CN103572080A

CN103572080A - 一种再生铝的除铁方法

Info

Publication number: CN103572080A
Application number: CN201310545026.XA
Authority: CN
Inventors: 郑开宏; 宋东福; 谭喜平; 徐静; 王顺成
Original assignee: Guangzhou Research Institute of Non Ferrous Metals
Current assignee: Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103572080B

Abstract

一种再生铝的除铁方法，其特征是步骤如下：（1）将硅铝再生铝质量的0.5~2%的50~70%Al-B中间合金和30~50%Al-Mn中间合金，经150~250℃预热30~60分钟；（2）加热硅铝再生铝至400℃后保温10~30分钟，再升温至700℃；（3）待硅铝再生铝熔化后，加入上述中间合金，缓慢搅拌，待中间合金熔化后，静置0.5~4小时；（4）铸造时，将模具固定在频率10~40Hz、振幅5~10cm的振动台上，在机械振动下铸造和冷却。本发明的方法是一种除铁、细化晶粒及改善富铁相形貌的再生铝的除铁方法，降低再生铝铁含量，提高再生铝抗拉强度和延伸率，适用于硅铝再生铝。

Description

一种再生铝的除铁方法

技术领域

本发明涉及一种再生铝熔体净化方法，具体涉及到再生铝的一种除铁方法。

背景技术

铝合金以其优异的性能被广泛应用于国民经济的各个行业。在人类所使用的金属材料中，铝的消耗量居第二位，仅次于钢铁。我国是世界上最大的铝生产国，2012年产量达到2100万吨，占全球的40%。但我国的铝土资源并不丰富，储量占世界储量的3%左右，仅够开采20年。铝资源短缺与日益增加的原铝产量之间的矛盾日益突出。

再生铝是由废旧铝和废铝合金材料或含铝的废料，经重新熔化提炼而得到的铝合金或铝金属，是金属铝的一个重要来源。由于再生铝的来源复杂，极易混入铁、硅等杂质元素形成针状的β-AlFeSi富铁相，在铸件受力时严重割裂基体，塑性急剧下降，严重影响铸锭品质及后续加工性能，极大制约了废铝的再生利用和铝资源的可持续发展。目前，国内外学者主要通过除铁或改变富铁相的形貌来减缓其对铸锭的影响。美国学者最早发现硼能够捕获铝熔体中的铁元素，形成密度大的硼铁化合物，沉积在熔体底部从而达到除铁的目的；Mn、Cr、Be、Co等元素也常用于改变铝合金中富铁相的形貌。与原铝相比，生产再生铝的综合能耗仅为电解铝的5%，CO₂排放量可减少90%以上，经济效益和环境效益十分显著。

CN1940101A《铝合金除铁熔剂》公开了一种除铁熔剂，其配比为：20~40%氯化钠，20~40%氯化钾，1~10%六氟铝酸钠，0~10%氟化钠，9~30%的氧化硼或硼酸钠，认为熔剂中的硼化物会和铝熔体的铁元素形成密度较大的硼铁化合物，除铁率达到60%。

CN102304649A《再生铝合金除铁熔剂》，其组成为20~40%的山铝精炼剂、30~50%的氯化锰及余量焦炭，将混合熔剂均匀地撒在液面上，除铁率达到52.65%。

CN103255306A《一种再生铝复合除铁工艺》，在铝硅合金中添加硼砂或氯化锰中的至少一种，通过调节硼砂和氯化锰的比例，除铁率可达到49%。

上述CN1940101A和CN103255306A涉及硼砂或氧化硼，硼砂密度为2.28g/cm³，氧化硼密度为1.82~2.46g/cm³，均低于铝液密度，单独添加时易浮在液面上，同时硼砂320℃受热分解，硼砂600℃受热时，易生成粘度很高的玻璃状氧化硼，阻碍了硼化物与熔体的进一步接触。CN102304649A所添加的氯化锰吸收率低于60%，不利于资源的有效利用。此外，上述专利均未提到除铁后再生铝力学性能，尤其是塑性指标。因此，开发一种高效、利用率高的除铁方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种除铁、细化晶粒及改善富铁相形貌的硅铝再生铝的除铁方法，降低铁含量及提高除铁率，抗拉强度和延伸率。

本发明所述组分为：50~70%Al-B中间合金，30~50%Al-Mn中间合金，添加量为0.5~2%。

本发明提出的除铁方法步骤如下：（1）将硅铝再生铝质量的0.5~2%的50~70%Al-B中间合金和30~50%Al-Mn中间合金，经150~250℃预热30~60分钟；（2）加热硅铝再生铝至400℃后保温10~30分钟，再升温至700℃；（3）待硅铝再生铝熔化后，加入上述中间合金，缓慢搅拌，待中间合金熔化后，静置0.5~4小时；（4）铸造时，将模具固定在频率10~40Hz、振幅5~10cm的振动台上，在机械振动下铸造和冷却。

