废铝再生用熔剂及再生工艺的研究

华中科技大学硕士学位论文废铝再生用熔剂及再生工艺的研究姓名：周巧妹申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：万里20070116华中科技大学硕士学位论文I摘要基于资源、环境和经济发展的迫切需要，废铝再生技术越来越受重视。铝可以被无限次的回收和利用，每次回收所消耗的能量仅是原铝生产的5%。所以，许多学者对废铝回收各个环节的技术进行了广泛深入的研究。本文评价了国内外废铝回收方面涉及的技术诸如废铝的预处理技术、熔炼技术、精炼技术等，并在此基础上开展了废铝的再生技术研究。对试验原材料废铝屑，本文进行了吸铁、筛砂、洗涤、烘干、压铝饼等一系列预处理，除去了铝屑中混入的铁屑、砂子和油污，并有效地减少了氧化烧损，大幅度提高了铝的回收率。本文实验研究了熔剂配比、熔剂加入量和熔炼温度等对铸造废铝屑的回收率、合金含杂量的影响。通过正交优化和比较等方法得到了最优的熔剂配比及净化处理工艺：配方③熔剂、熔炼温度720℃、熔剂加入量4％的组合，在此条件下废铝屑的回收率为90％，合金的含杂量为0.0531％。并得出熔剂配方、熔剂加入量对废铝的净化效果均有显著影响。本文还配制了组合精炼剂，并设计了无毒精炼剂（加入量为0.5～1.1％）、组合精炼剂（加入量为0.5～0.8％）对废铝锭的精炼试验。得出其精炼效果均与其加入量成正比；组合精炼剂配比○6（加入量为0.8％）的精炼效果最佳（精炼后氢含量为0.1217ml/100g）。在此基础上，本文还对组合精炼剂和无毒精炼剂的精练效果进行了对比，得出组合精炼剂比无毒精炼剂的精练效果要好。关键词：废铝再生;净化;熔剂;回收率;氢含量华中科技大学硕士学位论文IIAbstractReclamationandreuseofaluminumanditsalloysisofincreasinglyimportanceforthepressureofresource,ecologicalenvironmentsandeconomicsustainabledevelopment.Aluminumcanberecycledindefinitelywithonly5%oftheenergyconsumptionineachrecycling,comparingtoproducetheprimarymetalfromAl2O3.Therefore,thealuminumrecyclingtechnologyhasbeenstudiedextensivelyandintensivebymanyscholars.Inthispaperthetechnologyofrecyclingsecondaryaluminumfrommechanicalprocessingdomesticandabroad,suchassorting,melting,refiningandsoon,wascarefullyreviewedandresearched.Totheexperimentalrawmaterial-Alchips,aseriesofpretreatmentproceduressuchasremovingtheiron,sievingthesand,washing,drying,pressingtoaluminumcakewascarriedoutinthispaper.Sotheironfilings,thesandandthegreasydirtinthealuminumchipshavebeenremovedeffectivelybyabovepretreatments.Meanwhiletheoxidationmeltinglosswasreduced,andthealuminumrecoveryratewasenhancedlargely,too.Inthispaper,theeffectoffluxformula,fluxaddingamountsandmeltingtemperatureonrecoveryrateandimpuritycontentwasanalyzed.TheresultsshowedthattheoptimizedparametersofpurificationprocessforchipsfromcastingAlalloyswascombinationoffluxformula○3,meltingtemperatureof720℃andfluxaddingamountsof4％.Recoveryratewas90%andimpuritycontentwas0.0531%inthecombination.Andobtainsthatthefluxformula,thefluxaddingamountshavetheremarkableinfluenceonthepurificationofaluminumchips.Thecombinationrefiningagentwasalsoconfectedinthispaper.Wedesignedexperimentofthenon-toxicrefiningagent(addingamountsis0.5~1.1%),thecombinationrefiningagent(addingamountsis0.5~0.8%)refiningthealuminumingotofAlscraps.Itwasobtainedthattherefiningeffectandtheaddingamountshavethedirectratioforbothrefiningagent;theformula○6ofthecombinationrefiningagent(addsamountsis0.8%)havethebestrefiningeffect(hydrogencontentis0.1217ml/100gafterrefining).Contrastingtherefiningeffectofcombinationrefiningagentandthatofthe华中科技大学硕士学位论文IIInon-toxicrefiningagent,obtainedthatthecombinationfiningagentwasbetterthanthenon-toxicfiningagent.Keywords:RecoveryofAlscraps;Purification;Flux;Recoveryrate;Hydrogencontent独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：周巧妹日期：2007年1月18日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□√。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：周巧妹指导教师签名：万里日期：2007年1月18日日期：2007年1月18日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1课题研究背景、目的及意义铝及其合金在国民经济中的地位和作用仅次于钢铁，其用量和范围日益扩大。原铝已不能满足社会的需要，一方面是铝土矿的日益枯竭，另一方面是铝的冶炼消耗大量能源，加剧能源危机。所以，有效地回收和利用铝加工行业的各种废料和使用报废的零件就显得尤其重要。废铝是一种有高度回收与利用价值的金属，首先铝是一种第三资源，在冶炼铝的过程中要消耗大量的能源，我国目前电解铝的平均直流电耗约为14500kWh/t，世界上最先进的指标己达13000kWh/t，而熔化废铝的能耗很低，仅相当于电解铝的5%左右；铝是一种抗蚀性很强的金属，腐蚀损失量少，废铝重熔时实收率相当高，回收价值高，可无限次的被回收利用。废铝回收方面涉及的技术有废铝的分类技术、冶炼设备、铝熔体净化技术及铝渣的提炼技术等。本文将主要探讨的是废铝再生技术中的铝熔体净化的熔剂净化法，而此种铝熔体净化技术的优劣又很大程度地决定于净化过程中所用的熔剂及再生工艺。铝熔体熔剂净化过程的实质就是用熔剂进行覆盖保护、除杂除气的过程。铝熔体的气体绝大部分都是氢，所以除气实质上就是除氢气。在铝及铝合金铸造和熔炼过程中，氢主要来源于湿气，而熔体温度以及与水蒸气接触时间是决定铝熔体吸氢量的关键因素[1]。因此，用熔剂覆盖熔体液面，隔绝铝熔体和空气的接触，并产生一系列的物理化学反应，对防止铝熔体吸气，除氢除杂，提高熔体的洁净度，具有重要的意义。根据熔剂对熔体净化作用的不同，熔剂可分为覆盖剂（coverfluxes）、清理剂（cleaningfluxes）、精炼剂（refiningfluxes）、除渣剂（drossingfluxes）和清壁剂（wall-cleaning）[2-4]以及细化变质剂。目前，研制和使用的熔剂种类繁多，如Pyrotek华中科技大学硕士学位论文2公司可提供上述各种熔剂，即可用于钟罩压入，又可由于喷吹；陈渭臣等研制的JGJ-1型铝合金熔剂、翟春泉等研制的JDLF-1和JDLF-2铝合金熔剂、傅高升研制的用于净化废铝屑的GJ-4、CJ-1和CJ-2熔剂以及倪红军等研制的JDN-I熔剂等等[5-10]。目前铝熔体除氢净化技术是建立在气泡浮游理论的基础上的，其工艺原理是在铝熔体中通入气体或加入能产生气体的物质以生成净化气泡，使熔体中的氢扩散进入气泡内并浮出液面，从而实现除氢净化。金属熔体中去除夹杂类似于化学工程中的相分离(PhaseSeparation)，本质上是利用夹杂相与熔体之间物理或化学性质上的差异实现分离并加以去除。由于铝熔体中的氧化物常常与氢伴随而生，同时又相互作用，因此，铝熔体除氢净化的方法也同时有不同程度的除杂作用。熔剂净化方法有以下几种类型：在浇包内净化熔体；在感应炉内净化熔体；在浇包内和炉内用搅拌机净化熔体；在磁力搅拌装置中净化熔体；液态熔剂净化等。喷射熔剂法是目前较为先进的铝熔体净化方法，其净化效果相对较好可使熔体中的氢从0.35ml/100gAl降至0.08ml/100gAl，使其流动性提高10%，减少渣中的铝含量达95%。但有关研究结果表明，该方法会导致合金元素的严重烧损（如Sr和B等）；设备投资大、维护费用高。国内现有的铝及其合金熔剂尽管种类多，但具有一个共同的缺点，就是应用范围窄、功能单一，需分别投入几种不同用途的熔剂后才能达到不同的目的，而且往往效果不显著，或对熔体洁净度或环境有害。因此，本文的目的就是希望在利用前人研究成果的基础上，开发出适用于废铝回收再生用的低成本、效果显著、对环境污染少的新型熔剂及合理的净化工艺。1.2铝熔体中的夹杂和气体1.2.1铝熔体中的夹杂1.2.1.1夹杂的类型熔融金属在精炼处理以及运输过程中，氧化皮、金属间化合物、炉膛碎片等异物容易被带入到金属液中，形成所谓非金属夹杂。在铝及铝合金中存在着各类不同华中科技大学硕士学位论文3的夹杂。根据形成时期的不同，可以把夹杂分为一次夹杂和二次夹杂。一次夹杂，又称为外来夹杂物，它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬、浇包、浇道碎片等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入熔剂的残余物。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大。二次夹杂，又称为内生夹杂物，主要形成于充型过程。它是金属在熔炼过程中，各种物理化学反应形成的夹杂物。内生夹杂物一般来说分布比较均匀，颗粒也比较小。表面紊流是造成二次夹杂的主要原因