CN116162801A - 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置 - Google Patents

一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116162801A
CN116162801A CN202310170625.1A CN202310170625A CN116162801A CN 116162801 A CN116162801 A CN 116162801A CN 202310170625 A CN202310170625 A CN 202310170625A CN 116162801 A CN116162801 A CN 116162801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
iron
magnetic field
gradient magnetic
aluminum
graphite crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310170625.1A
Other languages
English (en)
Inventor
钟云波
沈喆
丁彪
梁元鑫
罗博轶
周邦飞
林文浩
蔡浩
郑天祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202310170625.1A priority Critical patent/CN116162801A/zh
Publication of CN116162801A publication Critical patent/CN116162801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/002—High gradient magnetic separation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025—High gradient magnetic separators
    • B03C1/031—Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
    • B03C1/0335—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit using coils
    • B03C1/0337—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit using coils superconductive
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/0084—Obtaining aluminium melting and handling molten aluminium
    • C22B21/0092—Remelting scrap, skimmings or any secondary source aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置，方法如下：通过在石墨坩埚外侧施加一个感应加热线圈，并在线圈中通入中/高频交流电，从而加热形成再生铝熔体；在水冷结晶器外部设置超导梯度磁场线圈，利用再生铝熔体与富铁相由于磁化率差异所受到的梯度磁场力差，克服两者由于密度差所受到的重力差，从而控制富铁相远离凝固界面的定向迁移，实现再生铝中铁的去除。并采用连续铸造技术，将提纯后再生铝凝固成型，实现其大规模批量化制备。上述过程连续进行，可以连续去除再生铝中铁，并制备出长尺寸、高洁净的再生铝合金坯材。与现有技术相比，本发明装置简单、操作容易，适用于合金熔体中与合金熔体存在磁化率差异的杂质的高效去除。

Description

一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置
技术领域
本发明涉及有色金属再生回收除杂技术领域，尤其是涉及一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置。
背景技术
铝合金由于其比强度高、耐腐蚀、可大规模再生回收等特点，被广泛应用于汽车的轮毂、发动机缸体缸盖、变速箱等部件。在现阶段，汽车零件碳足迹的计算过程中，只有添加了废旧铝的再生铝才能被用来计算减少碳排放的量。因此，再生铝在汽车行业的应用已成为其达成“双碳”目标的关键环节之一。