本发明所述的Al-B中间合金B的质量分数为1~10%。

本发明所述的Al-Mn中间合金Mn的质量分数为10~70%。

本发明采用Al-B和Al-Mn中间合金作为除铁成分，一方面中间合金易于熔入铝液，避免了因密度、熔点差异造成的合金元素的氧化和沉底，提高了对B、Mn元素的吸收效果；另一方面，中间合金中B、Mn等添加元素分散性好，有利于捕捉硅铝再生铝中的铁元素，大幅降低熔体中的含铁量。Mn、B元素与硅铝再生铝中的Al、Si、Fe等元素形成Fe-B、Al-Si-Mn-Fe等高熔点、大密度质点，其中一部分质点在保温静置过程中自然沉降至炉底，达到除铁的目的；另一部分形成Mn-Fe原子约比为4:1和2:1两种Al-Si-Mn-Fe四元合金相，前者主要呈多边形状，而后者呈网纹状。铸造过程中辅以机械振动，一方面可破碎晶枝、晶粒，消除树枝晶，从而细化晶粒，一方面可促进Al-Si-Mn-Fe四元合金形态由网纹汉字状向多边形状转变，提高铝硅再生铝的延伸率。

附图说明

图1为实施例1的金相图。

图2为实施例1的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

本发明选用含铁量为1.2%的硅铝再生铝，抗拉强度155MPa、延伸率3.5%，化学成分见表1。

表1 硅铝再生铝的成分（wt.%）

Al

Si

Fe

Mg

Mn

Cr

Zn

Ti

其它

余量

7.28

1.20

0.38

0.021

0.013

0.0031

0.013

≤0.1

实施例1

按硅铝再生铝质量1.5%称量50%的Al-5%B中间合金和50%的Al-30%Mn中间合金，经200℃预热60分钟；加热硅铝再生铝至400℃后，保温15分钟，再升温至700℃；待坩埚内铝液全部熔化后，将中间合金加入铝液中，用钛质搅拌棒缓慢搅拌熔体，待中间合金熔化后，静置1小时；铸造时，将模具固定在振动频率为10Hz，振幅为10cm的振动台上，整个铸造、冷却均在机械振动状态下完成。

除铁处理后铸件金相组织未发现有树枝晶，富铁相主要呈多边形和网状两种形态，见图1和图2。多边形富铁相中Mn/Fe的原子比约为4:1，网纹状富铁相中Mn/Fe的原子比约为2:1。

实施例2

按硅铝再生铝质量1.0%称量60%的Al-5%B中间合金和40%的Al-60%Mn中间合金，经180℃预热45分钟；加热硅铝再生铝至400℃后，保温25分钟，再升温至700℃；待坩埚内铝液全部熔化后，将中间合金加入铝液中，用钛质搅拌棒缓慢搅拌熔体，待中间合金熔化后，静置1.5小时；铸造时，将模具固定在振动频率为20Hz，振幅为10cm的振动台上，整个铸造、冷却均在机械振动状态下完成。

实施例3

按硅铝再生铝质量0.5%称量70%的Al-3%B中间合金和30%的Al-70%Mn中间合金，经220℃预热20分钟；加热硅铝再生铝至400℃后，保温25分钟，再升温至700℃；待坩埚内铝液全部熔化后，将中间合金加入铝液中，用钛质搅拌棒缓慢搅拌熔体，待中间合金熔化后，静置0.5小时；铸造时，将模具固定在振动频率为30Hz，振幅为5cm的振动台上，整个铸造、冷却均在机械振动状态下完成。

实施例4

按硅铝再生铝质量2.0%称量70%的Al-10%B中间合金和30%的Al-10%Mn中间合金，经150℃预热60分钟；加热硅铝再生铝至400℃后，保温30分钟，再升温至700℃；待坩埚内铝液全部熔化后，将中间合金加入铝液中，用钛质搅拌棒缓慢搅拌熔体，待中间合金熔化后，静置3.0小时；铸造时，将模具固定在振动频率为40Hz，振幅为5cm的振动台上，整个铸造、冷却均在机械振动状态下完成。

实施例1~4与硅铝再生铝的含铁量、抗拉强度及延伸率对比见表2。

表2 实施例1~4与硅再生铝的含铁量、抗拉强度及延伸率对比

Claims

1.一种再生铝的除铁方法，其特征是步骤如下：（1）将硅铝再生铝质量的0.5~2%的50~70%Al-B中间合金和30~50%Al-Mn中间合金，经150~250℃预热30~60分钟；（2）加热硅铝再生铝至400℃后保温10~30分钟，再升温至700℃；（3）待硅铝再生铝熔化后，加入上述中间合金，缓慢搅拌，待中间合金熔化后，静置0.5~4小时；（4）铸造时，将模具固定在频率10~40Hz、振幅5~10cm的振动台上，在机械振动下铸造和冷却。

2.根据权利要求1所述的再生铝的除铁方法，其特征是所述的Al-B中间合金B的质量分数为1~10%。

3.根据权利要求1所述的再生铝的除铁方法，其特征是所述的Al-Mn中间合金Mn的质量分数为10~70%。