铸造废铝屑的回收研究

铸造废铝屑的回收研究

随着铝合金产量的逐年增加，残余废铝的数量也显著增加。这些废铝材料的强化和回收促进了既能源和能源的节约，具有重大的经济效益和社会效益。近年来,废铝再生已为国内外许多冶金铸造工作者所关注,废铝再生技术也在不断提高。废铝的熔炼是废铝再生技术中的关键部分,而熔炼技术的优劣又有很大程度地决定于熔炼过程中所用的熔剂及其相应的处理工艺。本文以废铝屑为研究对象,考察了熔剂配比、熔炼温度、熔剂加入量等参数对净化效果的影响,确定出最优的综合参数。1试验条件和检测方法1.1辅助授信试验试验原材料为铝铸件机加工切削下来的铝屑,其比表面积大,表面氧化、锈蚀和油水污染较严重。辅助无毒精炼剂由硝酸钠、石墨粉、冰晶石、氯化钠等组成。每次试验加入量为总炉料重量的0.5%。熔炼设备为5kW的井式实验电阻炉及容量为5kg铸铁坩埚。1.2回收率和含杂量测定废铝回收率测定:回收铝重(总的回收铝重减去熔炼时投入的合金铝锭的重量)与投料重(熔炼时投入的废铝饼的重量)的百分比称为回收率。含杂量测定:用金相分析软件求出每张金相照片中杂质所占的面积百分比,然后对同一试样的所有金相照片取平均值作为该试样的含杂量。金相观察和拍照在XJG-05型金相显微镜下进行。2测试方法2.1覆盖剂与清渣剂的作用试验的熔剂由KCl、NaCl和若干种氟盐等组成。KCl、NaCl是铝合金熔剂中最常见的基本组成,主要起覆盖剂的作用,因此选取了KCl和NaCl作为其主要成分,而在氯盐混合物中加入少量氟盐,主要是起清渣的作用。同时,氯盐又可以使清渣剂吸附氧化夹杂的能力增强。熔剂的制备方法如下:(1)配比熔剂拟定了三种配比,见表1。(2)配料按表1配方配料,初混再用球磨机球磨6~8h,保证各物料混合均匀并粒度合适。2.2废铝屑的清洗为获得质量较好的再生铝屑,有必要对熔化前的铝屑进行预先处理,其主要目的是去除铝屑中混入的铁屑、砂子和油污。因此用永久磁铁将废铝屑中的铁屑吸出;用筛子将废铝屑中的砂子筛掉;用清洁剂清洗废铝屑除去油渍。最后用烘干炉烘干废铝屑。因铝屑的比表面积较大,若熔化时直接将散状的铝屑加入坩锅中熔化,则铝屑氧化严重,会大幅度降低铝的回收率。据此,本文采用压力机将废铝屑压成如图1所示的小铝饼,以减少氧化烧损。2.3废铝饼、挖掘渣、夹渣的制备熔炼工艺如下:(1)先将坩埚炉、浇勺、撇渣勺、钟罩、浇注样品的模具进行清理后预热,预热到200℃左右后刷上涂料,然后烘干;(2)熔炼时先加入1kg的合金铝锭,将其加热到液相线温度以上并完全熔化,然后逐步加入废铝饼,加入废铝饼的总重是3kg。加完废铝饼后,在铝液温度达到试验设计的熔炼温度时加入已配好的熔剂,并不断地进行搅拌,当观察到炉渣粒度由大变小,达到细粉状时即可扒去炉渣;(3)扒渣后,控制铝液温度到720℃左右时加入辅助精炼剂,当不冒气泡以及夹渣物上浮时,迅速除去夹渣;(4)除去夹渣后,立即浇注试样和铝锭。2.4处理后(1)待试样和铝锭冷却后,进行称重,计算废铝回收率。(2)对浇注的试样进行取样、粗磨、细磨、抛光后再用显微镜观察,分析显微图。3结果3.1熔剂加入量的确定因为熔剂加入量是影响废铝回收率的最主要因素之一,所以先对熔剂加入量进行了实验。考虑到实际生产中的成本问题,要求熔剂加入量不应太多,一般不超过5%,所以选了四个水平进行实验,试验结果见表2。实验条件:700℃左右加熔剂,720℃左右进行扒渣和浇注。熔剂配方:仍由KCl、NaCl和若干种氟盐等组成。由表2可知:加入量为0.5%时回收率太低,4%和2%的回收率比较理想,1%的回收率也较好,而且通过观察发现,在熔剂加入量处于0.5%~4%时,废铝回收率会随着熔剂加入量的递增而递增,但当加入量比较大时,回收率的增加幅度会减少。在以后的实验中,把加入量设为三个水平:4%、2%、1%。3.2正交试验结果对熔剂配方和再生工艺进行优化试验,熔剂仍由上述成分组成,但在熔炼过程中都会加入等量的相同配方的无毒精炼剂,无毒精炼剂由硝酸盐、石墨粉等组成。为了充分发挥熔剂过滤、再生废铝的净化效果,选择了熔剂配方、熔炼温度(即熔剂加入和扒渣温度)、熔剂加入量等主要净化工艺参数,并对各参数选定三个水平,选用L9(34)正交表进行优化试验。熔剂配方(A):设计了三种配方:配方(1)(A1)、配方(2)(A2)、配方(3)(A3)。熔炼温度(B):不宜过高,以免加剧废铝的氧化和污染;也不宜过低,否则不利于熔剂除杂作用的发挥。选择温度:680℃(B1)、720℃(B2)、760℃(B3)。熔剂加入量(C):加入量分别选择1%(C1)、2%(C2)、4%(C3)。正交试验结果见表3。由极差分析可知各因素重要次序和最佳组合:rI为C-A-B和A3B1C3;rII为A-C-B和A3B3C3。综合考虑后初步选择最优组合为A3B1C3。比较R1、R2、R3值可见,A、C对rI和rII影响比较显著,B对rI和rII影响很小。在rI和rII的极差分析中发现,B与误差因素D比较,都有RD>RB,即误差因素对于回收率和含杂量的影响都要大于熔炼温度的影响,所以无法判断在试验当中熔炼温度对回收率和含杂量有没有影响。为此,将进行补充试验。3.3试验结果的比较在补充试验中,固定其中熔剂配方和熔剂加入量两个参数为A3、C3不变,再选B2、B3两个水平的熔炼温度来组合。补充试验结果见表4。由上面的比较可知,熔炼温度对试验的回收率和含杂量确实影响不大,但也不是没有影响,在几乎相同的试验误差下,A3B2C3组合最优,A3B3C3组合相对最差,组合A3B1C3与组合A3B2C3影响效果相近。这也说明了熔炼温度在B1与B2之间(即680℃与720℃之间)时,对试验结果几乎是没有影响的,当熔炼温度比较高时(接近760℃时)就会有比较明显的不良影响。因为熔炼温度为760℃左右时,加剧了废铝的氧化和污染