CN106591583B

CN106591583B - 一种废杂铝熔体再生除铁的方法

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Publication number: CN106591583B
Application number: CN201611164177.0A
Authority: CN
Inventors: 白培康; 张文达; 杨晶; 赵占勇; 任霁萍
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-05
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: CN106591583A

Abstract

本发明属于有色金属再生回收除杂技术领域，具体是一种废杂铝熔体再生除铁方法及其装置；本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种废杂铝熔体除铁方法，利用本方法开发的设备/装置可实现废铝再生熔体除铁和连续浇注/生产，并解决过滤中过滤装置的堵塞问题，提高废杂铝熔体质量，对废杂铝来说，还使再生后的铝合金性能达到铝合金新料标准；本发明中所用装置主要由前室、过滤室和后室组成。所述前室为设置有旋转喷吹装置的腔室，所述旋转喷吹装置的用于废杂铝合滤室进行过滤后排入后室；所述前室、过滤室和后室的连接和排列方式只要能够保证铝熔体能够顺利通过过滤室进行过滤后排入后室即可。

Description

一种废杂铝熔体再生除铁的方法

技术领域

本发明属于有色金属再生回收除杂技术领域，具体是一种废杂铝熔体再生除铁方法。

背景技术

生产再生铝的综合能耗仅为电解铝的5%，CO₂排放量则可减少90%以上，节能减排和环境效益十分明显；而且近年来，随着我国城镇化进程加快和经济发展，我国再生铝工业得到飞速发展。目前利用废铝再生生产高性能产品的最大的技术障碍是无法取得合适的化学成分，这事因为废铝原料的回收过程大都有失规范，即在回收过程中基本上未对不同铝合金的原料进行有效分类，纵使是进口的废铝原料，同样是混杂严重的不同化学成分原料的混合体。尤其是，随着再生铝循环次数增加，再生铝中集聚了含量较高的非铝元素，如铁的含量通常达到0.8%，甚至超过1%。铁在铝中固溶度非常低，一旦超过了固溶的极限便在铸造铝合金中与铝形成质脆的针状或片状的富铁相，并且这种相的形成会严重割裂基体，成为应力集中源，使材料的抗拉和屈服强度降低、伸长率下降，还会影响材料的加工性能和外观。此外，粗大的针片状铁相在凝固的早期形成，阻碍了液体金属在补缩通道里流动，造成铸造缺陷，导致铸件的质量下降，甚至报废。

传统减小和消除铁相有害作用的工艺方法有：中和元素法、过热法、自然沉降法、复合净化法和离心法。这些方法能部分去除熔体中的富铁相，但降低铝合金中铁含量的效果却很差。中和法是向铝熔体中加入含金属锰、铬的中间合金或盐时，锰与铁、硅、铝形成较大的块状或球状颗粒，改善了富铁相的形貌，但不能有效的去除铝合金中的铁的含量。申请号201110251505.1的发明专利提出了一种除铁剂，该除铁剂由NaCl、ZnCl、硼砂和WH-FE2除铁剂组成。申请号201110251522.5的发明专利提出了一种高效除铁剂，它由氟化钙、硫化钠、硼砂和高氯酸钾，它的除铁原理是硼能将对纯铝导电性有害的杂质如Ti、V、Zr、Cr从固溶态转化为对导电性危害较小的析出态，这些析出物会因自身的密度远大于铝液而沉降到坩埚底部。申请号201210136012.8的发明专利提出了一种废铝回收用除铁剂及除铁方法，它由氯化钠、氯化钾、氟硅酸钠、冰晶石等组成。申请号201310521916.7的发明提出了一种再生铝强磁除铁装置及方法。该装置系由表面用耐热石棉包裹的具有水冷系统的强磁铁的搅拌装置，在搅拌的过程中用磁性吸附除去杂质铁。申请号201410000098.0的发明专利提出了废铝再生中去除铁和硅杂质的方法，其除铁剂主要由硫化钙、活性炭、硫磺、氧化钙和填充料组成。对于沉降法，当熔体降低到一定温度时，其中的富铁相以较小的针状或枝状颗粒从铝熔体中析出。它们在铝熔体中运动时受到的黏滞力较大，所以难靠重力或其他外力将其分离。电磁净化是利用熔体和夹杂的导电性的差异来实现的，在电磁力的作用下两者的运动规律不同，使富铁相富集在过滤器壁上而被出去，该方法具有高效、可连续处理金属熔体的特点，但目前还处于研究阶段。

总之，现有的废杂铝熔体除铁方法和装置/设备不能很好地满足我国废铝再生工业迅速发展，特别是废杂铝再生的要求，有必要研究和开发新的、经济的、效果更佳的废杂铝熔体除铁方法和装置，高效的回收废杂铝炉料，对节约资源，降低铝合金铸件成本，延长铝合金生命周期也具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种废杂铝熔体除铁方法，利用本方法开发的设备/装置可实现废铝再生熔体除铁和连续浇注/生产，并解决过滤中过滤装置的堵塞问题，提高废杂铝熔体质量，对废杂铝来说，还使再生后的铝合金性能达到铝合金新料标准。

