【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于冶煉，特別是涉及一種以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法。
技術介紹
1、鋁是傳統工業的重要基礎材料，而隨著近代工業、現代科學和新技術的蓬勃發展，硅和含硅材料也已越來越成為重要的基礎材料，其應用已普及到汽車、船舶和航空領域等各個現代工業領域。鋁土礦是現代工業中鋁的重要來源，然而，我國的鋁土礦資源儲量少，鋁土礦供給長期難以滿足國內的需求。據統計，2021年全球鋁土礦資源儲備分布中，中國鋁土礦儲備僅占世界的3.13％。我國鋁土礦的產量自2017年后開始呈現下降趨勢，據統計，2021年我國鋁土礦產量為8500萬噸，同比上年下降8.3％。此外，我國雖然硅礦資源豐富，但隨著工業硅產業的快速發展與環境保護的需求，可利用資源也再急劇減少。工業硅主要是以電熱還原法冶煉制備得到的，即將硅石和碳還原劑破碎至一定的粒徑，混合后投入到礦熱中冶煉，其中，所用還原劑以木塊為主，添加一定量的石油焦和洗精煤。該方法生產過程中爐況易波動，難控制，且原料利用率低，生產成本高，電耗高，產品質量難提高，煙塵排放大，對周圍環境影響較大。另外，冶煉過程中需要加入了木塊，會消耗大量的森林資源，造成生態環境的破壞。
2、因此，尋找替代性的鋁硅原材料資源具有十分重要的經濟意義。而實際上，我國硅鋁質原料種類眾多、儲量豐富，除鋁土礦外，粘土、藍晶石、粉煤灰、煤矸石等均是鋁硅含量較高的鋁硅質原料，特別是粉煤灰和煤矸石，由于其中的鋁和硅難以分離，它們通常難以被用來生產鋁硅產品。中國專利cn202011267925.4提供了一種利用高鋁粉煤灰制備鋁硅
3、本專利技術試圖在此基礎上對制備鑄造鋁硅合金的方法進行改進。
技術實現思路
1、為了實現上述
技術介紹
提及的改進，本專利技術為解決其技術問題所采用的技術方案為：
2、一種以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，包括如下步驟：
3、(1)將硅鋁質原料、碳質還原劑進行破碎，并外加粘結劑和水充分混合均勻后制團，烘干得到干團塊，而后投入電弧爐內進行還原反應，獲得單質鋁硅鐵熔體；
4、(2)在控制降溫條件下，對獲得的鋁硅鐵熔體進行梯度降溫，所述梯度降溫包括下述階段：第一階段，以1～20℃/min降溫速度降至800～1300℃，保溫10-200min；第二階段，以0.1～20℃/min降溫速度降至650～1000℃，保溫10-200min；第三階段，以0.1～20℃/min降溫速度降至600～850℃，保溫10-200min；第四階段，以0.1～20℃/min降溫速度降至577～650℃，保溫0-200min；然后自然冷卻至室溫，獲得具有骨架結構的鋁硅鐵合金；
5、(3)所得具有骨架結構的鋁硅鐵合金升溫至577～700℃，進行離心處理，實現固液分離，其中保持固態的為硅相和鐵相長大形成的交織骨架結構，而骨架結構空隙內硅鋁合金相則以液體的形式經濾孔流出，冷卻凝固后得到符合工業標準的鑄造鋁硅合金。
6、步驟(1)所述硅鋁質原料、碳質還原劑二者加和后其中鋁、硅、鐵三種元素之間的比例關系為：鋁的含量為10～88.3wt.％，硅的含量為11.7～90wt.％，鐵的含量為0.01～26.0wt.％，同時，鐵的含量≤(45.64-0.52al)wt.％且≤(40.63-0.41si)wt.％。
7、優選地，步驟(2)所述梯度降溫包括：第一階段，以5～15℃/min降溫速度降至850～1150℃，保溫20-60min；第二階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至700～900℃，保溫20-60min；第三階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至600～750℃，保溫20-60min；第四階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至577～650℃，保溫20-60min。
8、在上述方法中，步驟(1)所述硅鋁質原料可以是含硅鋁天然礦物、含硅鋁質的固體廢棄物或者人工合成的硅鋁原料中的一種或幾種混合，其中硅鋁天然礦物包括鋁土礦、高嶺石、鈉長石、鉀長石等，含硅鋁質的固體廢棄物包括鋁土礦浮選尾礦、煤矸石、粉煤灰、頁巖渣等。
9、在上述方法中，步驟(1)所述碳質還原劑包括煤，石油焦，煅后無煙煤，焦炭，冶金焦，選擇其中一種或幾種混合。