再生铝是通过回收废旧铝生产制备而成，生产能耗仅为原铝的5％，因此再生铝的回收对提高铝资源的利用效率，促进铝资源的可持续性发展具有极其重要的意义。但在废旧铝中常存在着诸多杂质元素，如Cu、Mg、Mn、Si等。在汽车工业中常用如A380及ADC12等铝合金主要是Al-Si-Cu系合金，由于原料分拣不善造成嵌铁件的夹带或是再生铝熔炼过程中高温下长时间接触铁质工具或者炉膛等，都将导致再生铝中铁含量超标，而铁含量超标对Al-Si-Cu系合金力学性能影响尤其显著。
Al-Si-Cu系合金中铁的主要存在形式有Al3Fe、α-Al8Fe2Si(或α-Al12Fe3Si2)、β-Al5FeSi、γ-Al3FeSi、δ-Al4FeSi2等，其中常见的为α-Al8Fe2Si和β-Al5FeSi两种杂质富铁相。在Fe含量较低时，铝合金中杂质相以α相为主，其形貌为汉字状或骨骼状，对铝合金力学性能的影响相对较小。而当Fe含量高于0.2％时，铝合金中杂质相主要以β相为主，该相在铝合金中呈现细长针片状析出，对合金力学性能具有显著的危害。
目前对于Al合金中β富铁相的常用去除方式包括重力沉降法、离心去除法、电磁分离法、陶瓷过滤法、溶剂去除法等，尽管一定程度上可以起到除杂作用，但仍存在各种各样的问题。例如重力沉降法耗时长，会导致熔体中存在自上而下的梯度分布；离心去除法对铝熔体的浪费过于严重；电磁分离法对与熔体电导率差异不大的杂质分离效果较差；溶剂去除法更是会导致熔体粘度加大，直接使铝的工业化效率大幅降低。以上方法都存在着成本高昂、设备复杂、兼容性差、去除效率、工艺复杂等问题，因此在汽车行业的再生铝中开发一种低成本、高效除铁技术成为国内外关注及研究的热点。
专利CN114178499A公布了一种均质难混溶合金材料的连续化制备方法及装置，该装置包括由上部石墨坩埚、感应加热线圈、下部石墨坩埚、水冷结晶器、脉冲线圈、强磁场线圈、二冷水、引锭杆和连铸设备牵引装置，本发明通过脉冲线圈在溶体中诱导的脉冲电磁振荡力细化第二相溶滴，随后利用强磁场线圈在熔体中诱导的电磁阻力抑制第二相熔滴的上浮、下沉、偏聚及凝并，从而实现难混溶合金的均质化。但是该强磁场线圈的作用力无法除去Al合金中的β富铁相。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中再生铝熔体中含铁杂质去除效果差、去除效率低、去除工艺复杂等技术困难，以及去除杂质成本高昂、设备复杂、兼容性差等技术限制的缺陷而提供一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的技术方案之一为提供一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，包括如下步骤：
S1、将待熔铸的再生铝原料通过感应加热的方法加热、熔化，形成再生铝熔体(1)，并冷却凝固；
S2、将S1步骤中得到的再生铝熔体冷却凝固的同时置于梯度磁场中，使得富铁相从再生铝熔体中析出；
S3、抽拉S2步骤中得到的再生铝熔体朝与富铁相析出的相反方向运动，使得富铁相与再生铝熔体完全分离，实现从再生铝熔体中去除富铁相的目的，并进行连续化制备得到再生铝铸锭。
进一步地，S1步骤中，将冷却凝固时所述再生铝熔体的固液界面前沿温度设置在所述富铁相的析出温度。
进一步地，S1步骤中，感应加热的工艺为：在感应加热线圈中通入交流电完成加热，所述交流电的频率为1k Hz-100k Hz，电流范围为0-500000A。
更进一步地，电流范围优选为0-500A。
进一步地，S2步骤中，梯度磁场的工艺为：在超导梯度磁场电圈(6)中通入直流电达到不同的梯度磁场，所述直流电的电流范围为0-10000A。
进一步地，所述梯度磁场的范围为0-1000T/m，磁场梯度积为0-10000T2/m。
进一步地，所述方法适用于所述再生铝熔体(1)的水平、立式、立弯式中的任意一种连续化制备，或者，适用于圆坯、方坯、板坯、管坯及异型坯中的任意一种连铸坯的制备。
本发明的技术方案之二为提供一种实施上述技术方案之一所述利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法的装置，包括用于放置所述再生铝原料的上部石墨坩埚、设于所述上部石墨坩埚外部并用于加热熔化所述再生铝原料形成再生铝熔体的感应加热线圈、与所述上部石墨坩埚上下贯通连接的下部石墨坩埚、沿所述上部石墨坩埚一直插入到所述下部石墨坩埚中并用于测量所述下部石墨坩埚中反应温度的控温热电偶、设于下部石墨坩埚外部并用于冷却再生铝熔体1的水冷结晶器、设于所述水冷结晶器外部并用于分离所述再生铝熔体与其混杂的富铁相的超导梯度磁场电圈、设于所述下部石墨坩埚内且从其底部延伸出去并用于朝外抽拉所述再生铝熔体的引锭杆、设于所述引锭杆上方并用于冷却所述引锭杆的二冷水、设于所述引锭杆下方并用于连续化制备的连铸设备。
进一步地，所述下部石墨坩埚的直径小于所述上部石墨坩埚的直径。