为实现此目的，本发明的技术方案如下：

本发明中所用装置主要由前室、过滤室和后室组成。其中过滤室包括外壳、堆积设置在外壳内作为滤芯的铁钴合金球以及设置在外壳外侧的电磁感应线圈；所述铁钴合金球表面包覆有Al₂O₃陶瓷保护涂层，以避免高温铝熔体过滤时从球体表面带走金属铁；

所述前室为设置有旋转喷吹装置的腔室，所述旋转喷吹装置的用于对经过步骤1）和2）处理后的废杂铝合金熔体进行精炼；

所述前室、过滤室和后室的连接和排列方式只要能够保证经过前室精炼的铝熔体能够顺利通过过滤室进行过滤后排入后室即可。

作为优选，所述铁钴合金球的直径为10-20mm，或直径分布为10-20mm。

作为优选，所述Al₂O₃陶瓷保护涂层的厚度为0.2~1um。

通常，废杂铝合金的熔化可以采用熔化炉进行，即：

1）将废杂铝合金炉料熔化炉中熔化并升温至700~800℃；待炉料熔化完毕，转移本发明装置前室中，采用本发明方法和装置除铁除杂。

2）检测成分，确定熔体Fe含量。根据熔体中的Fe含量，按M（Mn/Cr/La/Ce）：Fe质量比0.5~1：1，向熔体中加入含M的中间合金，保温5~20min，使其形成a-AlFeMSi富铁相，提高富铁相的沉积效率。

3）在前室中使用机械搅拌吹气体（旋转喷吹）精炼再生铝熔体10～30min，去除熔体中的可上浮、部分沉降型杂质和气体，同时降低熔体粘度，提高富铁相沉积效率。目的是改善再生铝熔体的粘度，为其后熔体在强制流动下流经强磁铁过滤池（过滤室）时为熔体中富铁相的沉淀、吸附过滤提供良好的条件。

4）密封加压，强制铝熔体由前室经过滤室向后室流动，对熔体进行强制沉降、吸附处理，去除熔体中的可沉降、细小的和不易沉降的富铁相和杂质。

过滤室中盛放有直径10~20mm的铁钴合金球，铁钴合金球的表面包覆有0.2~1um的Al₂O₃陶瓷保护涂层。过滤室由耐火材料和钢外壳组成。过滤室突出在炉体外。过滤室外侧为水冷电磁感应线圈。工作时，感应线圈在过滤室内的钢球中产生磁场，对流经的熔体中的富铁相和杂质进行过滤和吸附。

所述的废杂铝再生熔体除铁方法和装置中，机械搅拌精炼的搅拌头至坩埚底部的距离为100～500mm。

所述的废杂铝再生熔体除铁方法和装置中，吹气体精炼是用高纯净度的氩气通入废杂铝熔体内部，其纯度为99.9％～99.999％，流量在0.05～2.0m³/h之间。

采用本发明的方法对废杂铝合金除杂，装置结构简单，工艺简洁，可控性强。能够获得铁含量不高于0.1wt%的优质铝。

本发明可以实现废铝再生熔体除铁和连续浇注/生产，并解决过滤中过滤装置的堵塞问题，提高废杂铝熔体质量，对废杂铝来说，还能控制除铁量和金属M添加量，使再生后的铝合金性能达到所需铝合金新料标准。

附图说明

图1为本发明可以采用的一种简化装置的结构示意图。

图中1为前室，2为过滤室，3为后室，4为旋转喷吹装置，5为滤芯，6为外壳，7为电磁感应线圈，8为铝熔体排出口，9为铝熔体溢出口。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种废杂铝熔体再生除铁装置，主要由前室1、过滤室2和后室3组成。其中过滤室2包括外壳6、滤芯5和电磁感应线圈7，滤芯5为堆积设置在外壳内作为滤芯的铁钴合金球；所述铁钴合金球表面包覆有Al₂O₃陶瓷保护涂层。前室1和后室2为相邻的两个腔室，前室1中设置有旋转喷吹装置4。后室的上部设置有铝熔体溢出口9，所述铝熔体溢出口9的水平高度低于前室中铝熔体的进口；后室的底部设置有铝熔体排出口8。过滤室2设置在前室1和后室2为相邻处的下方。前室1中的铝熔体能够在重力作用和虹吸作用下通过过滤室2进入后室3中。

