一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法技术

本发明专利技术涉及一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法，属于再生铝合金领域。具体操作过程如下：石墨旋转氩气喷嘴位于熔炼炉底板上方50～100mm处，石墨旋转氩气喷嘴匀速旋转，将氩气破碎成细小均匀弥散的氩气气泡。石墨旋转喷嘴在再生铝合金熔体中XY水平面上先沿X方向往复匀速移动，步长为S

【技术实现步骤摘要】
一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法


[0001]本专利技术属于再生铝合金领域，适用于再生铝合金熔体净化。

技术介绍

[0002]我国再生铝产业发展迅速，但存在降级利用的难题，其核心是再生熔体精炼除杂除气技术水平低。因此，必须研发再生铝合金熔体精炼技术，降低熔体中夹杂物和气体含量，满足再生高端铝合金的要求，推动再生铝行业高质量发展。
[0003]现有的再生铝合金通常采用盐类、氯气及氯气与氮气混合气体等精炼剂，不仅给再生铝合金熔体引入了新的杂质，而且产生氮化铝进入熔体和熔渣中。因此，现有的精炼方式无法获得高纯净度的再生铝合金熔体，致再生技术通常用于铸造铝合金。
[0004]为提高再生熔体的纯净度，用氩气替代盐类、氯气及氯气与氮气混合气体，采用氩气精炼，不仅避免了新杂质引入，而且不产生氮化铝。为充分发挥氩气精炼的优势，亟需研发氩气均匀精炼技术，获得高纯净度的均匀再生铝合金熔体，满足再生高端铝合金的需求。
[0005]中国专利CN110042266A公开了一种铝合金熔体在线净化的方法，该方法采用复合精炼的方法在线处理铝熔体。铝熔体自上而下进入净化室，采用定量偏置旋转喷粉搅拌并在底部通过透气砖进行气粉混合吹气精炼，之后自下而上进行过滤，进一步去除细小的夹杂物。该专利所提出的精炼方法能使精炼剂均匀添加至铝熔体中，效果更好，且自下而上的过滤过程，能充分去除熔渣。但该精炼方法仍然采用了盐类精炼剂进行精炼过程，精炼过程中氯盐、氟盐等会残留在铝合金熔体中，带来二次污染，同时下方吹气装置仅通过固定吹气的手段，产生的气泡大而集中，气体利用率低，精炼效果差，精炼成本高。
[0006]中国专利CN111850326B公开了一种用于铝熔体净化的氮
‑
氯气体混合系统，该系统采用了氮
‑
氯气体混合精炼，在铝熔体中通入氮气吸附夹杂物，并利用压力差将铝熔体中的氢吸入氮气泡中。此外，通入氯气与铝熔体中的氢发生化学反应，从而达到去气和除渣的目的。该专利所提出的精炼方法简单高效，对铝熔体的精炼净化效果比仅用氮气时更佳，同时不使用盐类精炼剂，不在铝熔体中添加二次污染的氯盐、氟盐。系统中的气体流量监控装置可实时监测气体流量，对气体泄漏的安全性有保障。但该精炼方法仍采用传统的直通式吹气装置，气体利用效率低，氯气毒性大，虽有保护装置可减轻对工作人员的威胁，但氯气会对设备和环境有腐蚀作用，降低设备的使用寿命，同时氮气在铝熔体中会生成氮化铝，对铝熔体产生二次污染。
[0007]中国专利CN116024437A公开了一种回收铝熔体净化处理的方法，该方法采用三级熔体净化过程相结合，其中一级熔体净化为氩气旋转喷吹送入精炼剂的方式进行铝合金的熔体净化，二级熔体净化为氩气旋转喷吹的方式进行铝合金的熔体净化，三级熔体净化过程为一级二级熔体净化过程的结合，该专利所提出的精炼方法结合了传统精炼剂和氩气的精炼过程，旋转喷吹能够令分散的氩气泡与精炼剂吹入熔体中，相较于传统的盐类精炼方法精炼效果更好，精炼效率更高。不使用氯气与氮气，无毒性且不产生氮化铝污染铝熔体。但该精炼方法使用的精炼剂会在铝熔体中添加二次污染的氯盐、氟盐。精炼过程中氩气气
泡仅聚集在放置石墨旋转氩气喷嘴的铝合金熔体区域，难以达到氩气气泡在再生铝合金熔体内的均匀分布，导致铝液成分存在偏析。此外，三重熔体净化过程会有设备成本高，精炼流程长，气体利用率低的问题。
[0008]中国专利CN207608602U公开了一种铝合金熔体在线除气设备，其采用了双石墨旋转氩气喷嘴，分别置于熔炼炉两端，中轴线与熔炼炉侧边放置有多个耐火材料制成的挡板，并在底部设置有碳电极棒，吸附铝液中的难溶颗粒。该专利所提出的精炼设备使用了氩气作为精炼剂，不使用传统的盐类、氯气及氯气与氮气混合气体精炼剂，避免了新杂质引入，且不产生氮化铝。两个石墨旋转氩气喷嘴与挡板扩大了铝液的流动范围，提高了氩气泡在铝熔体均匀分散的程度，同时碳电极棒可防止铝熔体中的杂质颗粒从进入流槽中，精炼效果好。但该精炼设备仅增加了挡板与石墨旋转喷嘴的数量，没有精确控制气泡大小和均匀分布的能力，对于大型熔炼炉其效果不佳。此外，多个挡板与两个石墨旋转氩气喷嘴所需要的安装成本和设计成本高，一旦出现故障其更换时间长，更换成本高。
[0009]综上，现有的再生铝合金熔体主要采用盐类、氯气及氯气与氮气混合气体等精炼剂，没有公开精炼方法，难以获得高纯净度、均匀的再生铝合金熔体，导致再生铝合金产品一致性差、档次低。

