CN103205586B - 一种废铝高效再生铸造铝合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废铝高效再生铸造铝合金的方法，包括筛选、熔炼、合金调配、浇注工序，具体包括筛选：去除废铝中的杂质和水分；熔炼：将经筛选后的废铝装炉后熔解并搅拌，去除熔渣；合金调配：在去杂后的废铝溶液温度达680～740℃时，加入重量百分比为9～11%的Si和0.8～1.1%的Fe，搅拌均匀后保温并去除炉渣；浇注：经去渣后的铝液浇注入铸模得到铸造铝合金锭或铝合金铸件。本发明通过废铝的筛选和合金调配，使废铝达到铸造铝合金的技术要求，具有工艺简单、废铝适应性强、铝合金质量稳定、成本低、铝回收率高的优点。

Description

一种废铝高效再生铸造铝合金的方法

技术领域

本发明属于有色金属冶炼技术领域，具体涉及一种工艺简单、废铝适应性强、铝合金质量稳定、成本低、铝回收率高的废铝高效再生铸造铝合金的方法。

背景技术

铝及铝合金密度小、比强度高、耐腐蚀性、抗氧化性、导电和热性仅次于银和铜，且加工性好，无毒，还有良好的低温反射性能，无磁性，不起火花，表面光泽美观，能表面涂饰等多种特殊性能。被广泛应用于建筑、运输、国防、包装等行业和日常生活领域。我国是铝制品的生产和消费大国，然而，我国的铝土矿资源却很匮乏，目前铝土矿可开采年限不足30年。因此，不断扩大的市场需求与相对贫乏的铝矿资源已成为我国铝业未来发展的瓶颈环节，这一矛盾促进了中国再生铝工业的迅速发展。采用废铝生产高品质再生铝，是我国铝工业发展的重要环节。

铝硅系合金为共晶成份，具有很小的结晶温度间隔（硅凝固潜热为393卡/g，铝仅为94卡/g）和较大比热（约0.2卡/g℃），线收缩系数约为铝的1/3-1/4，Al-Si共晶体在其凝固点附近有良好的塑性，因此有良好的铸造性能。其中，Si具有流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热；几乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密性；在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。Fe含量高时形成β相（Al₉Fe₂Si）和Al₈FeMg₃-Si₆相，铁相脆而硬，以粗大的针状穿过晶粒，大大削弱基体，降低合金抗拉强度和延伸率，降低流动性，不利充型，降低抗腐蚀性能，但能改善粘模。

目前我国尚没有形成比较完善的废铝回收系统，废铝的回收处理较为原始，管理比较混乱，不同品质、不同类型的废旧金属材料相互混杂的现象十分普遍。而广大规模以下的再生铝生产企业不经筛选的熔炼，使再生铝成分变的极为混杂，污染严重，大大降低了再生铝的利用价值；也有采用人工分拣杂质，但不能很好的杜绝有害成分铁的混入，造成再生铝含铁量过高，再生铝抗拉强度和延伸率过低、流动性差，难以达到铸造铝合金的技术要求。

由于废铝的来源和组成非常复杂，因此必须采用合理的技术才能使之获得有效的处理。铝合金产品的质量主要取决于熔炼与铸造环节，而除氢、除杂是熔铸工序的关键。我国在过去的几十年间，相继引进SNIF、MINT、ALPUR、RDU等国外先进的铝熔体在线净化技术，也自主研制了DDF等技术，在一定程度上提高了我国铝熔体的精炼水平。但由于引进的先进技术和自主研制的DDF技术对前处理要求较高，对废铝的适应能力较弱，而且投资巨大、工艺复杂、成本高，难以适应我国废铝再生行业规模小、废铝来源复杂的现实，是造成大部分废铝再生企业仍然采用原始的冶炼方法，既容易污染环境，且废铝回收率低、再生铝质量较差、冶炼能耗较高现状的主要原因。

随着国家对不可再生资源循环利用的重视，废铝的高效再生利用将会是研究和投资的热点。为此，研制开发一种工艺简单、废铝适应性强、铝合金质量稳定、成本低、铝回收率高的废铝高效再生铸造铝合金的方法显得非常有意义，也是解决现有技术难题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、废铝适应性强、铝合金质量稳定、成本低、铝回收率高的废铝高效再生铸造铝合金的方法。

本发明的目的是这样实现的：包括筛选、熔炼、合金调配、浇注工序，具体包括：

A、筛选：去除废铝中的杂质和水分；

B、熔炼：将经筛选后的废铝装炉后熔解并搅拌，去除熔渣；

C、合金调配：在去杂后的废铝溶液温度达680~740℃时，加入重量百分比为9~11%的Si和0.8~1.1%的Fe，搅拌均匀后保温并去除炉渣；所述保温为经去粗炉渣后的铝液继续升温至950~1050℃后保温0.5~1.5h；铝液保温后随炉冷却至720~760℃后去除炉渣并出炉；

