铝熔体杂气行为和溶剂排杂净化机理的计算模拟探索与试验研究
发布时间：2022-01-07 10:45
废铝再生相对电解铝具有低能耗、低排放等优势,发展再生铝资源是铝工业发展的必然趋势,但如何通过废铝熔体的高效排杂净化,提高再生铝材的品质,是废铝再生过程中必需解决的重要问题。本课题综合运用基于经典力学的分子模拟技术和基于计算流体力学的数值模拟技术,以及俄歇电子、DTA、XRD、SEM和EDS等材料分析方法,系统研究了铝熔体中的杂气行为及废铝排杂净化的热力学与动力学问题,包括铝熔体中氢的扩散行为及杂气作用机制,熔剂与A1203夹杂物的润湿性、溶解性,与铝液的界面张力,熔剂在铝熔体中扩散过程动力学,以及这些特性对废铝排杂净化效果的影响等,在此基础上设计高效的排杂净化熔剂,并进行废铝熔体的净化工艺试验。主要研究结果如下。（1）应用分子模拟技术研究了铝熔体中氢的行为,从原子层面探讨氢扩散行为的本质和杂气作用关系,运用Lennard-Jones势能函数揭示不同类型氢的扩散机理,并通过废铝熔体中的杂气关系验证试验,证实模拟与试验结果的一致性。分子模拟结果表明,普通氢原子（Hh）比较难扩散,H2中的H原子（Hhlh）和H20中的H+离子（Hhlo）可以较充分地扩散。铝熔体中的A1203会造成Hhlh在...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２铝合金熔体净化工艺分类［４５］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａ１?ｍｅｌｔ?ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
铝熔体排杂净化过程中，当夹杂接近熔剂／错液界面时，在相间引力作用下可??以迁移到熔剂中，故夹杂迁移过程的热力学主要取决于铝熔体－熔剂－夹杂物系统??的界面现象。夹杂物的去除过程可以分为三个阶段［１２１］，如图１－３所示。（Ｉ?）夹??杂物向熔剂／错液界面附着；（ＩＩ）夹杂物通过熔剂／铝液界面；（ＩＩＩ）夹杂物离开??熔剂／铝液界面进入熔剂层。??－：ｖ；?＼?－?（?）?■：?????—￣?一?—?????一杂????ｔｓ培体????、???ｆ?＾?Ｖ／?？?Ｎ?Ｖ?ｆ??ｉ?ａｎ??图１－３铝熔体中夹杂物的去除过程示意图［１２１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｍｅｌｔ??从阶段（Ｉ?）到阶段（ＩＩＩ），自由能的变化可以表示为式（１－１４）??ＡＧ?＝?ａＭ?ｃｏｓ?０Ｍ＿，?－?ａＦ?ｃｏｓ?ａＦ．，?（１－１４）??式中：〇Ｍ、〇Ｆ分别为铝液、熔剂的表面张力，Ｎ／ｃｍ；?０＾、０＾别为铝液／夹杂??物、熔剂／夹杂物的润湿角。??由式Ｕ－１４）可知，由于〇Ｍ，０Ｍ４基本是不变的，因此增加熔剂与夹杂物的??润湿性，即降低０ｍ可以减小ＡＧ值，有利于排杂过程的进行。??目前关于熔剂排杂净化动力学的研宄较少，现有的研宄结果认为［５（）］，在能量??起伏的作用下，夹杂物由铝熔体进入到熔剂之中的迁移速度ｄｃ／ｄＴ可用式（１－１５）??表不。??ｄｃ?
错熔体杂气行为和熔剂排杂净化机理的计算模拟探索与试验研宄态，以及熔剂与铝液的界面张力、粘度及外力搅拌工艺对熔剂分影响。??通过试验研宄含氟化物熔剂排杂净化的热力学特性。应用废铝聚合试验，研宄含氟化物熔剂溶解Ａ１２０３氧化膜能力；用座滴法剂／错液界面张力的影响规律；通过废铝排杂净化试验，研究熔剂能力及界面张力对排杂净化效果的影响规律，并探讨含氟化物熔化机理。??在较系统研宄排杂净化机理的基础上，提出新的熔剂组成设计试验方法，对熔剂组成、净化处理工艺进行优化设计，并用于铝，验证其净化处理效果。??究的主要技术路线??题研宄的主要技术路线如图１－５。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界再生铝行业发展呈现的新形势[J]. 姜玉敬. 中国金属通报. 2017(01)
[2]中国铝工业运行情况[J]. 文献军. 资源再生. 2016(05)
[3]废铝熔体中去除Cr元素的试验研究[J]. 孙德勤,戴国洪,徐越. 轻合金加工技术. 2016(01)
[4]熔剂法去除废铝熔体中铁元素的试验研究[J]. 孙德勤,徐越,戴国洪,勾淑苹. 铸造. 2016(01)
[5]熔剂法去除废铝熔体中镁的试验研究[J]. 孙德勤,戴国洪,徐越. 轻合金加工技术. 2015(12)
[6]废铝再生去除夹杂硅元素的工艺研究[J]. 孙德勤,徐越,徐正亚. 铸造. 2015(09)