进一步地，所述下部石墨坩埚的直径与所述引锭杆的直径一致。
进一步地，所述连铸设备选自下拉式、弧形式或水平式连铸设备中的任何一种连铸设备类型。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明方法无需在再生铝熔体中加入Mn、Cr等变质元素来实现再生铝中杂质铁的净化，由于不会引入新的杂质，即便在再次回收时也不会出现其他元素超标的问题。
(2)本发明方法净化后的再生铝铸锭中铁含量不会存在自上而下的梯度分布，且相比重力沉降法具有更高的生产效率。
(3)本发明方法不需要借助离心机、分离器、吸附介质等额外的分离设备，且相比于离心分离效率更高，设备更为简单。
(4)本发明方法不需要通过加入硼化物等吸附剂的方式与富铁相发生反应，也不会由于加入硼砂而使熔体的粘度增大，因此本发明方法具有更好工业化应用的价值。
(5)本发明采用超导梯度线圈辅助连续铸造技术对再生铝合金实现原位除铁和定向连铸成型；由于超导线圈的引入，梯度磁场的产生几乎没有能耗；在富铁相受力定向迁移过程中，对除杂后的再生铝熔体进行连续铸造成型，可以高效获得长尺寸、高洁净铸坯；这都大大节约了能耗，因此本发明方法更具工业应用前景。
(6)本发明通过控温热电偶检测下部石墨坩埚中的温度，使得再生铝熔体的固液界面前沿温度保持在富铁相析出温度；采用梯度磁场力分离富铁相和再生铝熔体，由于再生铝熔体与富铁相具有不同的磁化率，在梯度磁场中将会受到不同的梯度磁场力，通过调整再生铝熔体与富铁相所受梯度磁场力差的大小和方向，克服再生铝熔体与富铁相由密度差所产生的重力差，可以控制富铁相向远离固液界面的方向定向迁移，从而实现富铁相从再生铝熔体中的分离。本发明方法不仅适用于再生铝熔体中富铁相杂质的去除，同样也适用于与基体熔体存在磁导率差异的各类杂质的去除。
附图说明
图1为实施例1中本发明装置的示意图，其中图A为本发明装置的局部放大图，图B为富铁相受到的磁场力差。
图2为实施例3中Al-Si-Cu系再生铝合金凝固过程中各组织的析出贯序。
图3为实施例3梯度磁场辅助Al-Si-Cu系再生铝合金连续铸造坯锭局部放大图。
图4为实施例4和对比例1制备得到的Al-Si-Cu系再生铝合金铸坯头部、中部及尾部富铁相尺寸、形貌及分布的扫描电镜表征图。
图5为实施例4和对比例1中关于有无梯度磁场施加对Al-Si-Cu系再生铝合金铸坯从尾部到头部9个不同位置铁含量差异的表征。
图1中的标识如下：
1为再生铝熔体；2为上部石墨坩埚；3为感应加热线圈；4为下部石墨坩埚；5为水冷结晶器；6为超导梯度磁场电圈；7为二冷水；8为引锭杆；9为控温热电偶；10为连铸设备；11为富铁相；a和b为不同方向的梯度磁场力。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下各实施例和对比例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料产品或常规处理技术。
实施例1：
如图1所示，为一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的装置，包括用于放置所述再生铝原料的上部石墨坩埚2、设于上部石墨坩埚2外部并用于加热熔化再生铝原料形成再生铝熔体1的感应加热线圈3、与上部石墨坩埚2上下贯通连接的下部石墨坩埚4、沿上部石墨坩埚2一直插入到下部石墨坩埚4中并用于测量下部石墨坩埚4中反应温度的控温热电偶9、设于下部石墨坩埚4外部并用于冷却凝固再生铝熔体1的水冷结晶器5、设于水冷结晶器5外部并用于分离再生铝熔体1与其混杂的富铁相11的超导梯度磁场电圈6、设于下部石墨坩埚4内且从其底部延伸出去并用于朝外抽拉再生铝熔体1的引锭杆8、设于引锭杆8上方并用于冷却引锭杆8的二冷水7、设于引锭杆8下方并用于连续化制备的连铸设备10。
实施例2：
一种利用实施例1装置实施的利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，包括如下步骤：
(1)将待熔铸的再生铝原料放入上部石墨坩埚2中，在感应加热线圈3中通入交流电，通过感应加热的方法，加热并熔化在上部石墨坩埚2中的再生铝原料，形成再生铝熔体1。
(2)在感应加热线圈3中通入交流电的同时，开启水冷结晶器5与二冷水7，将再生铝熔体1的固液界面固定在下部石墨坩埚4中，并通过控温热电偶9监测下部石墨坩埚4中的温度使得将再生铝熔体1的固液界面前沿温度控制在富铁相11的析出温度；按照凝固相图，富铁相11将在再生铝熔体1中优先形核长大。
(3)在超导梯度磁场电圈6中通入直流电，诱导再生铝熔体1的固液界面前沿产生梯度磁场，由于再生铝熔体1与富铁相11具有不同的磁化率，在梯度磁场中将会受到不同的梯度磁场力如a和b，产生不同方向的梯度磁场力差，因此富铁相11向远离固液界面处迁移，实现富铁相11与再生铝熔体1的分离(见图1B)。
