一种利用再生铝生产铝合金的方法

技术领域

本发明涉及废铝利用技术领域，具体涉及一种利用再生铝生产铝合金的方法。

背景技术

随着我国工业的发展，铝合金的应用日益广泛。基于可持续发展及环保理念，铝的再生、回收日益成为铝合金行业的重要手段。再生铝生产铝合金不仅拥有原生铝的密度小、耐腐蚀、导热、导电性好及延展性好等特点，在实际应用中还能节约资源、减少固体废物和污染气体排放并降低成本。再生铝生产铝合金产业的大力发展具有非常重要的意义。但在铝的再生回收过程中，铝熔体中可能引入其他金属元素，比如Fe、Na、Mg、Ca等，其中Fe元素对铝合金性能的影响极大。

再生铝合金中铁相主要包括α-Fe相、β-Fe相。α-Fe相对基体力学性能影响小；而β-Fe相呈针状，严重割据基体，显著降低铝合金的力学性能。降低铁元素含量或者将β-Fe相向α-Fe相进行转变，都可以提高铝合金的质量。传统变质剂虽然起到细化晶粒的作用，但对β-Fe相向α-Fe相进行转变的效果并非十分明显，影响最终的铝合金产品质量，严重限制了再生铝生产铝合金的应用。为此，我们提出了一种利用再生铝生产铝合金的方法。

发明内容

(一)针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用再生铝生产铝合金的方法，克服了现有技术的不足，通过添加包埋变质剂促进β-Fe相向α-Fe相进行转变，会使得晶粒进一步细化并弥散在基体中，从而提高了铝合金的性能。

(二)为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用再生铝生产铝合金的方法，包括以下步骤：

(1)将再生铝原料放入熔炉中，先在700-800℃下充分熔融，接着保温1-2h，再经除气后得到铝杂熔体；

(2)对铝杂熔体进行取样分析，加入中间合金调整其成分至目标合金，同时加入包埋变质剂，充分混合熔融后得到合金熔体；

(3)将合金熔体升温至850-950℃，并通入复合气体，降温至700-750℃时保温20min，经扒渣、除气后，得到精炼熔体；

(4)对精炼熔体进行过滤处理，浇铸制得铝合金。

优选的，步骤(1)中，以质量百分比计，再生铝原料包括以下组分：Si 8.6％、Cu2.7％、Fe 1.5％、Mg 0.3％、Zn 0.7％、Ni 0.5％、Mn 0.4％，余量为Al。

优选的，步骤(2)中，包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、将硼酸钠和复配稀土混匀，得到混合料；

S1-2、采用铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

优选的，步骤S1-1中，硼酸钠和复配稀土的质量比为(2-5)：1；以质量百分比计，复配稀土包括Ce 40-60％、La 10-25％以及Sr 10-30％。

优选的，步骤S1-2中，铝皮在包芯处理之前采用清洗处理去除其表面的油脂及污染物，且铝皮的厚度为0.2-0.5mm。

优选的，步骤(2)中，中间合金为Al-30Si、Al-10Mg、Al-30Mn、Al-30Cr、Al-30Zn、Al-10Ni、Al-10Cu中的任意一种或多种组合。

优选的，步骤(2)中，包埋变质剂占合金熔体总质量的1.5-2.5％。

优选的，步骤(3)中，复合气体为氯气和氮气，且氯气和氮气的体积比为1：(15-20)。

优选的，熔炼之前，在预与熔体接触的部件涂覆涂料，具体方法如下：

S2-1、预先对部件进行清理，并在150-200℃下烘干2-3h；

S2-2、将氧化锌、硅酸钠和去离子水在90-95℃下搅拌均匀得到涂料，将涂料均匀涂覆在部件表面，烘干冷却待用。

优选的，步骤S2-2中，以质量百分比计，氧化锌20％、硅酸钠15％以及去离子水65％。

(三)本发明提供了一种利用再生铝生产铝合金的方法，具备以下有益效果：

本发明通过添加包埋变质剂对熔体进行变质精炼处理，大幅度改善了铝合金的质量，其中硼酸钠的使用会促进针状β-Fe相向块状初生α-Fe相转变，稀土Ce的使用会改变初生α-Fe相界面结构，破环其界面共格关系，抑制α-Fe相逐渐长大，稀土La、Sr的共用可形成Fe

本发明通过对硼酸钠和复配稀土进行包埋处理，利用处理后的铝皮进行包芯，保证了包埋变质剂可以深入熔体内，传统的喷洒方式是很难让硼酸钠/复配稀土到达熔体的中下部的，也就是说，熔炉中的溶液并不能全部被净化处理，而包埋变质剂的使用则可以很好的解决这一问题，进一步改善了铝合金的质量。

本发明采用氯气/氮气混合的方式代替了单一氮气的使用，氯气的使用可以降低铝液中的氢含量、钠含量，和氮气配合使用具有更好的除气、除渣的效果，而且，氯气含量较少，对设备腐蚀也较轻。

附图说明

图1为本发明硼酸钠与复配稀土比例与拉伸强度关系柱状图；

图2为本发明中铝合金杂质相形貌图。

其中，图2(a)中为再生铝形貌图，图2(b)为实施例4中铝合金形貌图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、按质量比为2：1将硼酸钠和复配稀土混匀，得到混合料；以质量百分比计，复配稀土包括Ce 40％、La 10％以及Sr 30％。

S1-2、对铝皮进行清洗处理去除其表面的油脂及污染物，采用厚度为0.2mm的铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