D、浇注：经去渣后的铝液浇注入铸模得到铸造铝合金锭或铝合金铸件。

本发明通过前期筛选去除废铝中的杂质和水分，特别是采用磁选去除铁质杂质，能有效降低和控制最终铸造铝合金的铁质含量，既有利于提高铸造铝合金的延伸性和流动性，又能改善铸造粘模特性；而且前期筛选还能增强再生工艺对废铝的适应能力，也能够通过控制废铝水分，显著降低成品的有害成分氢。通过合金调配中增加容易氧化烧损的Si，达到保持成品Si的合理含量；另外，合金调配中增加Fe，除保证成品具有良好的脱模性能外，也能在可控范围内提高成品强度，特别是提高合金的高温强度；而且，常规冶炼时Fe以粗大针片状β相存在，并在精细的氧化铝夹杂物上生核，会对基体会产生割裂作用，极易产生应力集中，从而降低合金的力学性能，大大降低其伸长率，本发明进一步在浇注前使富含铁的铝合金熔体在1000℃左右条件下过热并保温，而在充分过热条件下, 这种精细氧化铝是不存在的, 所以能显著地减少有害富铁相的形核，从而在保证Fe相有益效果的同时，能有效的降低Fe相的有害作用。通过前期筛选和后期合金调整，以及进一步的溶剂去杂、除氢和高温过热，能够有效保证成品的质量稳定性，又能提高成品的强度，而且整体工艺相对简单、成本低；通过可控的冶炼工艺，能够降低铝的烧损，从而提高铝的回收率。

附图说明

图1为本发明方法典型工艺流程框图。

图中：100-筛选，110-分选，120-磁选，130-脱水除油，200-熔炼，300-溶剂脱杂，400-合金调配，410-过热保温，420-随炉降温，500-浇注。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明包括筛选、熔炼、合金调配、浇注工序，具体包括：

A、筛选：去除废铝中的杂质和水分；

B、熔炼：将经筛选后的废铝装炉后熔解并搅拌，去除熔渣；

C、合金调配：在去杂后的废铝溶液温度达680~740℃时，加入重量百分比为9~11%的Si和0.8~1.1%的Fe，搅拌均匀后保温并去除炉渣；

D、浇注：经去渣后的铝液浇注入铸模得到铸造铝合金锭或铝合金铸件。

所述筛选工序中去除废铝的杂质是将废铝磁选去除铁质，磁选和/或手工分拣去除其它杂质。

所述筛选工序中经去除杂质后的废铝在200~400℃下脱水除油。

所述废铝为铝屑，所述铝屑筛选后压成块状或饼状。

所述熔炼工序后和合金调配工序前还包括添加溶剂的步骤，所述添加溶剂的步骤是向经除渣后的铝溶液中添加铝液重量百分比为0.3~0.6%的碱金属和/或碱金属卤素盐类的混合物。

所述溶剂为NaCl和KCl的共晶混合物，或NaCl、KCl和氟盐的混合物。

所述NaCl和KCl的共晶混合物为质量百分百为45%的NaCl和55%的KCl的混合物。

所述NaCl、KCl和氟盐的混合物为在NaCl和KCl的共晶混合物中加入1.5%的CaF₂或3~5%的Na₃AlF₆。

所述溶剂包括质量百分百为6~8%的C和34~42%的NaNO₃、23~28%的NaCl、26~32%的耐火砖碎屑，各组分质量百分比之和不大于100%。

所述合金调配工序中的保温为经去粗炉渣后的铝液继续升温至950~1050℃后保温0.5~1.5h。

所述铝液保温后随炉冷却至720~760℃后去除炉渣并出炉。

作为优选，所述升温和/或保温和/或随炉冷却过程中保持铝液表层静止，防止水汽和空气中的H₂进入铝液。

所述浇注工序中的铸模浇注前加热至130~180℃。

所述搅拌为机械搅拌、电磁搅拌或永磁搅拌。

实施例1

取500kg回收铝屑，人工分拣去除杂物，经电磁筛选去除铁屑，再经200℃烘烤10min后出炉，压制得到预制铝块；将预制铝屑加入圆形顶开盖熔铝炉中加热熔解并采用机械搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入1.35kg的NaCl和1.65kg的KCl共晶混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达680℃时，加入50kg的Si和4.5kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至1000℃，静止保温1h后随炉静止冷却至铝液温度为740℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入铝锭铸模，得到再生铸造铝合金锭。

