废铝回收制备稀土铝硅合金的方法及其稀土铝硅合金

摘要

本发明公开了一种废铝回收制备稀土铝硅合金的方法及其稀土铝硅合金，属于合金制备技术领域，包括将废铝经预处理后分铸成废铝锭，然后按纯铝20～25％：废铝锭75～80％比例，在硅、铜中间合金、稀土合金的存在下，700～720℃熔炼7～8小时，浇注成铝硅合金。本发明原材料以废铝为主，纯铝为辅，通过对熔炼前后的工艺流程进行改革创新，还加入适量的其他元素和稀土金属，一方面提高了对废旧物资的再生利用，另一方面大量减少化工熔剂的使用量，降低了成本，提高了产品质量，还大幅消减废气的排放量，有益于绿色环保生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝硅合金，尤其是涉及一种废铝回收制备稀土铝硅合金的方法及其稀土铝硅合金。主要应用于汽车、摩托车配件、出口机械配件等行业。

背景技术

近年来中国铝加工业迅猛发展，铝硅合金以其优异的性能被广泛运用于国民经济的各个行业，目前铝硅合金的生产主要有两种方法：(一)原生铝熔炼配制合金；(二)废旧铝合金回收再利用。废铝再生利用能耗低，能耗只有原生铝生产的5％，回收实得率高，可以多次回收利用。而且再生铝生产投资小，收益期短，比原生铝配制生产铝硅合金具有很大的成本和能效优势。近十几年来，我国铝再生行业发展迅猛，其中仅旧易拉罐回收利用率达60％以上，2001年我国废旧铝合金净进口量达到360.019万吨。但是，目前我国铝回收技术落后，主要存在以下问题：

1、分选、配料和熔炼工艺简单，成分检测和质量控制手段尚不完善，有的企业仅以铝锭表面质量与断口形貌来判断产品是否合格，生产冶金质量不稳定，相当部分企业只能生产几种低附加值的铸造铝合金，如副牌ZL102等。

2、废铝回收工艺能耗大，废铝再生过程中产生的有害气体和废渣的排放带来的环境问题。

因此，如何改良废旧铝合金的再生技术，降低废铝回收的能耗及环境污染，制备一种具有良好合金性能及稳定性的铝硅合金，对解决原生铝资源匮乏的问题，具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能耗低、且环保性好的废铝回收制备稀土铝硅合金的方法。

为实现本发明的主要目的，所采取的技术方案为，一种废铝回收制备稀土铝硅合金的方法，其特征在于，包括将废铝经预处理后分铸成废铝锭，然后按纯铝20～25％：废铝锭75～80％比例，在硅、铜合金、稀土合金的存在下，700～720℃熔炼7～8小时，浇注成铝硅合金。

本发明的进一步设置为：

废铝预处理包括废料分类堆放～手工挑拣归类～细致磁选～初步检测分析等工序。具体地，按照废料的大小、形状确定工艺过程如下：A.大件和切片：按成分分类→去除其它金属及嵌件→烘烧去油污油漆；B.粉状物与废碎料：分类→干燥去水→磁选、风选、抛物分选→焙烧；C.易拉罐等：切碎→焙烧除漆→压块。

分铸工序包括将经过预处理后的废料按分类进行铸造成废铝分铸锭。

优选地，所述的熔炼工序中：

开炉点火前先清炉、洗炉，以免其它元素及杂质带入其中；

用氧化锌涂抹工具、模具以免铁质渗入；

投料：投料前，先用温火烘烤至100℃左右，以缓冲温差，并使氧化锌完全熔融覆盖。投料比例按(A1、A0、A00)纯铝20～25％，废铝分铸锭75～80％，按工艺要求分两次加入，第一次下料50％，然后升温至700～720℃，保温2～3小时；将金属硅加入铝液中至完全熔化；把纯铜加工ACu40中间合金加入铝液中，再进行第二次下料50％；然后加入稀土合金。

本发明所述稀土合金按下述重量百分比组成配料：铝(Al)87～90，稀土元素(RE)10～13，分次按80％、20％投入铝，升温至700～720℃熔化，把RE金属块压入铝液2/3以下，保温在700～720℃下让其自然熔化10分钟，搅拌均匀，静止10～15分钟后浇注而成。

