[發(fā)明專利]一步法去除一次鋁硅合金中鐵和硅相的裝置和工藝

有效

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• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108165810B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂國強(qiáng);鮑雨;王毅博;馬文會;雷云;劉戰(zhàn)偉;李紹元;陳正杰;于潔;謝克強(qiáng);魏奎先;伍繼君
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C22C3/00
• 分類號: C22C3/00;C22C21/02
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種一步法去除一次鋁硅合金中的鐵和硅相的裝置及工藝。在交變電磁場的作用下采取金屬元素錳作除鐵劑，與一次鋁硅合金原料混合均勻，加熱熔融，冷卻后，合金中的硅和富鐵相在磁場力和溫度效應(yīng)的聯(lián)合作用下凝固并富集在底部，傾倒出上部的熔液，經(jīng)冷卻凝固后得到符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鑄造用鋁硅合金，最后將底部的初晶硅相和雜質(zhì)鐵相重熔后即得到底部合金熔液。相比于除鐵率僅60%以上的傳統(tǒng)自然沉降法除鐵，本發(fā)明工藝制取鑄造鋁硅合金的流程簡單快捷，節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)成本低，除鐵率高達(dá)92%，得到產(chǎn)品的硅的含量低至13%以下，鐵含量低至0.39%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于交變電磁場的高效一步法去除工業(yè)電熱還原法生產(chǎn)的一次鋁硅合金中鐵和硅相的裝置和工藝，使一次鋁硅合金分離為含鐵的初晶硅相和共晶鋁硅合金，且共晶鋁硅合金中的鐵、硅含量均達(dá)到鑄造鋁硅合金的合格標(biāo)準(zhǔn)，屬于電磁冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鑄造鋁硅合金具有良好的力學(xué)性能和鑄造性能，研究者們一直致力于鑄造鋁硅合金的組成和組織結(jié)構(gòu)的研究，不斷提升其綜合性能以滿足實(shí)際生產(chǎn)生活的需求。在鋁硅合金中添加各類復(fù)合元素可以形成多種復(fù)合材料，其強(qiáng)度高，剛度好，即便在高溫下的力學(xué)性能也十分優(yōu)秀，膨脹系數(shù)小、耐磨性好，因此廣泛運(yùn)用于多個領(lǐng)域，如汽車制造、電子技術(shù)、航天航空、制冷設(shè)備等等。電熱還原法是目前世界上公認(rèn)的優(yōu)于對摻法的鋁硅合金生產(chǎn)方法，該方法流程短、生產(chǎn)過程簡單，并且可以利用低品位的鋁土礦或非鋁土礦資源，符合我國的鋁礦資源的特點(diǎn)。然而，由電熱法制備的一次鋁硅合金中含有大量的金屬雜質(zhì)和熔渣，難以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)中鑄造用鋁硅合金的使用標(biāo)準(zhǔn)。例如一次鋁硅合金經(jīng)加鋁稀釋精煉后含鐵量較高，而鑄造鋁硅合金中的有害雜質(zhì)主要是鐵，其變現(xiàn)為合金中的鐵硬而脆，以粗大的針狀存在且穿過Al晶粒，極大地削弱了合金基體，降低了鑄造鋁硅合金的機(jī)械性能（鋁硅合金的強(qiáng)度和塑性、抗腐蝕性、鑄造性能、切削加工性能）；此外，一次鋁硅合金中硅含量越大，初晶硅數(shù)量越多，導(dǎo)致合金的鑄造性能和切削加工性能越弱，因此在制備鋁硅合金的過程中必須設(shè)法除去其中的鐵相和降低合金的硅含量，以減少其對鑄造鋁硅合金性能的影響。

目前去除鋁硅合金中鐵相的主要手段是自然沉降法，基本原理是使鐵相在熔體中形成密度較大的先析出相，再利用富鐵相和熔體的密度差使之分離達(dá)到除鐵目的。然而，傳統(tǒng)自然沉降法除鐵的效率較低、時間較長，且無法同時滿足降低合金中硅含量的要求。因此，在提升鑄造鋁硅合金的性能方面，單一自然沉降法是無法達(dá)到效率最優(yōu)化的。

鑒于以上情況，探究如何使工業(yè)電熱法制取的一次鋁硅合金中的硅分離出來，且使鋁硅合金中鐵含量大大降低，不僅可以制得含鋁量較高、鐵含量低的鑄造用鋁硅合金，而且分離出的底部合金因雜質(zhì)含量較多，可以加鐵和硅后用于煉鋼脫氧劑和煉鎂還原劑，亦可以將底部合金經(jīng)酸洗除雜后用于生產(chǎn)太陽能級多晶硅的原料，因此本發(fā)明工藝方法是非常有實(shí)際應(yīng)用價值和意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種一步法去除工業(yè)電熱法制備的一次鋁硅合金中的鐵相、以及降低合金中硅含量的裝置和工藝。通過本工藝處理后的鋁硅合金，不僅可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中對鑄造鋁硅合金鐵含量和硅含量的要求，又可以通過對雜質(zhì)含量較高的底部合金加硅、鐵來獲得煉鋼脫氧劑和煉鎂還原劑，或者酸洗除雜后作為生產(chǎn)太陽能級多晶硅的原材料，實(shí)現(xiàn)資源利用率最大化。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種一步法去除一次鋁合金中鐵和硅相的電磁分離爐，包括爐體、物料熔融凝固系統(tǒng)、物料收集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，物料熔融凝固系統(tǒng)和物料收集系統(tǒng)置于爐體內(nèi)，控制系統(tǒng)置于爐體外；

爐體頂部設(shè)有紅外測溫儀8和觀測口9，便于觀測熔體以及讀取熔體的溫度指示；爐體側(cè)壁上部設(shè)有N₂進(jìn)口端6和N₂出口端7，以保持爐內(nèi)的N₂持續(xù)流通；爐體側(cè)壁下部設(shè)有出料口13，便于熔液收集器17進(jìn)出；