10、在上述方法中，步驟(1)所述碳質還原劑量為所需還原劑量的90～95％，超過95％，合金中的金屬碳化物(特別是碳化鋁)就會增多，不僅會降低合金產率，也會影響電弧爐熔煉的穩定性。
11、在上述方法中，步驟(1)所述粘結劑加入質量為混合物料量的5～10％，制團壓力為50～150mpa，團塊烘干溫度為150～200℃，烘干后球團水分不大于1％。
12、在上述方法中，步驟(1)所述電弧爐內還原反應溫度為2200～2500℃。
13、在上述方法中，步驟(2)中所述的交織骨架結構為由硅晶粒和鐵相晶粒所構建的骨架結構，其在離心處理后從外貌上仍一定程度上保持了步驟(1)中所述的鋁硅鐵合金的宏觀結構，但內部疏松多孔；所述骨架結構空隙中填充有類膠結料的鋁硅合金。
14、在上述方法中，所述的交織骨架結構中硅相以硅元素為主。
15、在上述方法中，所述交織骨架結構中鐵相中fe質量含量在9.7～65％，al質量含量在10～68％，si質量含量在12～30％。
16、在上述方法中，所述交織骨架結構中鐵相的物相組成以al4fesi、al3fesi2、al2fe5si5、al9fe5si5、al3fe3si2中的一種或幾種為主。
17、在上述方法中，步驟(3)所述對上述樣品進行離心處理，保溫0～360min，超重力系數為50～500g，分離時間為30～360min。
18、本專利技術的降溫機理在于：
19、當對熔體進行降溫處理時，物料內部陸續析出凝固相，具體將經歷以下步驟：
20、l→si
21、l→si+al3fesi2
22、l+al3fesi2→al4fesi+si
23、l→al+si+al4fesi
24、首先，在硅的初晶區，當熔體開始降溫后，伴隨著溫度的不斷降低單質si相會首先析出；隨后，進入到富鐵相區后，al3fesi2也開始析出；當溫度繼續下降，還會出現一個轉熔的過程，即相與殘存的液相轉熔形成al4fesi相和單質硅；最后，當溫度達到體系低共熔點溫度后，液相會全部凝固析出為單質鋁、單質硅以及al4fesi相。
25、根據原料中鋁、硅、鐵元素的比例關系，其經歷降溫冷凝過程有所區別。特別時，當對熔體降溫機制進行精準調控時，可以有效控制各凝固相的晶粒尺寸，令其充分生長后獲得晶粒尺寸更大的硅相和富鐵相，為后續硅相和鐵相的有效分離提供了本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.按照權利要求1所述的以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，其特征在于，步驟(1)所述硅鋁質原料、碳質還原劑二者加和后其中鋁、硅、鐵三種元素之間的比例關系為：鋁的含量為10～88.3wt.％，硅的含量為11.7～90wt.％，鐵的含量為0.01～26.0wt.％，同時，鐵的含量≤(45.64-0.52Al)wt.％且≤(40.63-0.41Si)wt.％。
3.按照權利要求1所述的以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，其特征在于，步驟(2)所述梯度降溫包括：第一階段，以5～15℃/min降溫速度降至850～1150℃，保溫20-60min；第二階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至700～900℃，保溫20-60min；第三階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至600～750℃，保溫20-60min；第四階段，以0.5～10℃/min降溫速度降至577～650℃，保溫20-60min。
【技術特征摘要】
1.一種以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.按照權利要求1所述的以鋁硅原料精準梯度降溫重熔生產鑄造鋁硅合金的方法，其特征在于，步驟(1)所述硅鋁質原料、碳質還原劑二者加和后其中鋁、硅、鐵三種元素之間的比例關系為：鋁的含量為10～88.3wt.％，硅的含量為11.7～90wt.％，鐵的含量為0.01～26.0wt.％，同時，鐵的含量≤(45.64-0.52al)wt.％且≤(40.63-0.41si)wt.％。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏存弟，袁文華，徐少南，佐婧，薛兵，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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