若将气体出口直接转向炉膛空间，装置将丧失其原有的铝液除气功能。出口位置改变后，气流方向从“向上搅动熔体”变为“水平或斜向吹扫液面”。若流量控制不当，不仅无法有效置换炉膛空气，反而会吹散液态覆盖膜、加剧熔体表面扰动，甚至引发二次氧化。本申请通过“低速连续通入+微正压闭环控制”解决了这一新产生的技术矛盾。

18、因此，本领域技术人员缺乏动机将该装置的气体出口从液下转向炉膛空间，更缺乏动机将喷洒覆盖剂与降低炉膛氧分压这两个分属不同技术问题的手段进行关联。本发明将精炼装置的用途从“熔体净化”拓展至“气氛调控+界面保护”，并非功能的简单叠加，而是通过气路复用实现了气相与液相界面两侧的协同降损，这种技术构思在现有技术中没有教导或启示。

1.一种高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，所述惰性气体在装炉后或铝液灌入初期开始通入，并在熔炼期、精炼期和静置期持续通入。

3.根据权利要求2所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，所述覆盖剂在铝液温度700~740℃时施加。

4.根据权利要求1～3任一项所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气和氩气的混合气体，氮气与氩气的体积比为3:1~9:1；所述覆盖剂按质量百分比包含以下组分：nacl 30%~40%、kcl 30%~40%、na3alf610%~18%、caf28%~12%、na2sif62%~5%。

5.根据权利要求4所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，所述氮气与氩气的体积比为4:1；所述覆盖剂按质量百分比包含：nacl 35%、kcl 35%、na3alf615%、caf210%、na2sif65%。

6.根据权利要求5所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，所述覆盖剂的加入量为熔体质量的0.6%~1.5%。

7.根据权利要求6所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，通入惰性气体过程中，炉膛维持微正压，炉膛气相中氧气体积分数控制在0.3%以下。

8.根据权利要求7所述高硅铝合金熔炼过程降硅烧损的方法，其特征在于，在熔炼、精炼和静置阶段炉门保持关闭。