(4)开启抽拉连铸设备10，定向抽拉引锭杆8，利用抽拉连铸设备10将引锭杆8从下部石墨结晶4中拉出。随着再生铝熔体1定向凝固成型的进行，富铁相11向远离固液界面处定向迁移，从而实现再生铝中铁的定向去除；同时采用连续铸造工艺，可实现提纯后再生铝合金铸锭的连续化制备。
实施例3：
一种利用实施例1装置实施的利用梯度磁场去除Al-Si-Cu系再生铝中常见的Al-Si-Fe富铁杂质的方法，包括如下步骤：
(1)将待除铁的Al-Si-Cu系再生铝合金原料放入上部石墨坩埚2中，在感应加热线圈3中通入交流电，通过感应加热方法，加热并熔化在上部石墨坩埚2中的Al-Si-Cu系再生铝合金原料，形成Al-Si-Cu系再生铝熔体。
(2)待Al-Si-Cu系再生铝熔体流入下部石墨坩埚4中，打开水冷结晶器5和二冷水7，对引锭杆8进行冷却，确保Al-Si-Cu系再生铝熔体的固液界面保持在下部石墨坩埚4中；
参见图2，Al-Si-Cu系再生铝在凝固初期(固相分数fs较小时，即0-0.1之间)中Fe元素将优先以Al-Si-Fe相形式析出在熔体中；因此，可以通过控温热电偶9将固液界面前沿温度控制在Al-Si-Fe富铁相的析出温度。
(3)在水冷结晶器5外部的超导梯度磁场线圈6中通入直流电，并在Al-Sn-Cu系再生铝熔体的固液界面前沿产生梯度磁场；由于Al-Si-Cu系再生铝熔体与Al-Si-Fe富铁相具有不同的磁化率，在梯度磁场中将会受到不同的梯度磁场力。通过调整Al-Si-Cu系再生铝熔体与Al-Si-Fe富铁相所受梯度磁场力差的大小和方向，可以控制Al-Si-Fe富铁相向远离固液界面的方向定向迁移，从而实现Al-Si-Fe富铁相从Al-Si-Cu系再生铝熔体中的分离。
(4)开启抽拉连铸设备10，定向抽拉引锭杆8，利用抽拉连铸设备10将引锭杆8从下部石墨结晶4中拉出，随着Al-Sn-Cu系再生铝熔体定向凝固成型的进行，Al-Si-Fe富铁相向远离固液界面处定向迁移，从而实现Al-Si-Cu系再生铝合金中铁的定向去除。同时采用连续铸造工艺，可实现提纯后Al-Si-Cu系再生铝合金铸锭的连续化制备。
参见图3，为连续化制备得到的Al-Si-Cu系再生铝合金棒坯。
参见图4，为连铸坯头部、中部及尾部等不同位置处的扫描电镜表征图，图中白色区域为富铁相，基体为再生铝基体。从图中可以看出，无梯度磁场下连铸坯头部、中部及尾部中富铁相分布及尺寸几乎没有差异。而在施加10T的梯度磁场后，富铁相的尺寸及尺寸发生了明显变化。铸锭头部组织中富铁相面积明显增加，其形貌也由针状合并长大成块状。这表明在10T梯度磁场的作用下，富铁相集中分布在铸坯头部，中部及尾部得到了有效净化。
参见图5，为有无梯度磁场作用下铸坯从头部到尾部不同9个位置中Fe含量的差异。Fe含量采用电感耦合等离子光谱发生仪进行测定。从图中可以看出，在无梯度磁场下铸坯不同位置中Fe含量几乎没有差异。而当施加10T梯度磁场时，铸坯尾部Fe含量大幅度提升，这与扫描电镜所表征得到的10T梯度磁场促进富铁相在尾部富集的现象是一致的。
本实施例利用梯度磁场去除Al-Si-Cu系再生铝中常见Al-Si-Fe富铁杂质的具体装置如下：
采用上部石墨坩埚2，用于盛装Al-Si-Cu系再生铝合金熔体；通过在上部石墨坩埚2外部设置的感应加热线圈3中通入中/高频交流电，加热Al-Si-Cu系再生铝合金熔体1；下部石墨坩埚4作为下部石墨结晶器；水冷结晶器5与二冷水7用于冷却下部石墨坩埚中Al-Si-Cu系再生铝合金熔体1，并诱导固液相变；控温热电偶9用于控制固液界面前沿温度，将温度保持在Al-Si-Fe富铁相11析出温度；超导梯度磁场线圈6至于水冷结晶器5的外侧，用于在固液界面前沿产生梯度磁场；利用Al-Si-Fe富铁相11和Al-Si-Cu系再生铝合金熔体1的磁化率差异所产生的梯度磁场力差12，克服Al-Si-Cu系再生铝熔体1与Al-Si-Fe富铁相10由密度差所产生的重力差13，从而控制Al-Si-Fe富铁相11向远离固液界面的方向定向迁移，实现Al-Si-Fe富铁相11从Al-Si-Cu系再生铝熔体1中的分离；连铸抽拉装置10至于连铸坯8的两侧，利用连铸抽拉装置10对连铸坯8进行定向抽拉，从而实现提纯后Al-Si-Cu系再生铝合金铸锭的连续化制备。
对比例1：
与实施例3相比，绝大部分都相同，除了无梯度磁场作用。
参见图4，为连铸坯头部、中部及尾部等不同位置处的扫描电镜表征图，图中白色区域为富铁相，基体为再生铝基体。从图中可以看出，无梯度磁场下连铸坯头部、中部及尾部中富铁相分布及尺寸几乎没有差异。而在施加10T的梯度磁场后，富铁相的尺寸及尺寸发生了明显变化。铸锭头部组织中富铁相面积明显增加，其形貌也由针状合并长大成块状。这表明在10T梯度磁场的作用下，富铁相集中分布在铸坯头部，中部及尾部得到了有效净化。