实施例2

取300kg回收铝屑和900kg回收杂铝块，人工分拣去除杂物，分别经电磁筛选去除铁屑，再经300℃烘烤6min后出炉，铝屑压制得到预制铝块；将预制铝屑和杂铝块交替放入反射炉中加热熔解并采用永磁搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入1.6kg的NaCl、1.85kg的KCl、0.15kg的Na₃AlF₆混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达740℃时，加入108kg的Si和13kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至950℃，静止保温1.5h后随炉静止冷却至铝液温度为720℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入预热温度为150℃铝铸模，去模后得到铝合金铸件。

实施例3

取800kg回收杂铝，经机械破碎后人工分拣去除杂物，并经电磁筛选去除铁屑，再经250℃烘烤12min后出炉；将预制杂铝加入反射炉中加热熔解并采用电磁搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入0.3kg的石墨、1.5kg的NaNO₃、1kg的NaCl和1.2kg的耐火砖碎屑混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达700℃时，加入80kg的Si和6.4kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至1030℃，静止保温0.8h后随炉静止冷却至铝液温度为760℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入预热温度为130℃铝铸模，去模后得到铝合金铸件。

实施例4

取600kg回收杂铝，经拆解、机械破碎后人工分拣去除杂物，并经永磁筛选去除铁屑，再经350℃烘烤5min后出炉；将预制杂铝加入坩埚中加热熔解并采用机械搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入0.15kg的石墨、1kg的NaNO₃、0.55kg的NaCl、0.63kg的耐火砖碎屑及余量的六氯乙烷混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达720℃时，加入66kg的Si和6kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至970℃，静止保温1.2h后随炉静止冷却至铝液温度为750℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入预热温度为180℃铝铸模，去模后得到铝合金铸件。

实施例5

取2000kg回收杂铝，经拆解、机械破碎后人工分拣去除杂物，并经永磁筛选去除铁屑，再经400℃烘烤5min后出炉；将预制杂铝加入矩形熔铝炉中加热熔解并采用电磁搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入2.6kg的NaCl、3.3kg的KCl、0.1kg的CaF₂混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达690℃时，加入180kg的Si和16kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至1050℃，静止保温0.5h后随炉静止冷却至铝液温度为730℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入铝锭铸模，得到再生铸造铝合金锭。

实施例6

取1500kg回收杂铝，经拆解、机械破碎后人工分拣去除杂物，并经永磁筛选去除铁屑，再经300℃烘烤8min后出炉；将预制杂铝加入坩埚中加热熔解并采用电磁搅拌均匀，去除表层未熔杂质和浮渣；然后加入0.5kg的石墨、2.6kg的NaNO₃、2.1kg的NaCl、2.3kg的耐火砖碎屑混合物作为溶剂；待溶剂全部融化后，加热铝液温度达710℃时，加入165kg的Si和13kg的Fe，采用电磁搅拌使其均匀熔入铝液后，继续静止加热铝液至980℃，静止保温1.1h后随炉静止冷却至铝液温度为740℃时去除漂浮炉渣；铝液出炉浇注入铝锭铸模，得到再生铸造铝合金锭。

Claims (7)

1.一种废铝高效再生铸造铝合金的方法，其特征在于包括筛选、熔炼、合金调配、浇注工序，具体包括：

A、筛选：去除废铝中的杂质和水分；

B、熔炼：将经筛选后的废铝装炉后熔解并搅拌，去除熔渣；

C、合金调配：在去杂后的废铝溶液温度达680~740℃时，加入重量百分比为9~11%的Si和0.8~1.1%的Fe，搅拌均匀后保温并去除炉渣；所述保温为经去粗炉渣后的铝液继续升温至950~1050℃后保温0.5~1.5h；铝液保温后随炉冷却至720~760℃后去除炉渣并出炉；

D、浇注：经去渣后的铝液浇注入铸模得到铸造铝合金锭或铝合金铸件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述筛选工序中去除废铝的杂质是将废铝磁选去除铁质，磁选和/或手工分拣去除其它杂质。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述筛选工序中经去除杂质后的废铝在200~400℃下脱水除油。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述熔炼工序后和合金调配工序前还包括添加溶剂的步骤，所述添加溶剂的步骤是向经除渣后的铝溶液中添加铝液重量百分比为0.3~0.6%的NaCl和KCl的共晶混合物或NaCl、KCl和氟盐的混合物。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述NaCl和KCl的共晶混合物为质量百分比为45%的NaCl和55%的KCl的混合物。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述NaCl、KCl和氟盐的混合物为在NaCl和KCl的共晶混合物中加入1.5%的CaF₂或3~5%的Na₃AlF₆。

7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于所述搅拌为机械搅拌、电磁搅拌或永磁搅拌。