稀土元素(RE)的组成Ce：52～57、La：36～41、Pr：5～8、Gd：2～3。

优选在熔炼过程中，加入适量的除渣剂，用氮气枪在铝液中进行多次全方位搅拌透彻，并除去灰渣。

优选在熔炼过程中，进行第一炉前分析：在第一次搅拌后取样用原子吸收法做快速分析，一般应在15分钟完成。如发现化学元素有偏析应及时作补充调整后再作第二次分析。

浇注：浇注前，应清渣扒渣，并在搅拌后撇去浮渣，静止15分钟后浇注，浇注时铝液温度保持680～700℃左右。

优选地，还包括后处理工序，即对浇注的成品做化学成分分析、金相、物理试验，并打印包装，过磅入库。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述工艺制备的、具有良好合金性能及稳定性的稀土铝硅合金，包括按重量百分比的下述组成：Si：8.5、Cu：3.5、RE0.15～0.25、Mg：0.10、Mn：0.4～0.45、Ni：0.4～0.45、Zn：0.25、Sn：0.15～0.25、Fe：1.0～1.30，余量为铝及<0.5的杂质。

所述RE的重量百分比组成为：Ce：52～57、La：36～41、Pr：5～8、Gd：2～3

以下结合附图和具体实施例对本发明的目的、方案和效果作进一步说明。

附图说明

图1为本发明铝硅合金的生产工艺流程图；

图2为本发明稀土合金的生产工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明铝硅合金的生产工艺包括：

1、废铝预处理：将废料经分类堆放～手工挑拣归类～细致磁选～初步检测分析等工序后备用。

具体地，按照废料的大小、形状确定工艺过程如下：A.大件和切片，按成分分类→去除其它金属及嵌件→烘烧去油污油漆；B.粉状物与废碎料，分类→干燥去水→磁选、风选、抛物分选→焙烧；C.易拉罐等，切碎→焙烧除漆→压块。

预处理的目的是使废铝按合金成分分类、去水、去油污油漆、去其他金属杂质，预处理时严控水分，防止砂土、氧化夹杂、有机物质的带入，把握住废料的归类分选。

同时，通过分类筛选后的废料，经初步检测分析其组成后，选择本发明的配料组分，以控制最终合金成分。

2、分铸：将经过预处理后的废料按分类进行铸造成废铝分铸锭。采取分类检测、分类铸锭的优点是有利于合金组分的控制，合金的成分较为稳定。

3、熔炼：

①开炉点火前先清炉、洗炉，以免其它元素及杂质带入其中；

②用氧化锌涂抹工具、模具以免铁质渗入；

③投料：投料前，先用温火烘烤至100℃左右，以缓冲温差，并使氧化锌完全熔融覆盖；投料比例按(A1、A0、A00)纯铝20～25％，废铝分铸锭75～80％，按工艺要求分两次加入，第一次下料50％，待加硅、铜中间合金后完成第二次下料50％；采用分次下料的好处是避免了一次下料造成的耗热大、烧损大的缺点，有利于控制温度及合金组成，且第一次下料熔化后，第二次加入的铝熔化时间短，耗热小。

④熔化：为了节约成本，减少消耗，提高产品质量，熔炼过程中少用大火，多用温火，温度控制在700～720℃，以10吨～15吨/炉计每炉成品下线时间一般应保持在7～8小时，其中第一次投料时升温到700～720℃，保温2～3小时；熔炼过程中应进行搅拌除气，并清渣扒渣。

⑤加硅炒硅：将金属硅加工成鸡蛋大小状加入铝液中至完全熔化；

⑥加铜中间合金：把纯铜加工AlCu40中间合金加入铝液中，铜中间合金加入时间可选择在第一次投料后，或于第二次投料时一起投入；

⑦加稀土合金：由于直接加入稀土元素，熔合性差，影响产品性能，且稀土元素易烧损挥发，因此，本发明采取先把稀土金属加工成A1RE10-13中间合金的形式再加入，加入前须干燥、预热，加入时应均匀抛洒在铝液中，待10～15分钟熔化后，加入适量的除渣剂，用氮气枪在铝液中全方位搅拌透彻，除去灰渣。这样，熔合性好，使产品的硬度、抗拉强度以及流动性都得到了提高。