应当说明的是，图1所示的仅为本发明装置的一种简单方案，三个腔室的布置形式和连接关系并不限于图1所示的形式。

为了保证铁钴合金球的使用寿命，在所述铁钴合金球表面包覆有0.2~1um的Al₂O₃陶瓷保护涂层。

为了保证电磁感应线圈对铁钴合金球的磁化效果，优选所述电磁感应线圈为水冷电磁感应线圈。

所述外壳优选由内层和外层组成，内层由钢材质构成，外层为耐火材料构成。

依据该装置实施以下优选实施方案：

实施例1

一种废杂铝熔体再生除铁的方法，包括以下步骤：

1）将废杂铝合金在熔化炉中完全熔化并将熔体温度升到800℃，测得熔体含Fe1.8wt%；

2）将熔体转移到前室中，检测熔体成分，确定熔体中Fe含量，按照质量比Ce：Fe=0.5:1，向熔体中加入含Ce的中间合金，搅拌均匀后保温10min；所述中间合金为铝-铈中间合金；

3）启动旋转喷吹装置，对步骤2）处理后的熔体精炼处理10min；

4）关闭旋转喷吹装置，启动电磁感应线圈对铁钴合金球进行磁化，并启动密封加压装置向前室通气增压，将精炼后的熔体强制通过滤室，获得铁含量低于0.1wt%的优质铝。

实施例2

一种废杂铝熔体再生除铁的方法，包括以下步骤：

1）将废杂铝合金在熔化炉中完全熔化并将熔体温度升到760℃，测得熔体含Fe1.5wt%；

2）将熔体转移到前室中，检测熔体成分，确定熔体中Fe含量，按照质量比La：Fe=0.8:1，向熔体中加入含La的中间合金，搅拌均匀后保温15min；所述中间合金为铝-镧中间合金；

3）启动旋转喷吹装置，对步骤2）处理后的熔体精炼处理30min；

4）关闭旋转喷吹装置，启动电磁感应线圈对铁钴合金球进行磁化，并启动密封加压装置向前室通气增压，将精炼后的熔体强制通过滤室，获得铁含量低于0.06wt%的铝。

实施例3

一种废杂铝熔体再生除铁的方法，包括以下步骤：

1）将废杂铝合金在熔化炉中完全熔化并将熔体温度升到750℃，测得熔体含Fe1.7wt%；

2）将熔体转移到前室中，检测熔体成分，确定熔体中Fe含量，按照质量比Cr：Fe=0.6:1，向熔体中加入含Cr的中间合金，搅拌均匀后保温5min；所述中间合金为铝-铬中间合金；

3）启动旋转喷吹装置，对步骤2）处理后的熔体精炼处理20min；

4）关闭旋转喷吹装置，启动电磁感应线圈对铁钴合金球进行磁化，并启动密封加压装置向前室通气增压，将精炼后的熔体强制通过滤室，获得铁含量低于0.04wt%的铝。

实施例4

一种废杂铝熔体再生除铁的方法，包括以下步骤：

1）将废杂铝合金在熔化炉中完全熔化并将熔体温度升到700℃，测得熔体含Fe1.3wt%；

2）将熔体转移到前室中，检测熔体成分，确定熔体中Fe含量，按照质量比Mn：Fe=1:1，向熔体中加入含Mn的中间合金，搅拌均匀后保温20min；所述中间合金为铝-锰中间合金；

3）启动旋转喷吹装置，对步骤2）处理后的熔体精炼处理25min；

4）关闭旋转喷吹装置，启动电磁感应线圈对铁钴合金球进行磁化，并启动密封加压装置向前室通气增压，将精炼后的熔体强制通过滤室，获得铁含量低于0.01wt%的铝。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何变化，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将废杂铝合金完全熔化并将熔体温度升到700-800℃；

2）检测熔体成分，确定熔体中Fe含量，按照质量比M：Fe=0.5-1:1，向熔体中加入含M的中间合金，搅拌均匀后保温5-20min；

其中，所述M为Mn、Cr、La、Ce中的一种；所述中间合金为铝-M中间合金；

3）采用旋转喷吹精炼的方法对步骤2）获得的熔体处理10-30min；

4）精炼后的熔体进行强制过滤获得铁含量低于0.1wt%的铝；方法为强制通过由磁化的直径10-20mm的铁钴合金球组成的过滤装置；

上述方法中适用的装置，包括前室、过滤室和后室，过滤室包括外壳、堆积设置在外壳内作为滤芯的铁钴合金球以及设置在外壳外侧的电磁感应线圈；

所述铁钴合金球表面包覆有Al₂O₃陶瓷保护涂层；

所述前室为设置有旋转喷吹装置的腔室，用于对经过步骤1）和2）处理后的废杂铝合金熔体进行精炼；所述过滤室用于对来自前室的精炼后的铝熔体进行过滤后排入后室。

2.根据权利要求1所述的一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，所述铁钴合金球的直径为10-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，所述铁钴合金球的表面包覆有0.2~1um的Al₂O₃陶瓷保护涂层。

4.根据权利要求1所述的一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，所述电磁感应线圈为水冷电磁感应线圈。

5.根据权利要求1所述的一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，所述外壳由内层和外层组成，内层由钢材质构成，外层为耐火材料构成。

6.根据权利要求1所述的一种废杂铝熔体再生除铁的方法，其特征在于，所述旋转喷吹装置中的搅拌头距离前室底部的距离为100-500mm。