实施例2

包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、按质量比为5：1将硼酸钠和复配稀土混匀，得到混合料；以质量百分比计，复配稀土包括Ce 50％、La 25％以及Sr 25％。

S1-2、对铝皮进行清洗处理去除其表面的油脂及污染物，采用厚度为0.5mm的铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

实施例3

一种利用再生铝生产铝合金的方法，包括以下步骤：

(1)将再生铝原料放入熔炉中，先在700℃下充分熔融，接着保温1.5h，再经除气后得到铝杂熔体；以质量百分比计，再生铝原料包括以下组分：Si 8.6％、Cu 2.7％、Fe1.5％、Mg 0.3％、Zn 0.7％、Ni 0.5％、Mn 0.4％，余量为Al。

(2)对铝杂熔体进行取样分析，加入中间合金调整其成分至目标合金，同时加入包埋变质剂，充分混合熔融后得到合金熔体；中间合金为Al-30Si和Al-30Zn。包埋变质剂占合金熔体总质量的2％。

(3)将合金熔体升温至900℃，并通入复合气体，降温至700℃时保温20min，经扒渣、除气后，得到精炼熔体；复合气体为氯气和氮气，且氯气和氮气的体积比为1：20。

(4)对精炼熔体进行过滤处理，浇铸制得铝合金。

熔炼之前，在预与熔体接触的部件涂覆涂料，具体方法如下：

S2-1、预先对部件进行清理，并在180℃下烘干2.5h；

S2-2、将氧化锌、硅酸钠和去离子水在95℃下搅拌均匀得到涂料，将涂料均匀涂覆在部件表面，烘干冷却待用。以质量百分比计，氧化锌20％、硅酸钠15％以及去离子水65％。

本实施例中，制得的铝合金的成分如下：Si 11.3％、Cu 2.1％、Fe 0.4％、Mg0.2％、Zn 1.0％、Ni 0.5％、Mn 0.4％，余量为Al。符合ADC12铝合金标准。

本实施例中，采用实施例2中的包埋变质剂。

实施例4

一种利用再生铝生产铝合金的方法，包括以下步骤：

(1)将再生铝原料放入熔炉中，先在800℃下充分熔融，接着保温2h，再经除气后得到铝杂熔体；以质量百分比计，再生铝原料包括以下组分：Si 8.6％、Cu 2.7％、Fe 1.5％、Mg 0.3％、Zn 0.7％、Ni 0.5％、Mn 0.4％，余量为Al。

(2)向铝杂熔体中加入包埋变质剂，充分混合熔融后得到变质熔体。包埋变质剂占变质熔体总质量的2％。

(3)将变质熔体升温至950℃，并通入复合气体，降温至750℃时保温20min，经扒渣、除气后，得到精炼熔体；复合气体为氯气和氮气，且氯气和氮气的体积比为1：15。

(4)对精炼熔体进行过滤处理，浇铸制得铝合金。

熔炼之前，在预与熔体接触的部件涂覆涂料，具体方法如下：

S2-1、预先对部件进行清理，并在180℃下烘干2.5h；

S2-2、将氧化锌、硅酸钠和去离子水在95℃下搅拌均匀得到涂料，将涂料均匀涂覆在部件表面，烘干冷却待用。以质量百分比计，氧化锌20％、硅酸钠15％以及去离子水65％。

本实施例中，采用实施例2中的包埋变质剂。

对比例1

与实施例4基本相同，区别在于，包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、按质量比为5：1将硼酸钠和稀土Ce混匀，得到混合料。

S1-2、对铝皮进行清洗处理去除其表面的油脂及污染物，采用厚度为0.5mm的铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

对比例2

与实施例4基本相同，区别在于，包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、按质量比为5：1将硼酸钠和稀土La混匀，得到混合料。

S1-2、对铝皮进行清洗处理去除其表面的油脂及污染物，采用厚度为0.5mm的铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

对比例3

与实施例4基本相同，区别在于，包埋变质剂的制备方法如下：

S1-1、按质量比为5：1将硼酸钠和稀土Sr混匀，得到混合料。

S1-2、对铝皮进行清洗处理去除其表面的油脂及污染物，采用厚度为0.5mm的铝皮对混合料予以包芯处理，得到包埋变质剂。

对比例4

与实施例4基本相同，区别在于，不采用包埋变质剂，而是直接将按质量比为5：1将硼酸钠和复配稀土混匀，喷洒在铝杂熔体上。

对比例5

与实施例4基本相同，区别在于，在步骤(3)中，只通入氮气不通入氯气。

对比例6

与实施例4基本相同，区别在于，熔炼之前，不对相应部件涂覆涂料。

力学性能测试

用φ20×100mm的金属铸型浇注制作拉伸力学试样。拉伸试验在CSS-44100电子万能实验机上进行。具体检测结果如下表所示。

表1强度检测

从上表可以看出：

a、通过对比例1-3中的试样和实施例4中的试样的抗拉强度相比，说明稀土Ce、La和Sr的复配使用，确实有助于铁相的转变，对提高铝合金质量起着重要作用；

b、对比例4中试样的抗拉强度是弱于实施例4中试样的，说明通过铝皮包芯的方式有利于混合料与熔体的充分的接触，从而进一步改善变质的效果；

c、对比例5-6中的试样的抗拉强度与实施例4中的试样相差不大，说明通入复合气体和预先涂覆涂料，对改善铝合金的质量起到了一定的辅助作用。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。