本发明所述稀土合金的制备工艺如图2所示：

a、选料配料：选择纯铝(A00、A0)及高品位稀土金属(CLPG)，按下述重量百分比组成配料：

铝(Al)           87～90

稀土元素(RE)     10～13

稀土元素(RE)的组成如表1所示：

表1 稀土元素组成表

 

名称TRE总量CeLaPrGdFeSiSPC杂质总量混合稀土金属99.7052-5736-415-82-3<0.20.0150.010.0020.030.3

b、铸造：先用氧化锌涂抹工具、模具以免铁质渗入；下料前须干燥预热至100℃左右，以缓冲温差，防止炸炉；分次按80％、20％投入铝，升温至700～720℃熔化，RE加入时需用钟罩(专用工具)把RE金属块压入铝液2/3以下，保温在700～720℃下让其自然熔化10分钟，然后用专用铲具全方位搅拌均匀，静止10～15分钟后浇注，浇注时铝液温度为680～700℃左右。

⑧炉前分析：在第一次搅拌后取样用原子吸收法做快速分析，一般应在15分钟完成。

⑨调整、再分析：发现化学元素有偏析应及时作补充调整后再作第二次分析，以免影响产品质量。

4、浇注：浇注前，应清渣扒渣，并在搅拌后撇去浮渣，静止10～15分钟后浇注，浇注时铝液温度保持680～700℃左右。

5、后处理：对浇注的成品做化学成分分析、金相、物理试验，并打印包装，过磅入库。结合表2～表4所示，本发明制备的铝硅合金(代号ZLDA380RE)与现有的A380铝合金比较，其组成成分、产品性能均有较大的提高。

表2、现有A380合金化学元素成分表％

 

名称SiCuFeMgMnNiZnSn杂质总量A3807.5-9.52.0-4.01.3-2.00.100.50.4-0.53.00.350.5

表3、本发明制备的ZLDA380RE合金化学元素成份表％

 

名称SiCuMgMnNiZnSnREFe杂质总量ZLDA380RE8.53.50.100.4-0.450.4-0.450.250.15-0.250.15-0.251.0-1.30<0.5

表4、A380与ZLDA380RE力学性能对比表

 

名称合金代号合金牌号铸造方法合金状态抗拉强度伸长率布化硬度屈服度1ZAIsi9Cu4DZLDA380J.S.BT62411.573.6342ZAISi8.5Cu3.5DALDA380REJ.S.BT6306-3402.0-3.576-78.537

由表2～表4可以看出：

1、本发明采用低铁类稀土金属由Ce、La、Pr、Gd、Pe<0.2主要成分组成，加入稀土金属(中间合金)后可大量减少化工熔剂的使用量，既降低了成本，又提高了产品质量(提高了产品的硬度、表面光洁度、抗拉强度以及流动性)，还大幅消减废气的排放量，有益于操作工人的身体健康，改善周边环境，真正做到了绿色环保生产。

2、本主要原材料以废铝为主，纯铝为辅，通过对熔炼前后的工艺流程进行改革创新，首先对采购回厂的废铝进行分类堆放、逐件磁选、分类检测、分类铸成锭，再次进行检测分析，然后才能进入生产流程，并根据逐次分析的数据加入一定比例的纯铝，以保证合金的高品质，还加入适量的其他元素和稀土金属，生产出来的产品各项指标均达到和超过了同类牌号产品合金锭。这样，一方面提高了对废旧物资的再生利用，对国民经济、节能降耗，优化环境有着特殊的意义，另一方面避免了过去全部用废铝为主要原材料生产企业，能耗高，烧损大，检测手段不到位，产品质量难以保障，很难满足用户对材质的要求，经常出现各类质量问题。

3、在所有铝合金产品中，铁含量始终被视为有害物质，因此，本发明工艺中，原辅材料均采用了低铁要求，成品设计时把1.3～2.0％铁含量降低为1.0～1.3％，包括稀土金属，我们也采用低铁类稀土，把国标1.0降低0.2％含铁量，从而保证了产品的质量。