参见图5，为有无梯度磁场作用下铸坯从头部到尾部不同9个位置中Fe含量的差异。Fe含量采用电感耦合等离子光谱发生仪进行测定。从图中可以看出，在无梯度磁场下铸坯不同位置中Fe含量几乎没有差异。而当施加10T梯度磁场时，铸坯尾部Fe含量大幅度提升，这与扫描电镜所表征得到的10T梯度磁场促进富铁相在尾部富集的现象是一致的。
综上所述，本发明提供了一种利用梯度磁场去除再生铝合金中铁的方法及其装置，通过在石墨坩埚外侧施加一个感应加热线圈，并在线圈中通入中/高频交流电，从而加热石墨坩埚中再生铝熔体；在水冷结晶器外部设置超导梯度磁场线圈，利用再生铝熔体与富铁相由于磁化率差异所受到的梯度磁场力，克服两者由于密度差异所受到的重力差，从而控制富铁相原理凝固界面的定向迁移，实现再生铝中铁的去除。并采用连续铸造技术，将提纯后再生铝凝固成型，实现其大规模批量化制备。上述过程连续进行，可以制备出长尺寸、高洁净的再生铝合金坯材。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将待熔铸的再生铝原料通过感应加热的方法加热、熔化，形成再生铝熔体(1)，并冷却凝固；
S2、将S1步骤中得到的再生铝熔体(1)冷却凝固的同时置于梯度磁场中，使得富铁相(11)从再生铝熔体(1)中析出；
S3、抽拉S2步骤中得到的再生铝熔体(1)朝与富铁相(11)析出的相反方向运动，使得富铁相(11)与再生铝熔体(1)完全分离，实现从再生铝熔体(1)中去除富铁相(11)的目的，并进行连续化制备得到再生铝铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，S1步骤中，将冷却凝固时所述再生铝熔体(1)的固液界面前沿温度设置在所述富铁相(11)的析出温度。
3.根据权利要求1所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，S1步骤中，感应加热的工艺为：在感应加热线圈(3)中通入交流电完成加热，所述交流电的频率为1k Hz-100k Hz，电流范围为0-500000A。
4.根据权利要求1所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，S2步骤中，梯度磁场的工艺为：在超导梯度磁场电圈(6)中通入直流电达到不同的梯度磁场，所述直流电的电流范围为0-10000A。
5.根据权利要求4所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，所述梯度磁场的范围为0-1000T/m，磁场梯度积为0-10000T2/m。
6.根据权利要求1所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，所述方法适用于所述再生铝熔体(1)的水平、立式、立弯式中的任意一种连续化制备，或者，适用于圆坯、方坯、板坯、管坯及异型坯中的任意一种连铸坯的制备。
7.一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的装置，实施如权利要求1-6任一所述利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法，其特征在于，包括用于放置所述再生铝原料的上部石墨坩埚(2)、设于所述上部石墨坩埚(2)外部并用于加热熔化所述再生铝原料形成再生铝熔体(1)的感应加热线圈(3)、与所述上部石墨坩埚(2)上下贯通连接的下部石墨坩埚(4)、沿所述上部石墨坩埚(2)一直插入到所述下部石墨坩埚(4)中并用于测量所述下部石墨坩埚(4)中反应温度的控温热电偶(9)、设于所述下部石墨坩埚(4)外部并用于冷却所述再生铝熔体(1)的水冷结晶器(5)、设于所述水冷结晶器(5)外部并用于分离所述再生铝熔体(1)与其混杂的富铁相(11)的超导梯度磁场电圈(6)、设于所述下部石墨坩埚(4)内且从其底部延伸出去并用于朝外抽拉所述再生铝熔体(1)的引锭杆(8)、设于所述引锭杆(8)上方并用于冷却所述引锭杆(8)的二冷水(7)、设于所述引锭杆(8)下方并用于连续化制备的连铸设备(10)。
8.根据权利要求7所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的装置，其特征在于，所述下部石墨坩埚(4)的直径小于所述上部石墨坩埚(2)的直径。
9.根据权利要求7所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的装置，其特征在于，所述下部石墨坩埚(4)的直径与所述引锭杆(8)的直径一致。
10.根据权利要求7所述的一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的装置，其特征在于，所述连铸设备(10)选自下拉式、弧形式或水平式连铸设备中的任何一种连铸设备类型。
