电磁分离一次铝硅合金中硅和铁相的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:tomzhang155
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基于一次铝硅合金中硅、铁杂质含量过高的问题,本研究利用电磁定向凝固结合中和元素Mn的技术手段,在一个实验过程中同时分离去除一次铝硅合金(35wt.%Si,5wt.%Fe)中的硅及富铁相。一方面,铝硅合金中硅和铁相被分离至底部便于去除;另一方面残留在铝硅合金中富铁相形态也得到了改善,从针状形态逐渐改善为树枝状、汉字状、块状及骨骼状,减小了富铁相在铝硅合金性能方面的不利影响。本文对电磁分离一次铝硅合金硅、铁相过程中的Mn加入量、保温温度、除铁温度以及下拉速率四个工艺参数进行探究,并提出了合理的初晶硅连续生长模型及富铁相在电磁场中的迁移模型。通过ICP测得的铁含量、EPMA定量化表征硅分离效果的硅铝比RSi/Al、以及改善后的硅、富铁相微观形貌三个标准来衡量不同参数对一次铝硅合金硅、铁相分离效果的影响。研究结果表明:不添加Mn时,单一电磁定向凝固可以有效分离一次铝硅合金中的初晶硅相,同时去除绝大部分的富铁相,残留的铁含量为0.9%。此时,富铁相虽被细化但仍呈针状形态;当在合金中添加适量的Mn时,富铁相的形貌随锰铁摩尔比Mn/Fe增大而逐渐变化。当Mn/Fe=1.2时,铁含量降低至0.42%,除铁率高达90%以上。相对较慢的下拉速率可以提高初晶硅和富铁相的分离效果,底部富铁相和初晶硅的致密度更高,下拉速率为5μm/s时有利于降低铝硅合金的硅铝比RSi/Al;降低除铁温度有利于提高富铁相冷却阶段的成形度,当除铁温度为600℃时,可以大幅提高富铁相的分离效率;保温温度过高容易增大能耗,保温温度为1150℃时能降低铝硅合金中的硅含量。一次铝硅合金通过加Mn经电磁定向凝固处理,可以改善针状富铁相的形态,减小其对合金性能的影响,Mn与富铁相形成密度、体积、磁化率增大的多元金属间化合物,一方面有利于富铁相的去除,另一方面也消耗了合金中的部分硅含量。电磁分离去除一次铝硅合金中硅、铁相的技术拥有成本低、耗能少、流程短、效率高的特点,这为后续生产制备铸造铝硅合金夯实了可靠的基础。分离提纯后的铝硅合金底部由于硅、铁含量高,可以根据用途来用于生产炼钢脱氧剂和炼镁还原剂,亦或者经酸洗除杂后制备太阳能级多晶硅材料,这大大提高了资源利用率。
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