再生铝熔体连续在线净化方法及设备研究

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与铝矾土炼铝相比,用回收废铝加工冶金质量合格的再生铝,其吨产的耗能和对环境的冲击分别仅为前者的5%和10%左右。目前,在西方发达国家年耗铝量中,再生铝所占比例已高达60%,被广泛用于交通、建筑和包装等传统铝行业。随着原铝市场的逐渐饱和,废铝的循环再生利用已成为我国铝产业可持续发展的必然选择。  但回收废铝过程中不可避免地掺杂着众多杂质元素及其化合物,它们会在宏微观组织中引入气孔、缩松及有害第二相,显著降低材料的力学性能和腐蚀抗力。因此,再生铝的纯净化成为国内外铝再生利用的关键。本论文综合运用理论分析、装置设计、数值模拟、实验验证、金相观察等研究手段,以在线连续气体搅拌气除杂和降低Fe的有害作用为研究对象,进行了铝熔体旋转喷粉净化装置的研制、旋转喷吹精炼水模拟观察、熔体精炼实验验证,并探索 S对再生Al-Si-Fe熔体中Fe的影响,取得如下结果:  本研究以废铝连续熔化、精炼和外供工艺为前提,以研发废铝熔体的在线连续精炼装备为目标,设计了铝熔体旋转喷粉连续净化装置,装置设计中重点关注旋转系统、螺旋进料系统以及喷吹装置,以满足连续在线精炼对可靠性、耐久性和精炼效率的苛刻要求。  在深入分析现有精炼方法及装备精炼原理的基础上,以连续在线精炼效能为指标,提出了“控流高效精炼”方法,并进行了水模拟实验、观察了熔体搅拌流和精炼气泡的交互作用。同时运用 Fluent对旋转喷吹转子偏置分布的铝熔体流场进行了模拟。最终确定了“偏置转子高效控流精炼”的优化工艺组合,即转子转速:550r/min;转子与精炼室的直径比:2/5;N2气流量:160L/h;偏离中心距:40mm。再生铝熔体精炼实验表明,采用优化工艺参数组合,经过6分钟的精炼,熔体含氢量从0.30 ml/100g降至0.11 ml/100g。  以热力学理论为依据,以EDS、XRF、XRD为工具,确认: S对铝熔体没有直接除铁效果,但对含铁熔体存在变质作用;当W(S)=1.35%时,杂质含量降低、晶粒得到细化、β-Fe相变得细小和离碎,降低了片状β-Fe对基体的割裂。
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