CN202310170625.1A 2023-02-27 2023-02-27 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置 Pending CN116162801A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310170625.1A CN116162801A (zh) 2023-02-27 2023-02-27 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310170625.1A CN116162801A (zh) 2023-02-27 2023-02-27 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116162801A true CN116162801A (zh) 2023-05-26

Family

ID=86412952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310170625.1A Pending CN116162801A (zh) 2023-02-27 2023-02-27 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116162801A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102277505B (zh) 定向凝固提纯高纯铝的方法及其熔炼炉
CN104164574B (zh) 一种电渣重熔制备大型发电机护环用空心钢锭的方法
CN103056344B (zh) 外加瞬变磁场控制电渣熔铸的方法及电渣熔铸装置
WO2013111314A1 (ja) シリコン純化法
EP2212249A1 (en) Process for the production of medium and high purity silicon from metallurgical grade silicon
Wang et al. Control of silicon solidification and the impurities from an Al–Si melt
CN113957302A (zh) 一种新能源汽车电池箱非热处理强化高强韧压铸铝合金材料
CN111549237B (zh) 一种再生铝熔体中脉冲电流分离铁元素杂质的方法
Zou et al. An efficient method to purify metallurgical grade Si by electromagnetic semi-continuous casting of Al-30Si melt
Zou et al. Effects of AlB2/AlP phase and electromagnetic stirring on impurity B/P removal in the solidification process of Al-30Si alloy
CN113732260A (zh) 一种钛合金或锆合金铸锭用的真空感应熔炼炉及铸锭方法
CN114540729A (zh) 采用悬浮熔炼下引工艺制备铜铬触头用合金铸锭的方法
CN102601330A (zh) 上引连铸用阿尔芬波细化晶粒的方法
CN116162801A (zh) 一种利用梯度磁场去除再生铝中铁的方法及其装置
Lei et al. Heat transfer behavior of AZ80–1% Y alloy during low-frequency electromagnetic casting
CN102747244A (zh) 复合变质细化铝合金铸态组织的方法
CN104071790A (zh) 电磁搅拌硅合金熔体硅提纯装置及方法
CN110195140A (zh) 一种高纯还原铁真空熔炼垂直连铸生产熔炼纯铁的方法
CN114178499A (zh) 一种均质难混溶合金材料的连续化制备方法及装置
JP4263366B2 (ja) 希土類磁石スクラップの溶解方法及び溶解装置
CN108101064B (zh) 一种温度梯度分离硅中硬质夹杂的方法
CN204035524U (zh) 一种制备高纯铜及铜合金铸锭的装置
CN102978481B (zh) 一种高强度高导电硼改性工业纯铝的制备方法
CN104313360A (zh) 一种加锆纯化镁熔体的方法
CN103949617A (zh) 一种制备高纯铜及铜合金铸锭的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination