[发明专利]一步法去除一次铝硅合金中铁和硅相的装置和工艺

说明书

本发明公开了一种一步法去除一次铝硅合金中的铁和硅相的装置及工艺。在交变电磁场的作用下采取金属元素锰作除铁剂，与一次铝硅合金原料混合均匀，加热熔融，冷却后，合金中的硅和富铁相在磁场力和温度效应的联合作用下凝固并富集在底部，倾倒出上部的熔液，经冷却凝固后得到符合工业标准的铸造用铝硅合金，最后将底部的初晶硅相和杂质铁相重熔后即得到底部合金熔液。相比于除铁率仅60%以上的传统自然沉降法除铁，本发明工艺制取铸造铝硅合金的流程简单快捷，节能环保，生产成本低，除铁率高达92%，得到产品的硅的含量低至13%以下，铁含量低至0.39%。

技术领域

本发明涉及一种基于交变电磁场的高效一步法去除工业电热还原法生产的一次铝硅合金中铁和硅相的装置和工艺，使一次铝硅合金分离为含铁的初晶硅相和共晶铝硅合金，且共晶铝硅合金中的铁、硅含量均达到铸造铝硅合金的合格标准，属于电磁冶金领域。

背景技术

铸造铝硅合金具有良好的力学性能和铸造性能，研究者们一直致力于铸造铝硅合金的组成和组织结构的研究，不断提升其综合性能以满足实际生产生活的需求。在铝硅合金中添加各类复合元素可以形成多种复合材料，其强度高，刚度好，即便在高温下的力学性能也十分优秀，膨胀系数小、耐磨性好，因此广泛运用于多个领域，如汽车制造、电子技术、航天航空、制冷设备等等。电热还原法是目前世界上公认的优于对掺法的铝硅合金生产方法，该方法流程短、生产过程简单，并且可以利用低品位的铝土矿或非铝土矿资源，符合我国的铝矿资源的特点。然而，由电热法制备的一次铝硅合金中含有大量的金属杂质和熔渣，难以达到工业生产中铸造用铝硅合金的使用标准。例如一次铝硅合金经加铝稀释精炼后含铁量较高，而铸造铝硅合金中的有害杂质主要是铁，其变现为合金中的铁硬而脆，以粗大的针状存在且穿过Al晶粒，极大地削弱了合金基体，降低了铸造铝硅合金的机械性能（铝硅合金的强度和塑性、抗腐蚀性、铸造性能、切削加工性能）；此外，一次铝硅合金中硅含量越大，初晶硅数量越多，导致合金的铸造性能和切削加工性能越弱，因此在制备铝硅合金的过程中必须设法除去其中的铁相和降低合金的硅含量，以减少其对铸造铝硅合金性能的影响。

目前去除铝硅合金中铁相的主要手段是自然沉降法，基本原理是使铁相在熔体中形成密度较大的先析出相，再利用富铁相和熔体的密度差使之分离达到除铁目的。然而，传统自然沉降法除铁的效率较低、时间较长，且无法同时满足降低合金中硅含量的要求。因此，在提升铸造铝硅合金的性能方面，单一自然沉降法是无法达到效率最优化的。

鉴于以上情况，探究如何使工业电热法制取的一次铝硅合金中的硅分离出来，且使铝硅合金中铁含量大大降低，不仅可以制得含铝量较高、铁含量低的铸造用铝硅合金，而且分离出的底部合金因杂质含量较多，可以加铁和硅后用于炼钢脱氧剂和炼镁还原剂，亦可以将底部合金经酸洗除杂后用于生产太阳能级多晶硅的原料，因此本发明工艺方法是非常有实际应用价值和意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种一步法去除工业电热法制备的一次铝硅合金中的铁相、以及降低合金中硅含量的装置和工艺。通过本工艺处理后的铝硅合金，不仅可以满足实际生产中对铸造铝硅合金铁含量和硅含量的要求，又可以通过对杂质含量较高的底部合金加硅、铁来获得炼钢脱氧剂和炼镁还原剂，或者酸洗除杂后作为生产太阳能级多晶硅的原材料，实现资源利用率最大化。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种一步法去除一次铝合金中铁和硅相的电磁分离炉，包括炉体、物料熔融凝固系统、物料收集系统和控制系统，物料熔融凝固系统和物料收集系统置于炉体内，控制系统置于炉体外；

炉体顶部设有红外测温仪8和观测口9，便于观测熔体以及读取熔体的温度指示；炉体侧壁上部设有N₂进口端6和N₂出口端7，以保持炉内的N₂持续流通；炉体侧壁下部设有出料口13，便于熔液收集器17进出；