技术实现思路

[0010]本专利技术公开了一种再生铝合金熔体氩气均匀的精炼方法，氩气通过石墨旋转氩气喷嘴，将粗大的氩气泡破碎成细小均匀弥散的氩气泡；通过石墨旋转氩气喷嘴匀速在熔体底部XY水平面均匀扫描，氩气泡上浮带出夹杂物和气体，实现高效均匀氩气精炼获得纯净度高、均匀的再生铝合金熔体。
[0011]如图1所述一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：用氩气将石墨旋转氩气喷嘴的空气排出；
[0013]步骤2：石墨旋转氩气喷嘴置于位于熔炼炉底板上方某一水平面，石墨旋转氩气喷嘴与熔炼炉底板的距离d为50～100mm；启动喷嘴旋转电机，石墨旋转氩气喷嘴旋转速度为100～1500r/min，粗大的氩气泡破碎成细小均匀弥散的氩气泡，氩气流量为5～100L/min，细小均匀弥散的氩气泡直径为0.5～5.0mm，氩气泡平均间距为1.0～10.0mm；
[0014]步骤3：石墨旋转氩气喷嘴在XY水平面上先沿X方向往复匀速移动，移动速度为5～200mm/s，步长S
Y
为100～300mm；然后石墨旋转氩气喷嘴在再生铝合金熔体中XY水平面上沿Y方向往复匀速移动，移动速度为5～200mm/s，步长S
X
为100～300mm；
[0015]步骤4：在浮力作用下，微小均匀的氩气泡将夹杂物和氢气带出再生铝合金熔体去除。
[0016]本专利技术的技术原理为：
[0017]1.氩气为惰性气体，不与任何物质发生反应。
[0018]2.相较于再生铝合金熔体内部，氩气泡内界面能比熔体内部界面能小，夹杂物会进入氩气泡而被带出熔体。
[0019]热力学第二定律表明：孤立系统的熵永不自动减小。我们可以将铝熔体、夹杂物、氩气泡看作是一个孤立的系统，根据热力学第二定律，该孤立系统内的物质具有自发释放能量而进行焓减熵增演化的趋势，即满足能量最低原理。
[0020]氩气泡碰触到在再生铝合金熔体中的夹杂物时，氩气泡界面、夹杂物界面、再生铝合金熔体界面会形成固液气三相界面，可使用杨氏方程来描述此时的界面张力：
[0021][0022]其中：
[0023]γ
SG
为夹杂物与氩气泡间的界面张力；
[0024]γ
LS
为铝熔体与夹杂物间的界面张力；
[0025]γ
LG
为铝熔体与氩气泡间的界面张力。
[0026]如图3所示，根据自身界面最小化原理画出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法，其特征在于：石墨旋转氩气喷嘴位于熔炼炉底板上方，在再生熔体中XY水平面上先沿X方向往复匀速移动，步长为S
Y
；然后石墨旋转氩气喷嘴在再生铝合金熔体中XY水平面上沿Y方向往复匀速移动，步长为S
X
。2.根据权利要求1所述一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法，其特征在于：石墨旋转氩气喷嘴与熔炼炉底板的距离d为50～100mm。3.根据权利要求1所述一种再生铝合金熔体氩气均匀精炼的方法，其特征在于：所述石墨旋转氩气喷嘴旋转速度为100～1500r/min，氩气流量为5～100L/min，氩气泡直径为0.5～5.0mm，氩气泡平均间距为1.0～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张深根，刘波，黄鸣天，沈汉林，杜森，王建文，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：