[7]AlF3对冰晶石熔盐体系结构与性质影响的分子动力学模拟研究[J]. 田国才,王永志. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[8]铝再生技术及装备概况[J]. 陈维平,万兵兵,彭继华,朱德智. 资源再生. 2014(12)
[9]Al-3B中间合金添加量对再生铸造铝合金中杂质铁含量的影响[J]. 谭喜平,郑开宏,宋东福,张新明. 中国有色金属学报. 2014(06)
[10]再生铝合金除铁技术的研究现状与展望[J]. 谭喜平,郑开宏,戚文军,宋东福. 铸造技术. 2013(11)
博士论文
[1]NaF-AlF3基电解质中氧化铝溶解过程研究[D]. 张亚楠.北京科技大学 2015
[2]金属熔体团簇类型及其在凝固过程中的作用[D]. 杨磊.山东大学 2012
[3]硼化物对铝熔体中杂质铁的净化作用及机理[D]. 高建卫.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]铝合金中除铁及铁相变质研究[D]. 于国军.华南理工大学 2013
[2]铸造铝合金中铁杂质的去除技术研究[D]. 何健亭.华南理工大学 2012
[3]铝及铝—硅合金熔体净化处理及其机理研究[D]. 唐小龙.华南理工大学 2011
[4]铝合金新型复合熔体精炼剂制备及应用研究[D]. 陈发勤.南昌大学 2011
[5]铝熔体除氢净化理论与工艺的研究[D]. 闫红涛.中南大学 2007
[6]金属熔体粘度的分子动力学模拟[D]. 韩秀峰.山东大学 2005
[7]铝熔体除氢的动力学研究[D]. 蒋海霞.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3574396
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２铝合金熔体净化工艺分类［４５］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ａ１?ｍｅｌｔ?ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
铝熔体排杂净化过程中，当夹杂接近熔剂／错液界面时，在相间引力作用下可??以迁移到熔剂中，故夹杂迁移过程的热力学主要取决于铝熔体－熔剂－夹杂物系统??的界面现象。夹杂物的去除过程可以分为三个阶段［１２１］，如图１－３所示。（Ｉ?）夹??杂物向熔剂／错液界面附着；（ＩＩ）夹杂物通过熔剂／铝液界面；（ＩＩＩ）夹杂物离开??熔剂／铝液界面进入熔剂层。??－：ｖ；?＼?－?（?）?■：?????—￣?一?—?????一杂????ｔｓ培体????、???ｆ?＾?Ｖ／?？?Ｎ?Ｖ?ｆ??ｉ?ａｎ??图１－３铝熔体中夹杂物的去除过程示意图［１２１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎｕｍ?ｍｅｌｔ??从阶段（Ｉ?）到阶段（ＩＩＩ），自由能的变化可以表示为式（１－１４）??ＡＧ?＝?ａＭ?ｃｏｓ?０Ｍ＿，?－?ａＦ?ｃｏｓ?ａＦ．，?（１－１４）??式中：〇Ｍ、〇Ｆ分别为铝液、熔剂的表面张力，Ｎ／ｃｍ；?０＾、０＾别为铝液／夹杂??物、熔剂／夹杂物的润湿角。??由式Ｕ－１４）可知，由于〇Ｍ，０Ｍ４基本是不变的，因此增加熔剂与夹杂物的??润湿性，即降低０ｍ可以减小ＡＧ值，有利于排杂过程的进行。??目前关于熔剂排杂净化动力学的研宄较少，现有的研宄结果认为［５（）］，在能量??起伏的作用下，夹杂物由铝熔体进入到熔剂之中的迁移速度ｄｃ／ｄＴ可用式（１－１５）??表不。??ｄｃ?
错熔体杂气行为和熔剂排杂净化机理的计算模拟探索与试验研宄态，以及熔剂与铝液的界面张力、粘度及外力搅拌工艺对熔剂分影响。??通过试验研宄含氟化物熔剂排杂净化的热力学特性。应用废铝聚合试验，研宄含氟化物熔剂溶解Ａ１２０３氧化膜能力；用座滴法剂／错液界面张力的影响规律；通过废铝排杂净化试验，研究熔剂能力及界面张力对排杂净化效果的影响规律，并探讨含氟化物熔化机理。??在较系统研宄排杂净化机理的基础上，提出新的熔剂组成设计试验方法，对熔剂组成、净化处理工艺进行优化设计，并用于铝，验证其净化处理效果。??究的主要技术路线??题研宄的主要技术路线如图１－５。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]世界再生铝行业发展呈现的新形势[J]. 姜玉敬. 中国金属通报. 2017(01)
[2]中国铝工业运行情况[J]. 文献军. 资源再生. 2016(05)
[3]废铝熔体中去除Cr元素的试验研究[J]. 孙德勤,戴国洪,徐越. 轻合金加工技术. 2016(01)
[4]熔剂法去除废铝熔体中铁元素的试验研究[J]. 孙德勤,徐越,戴国洪,勾淑苹. 铸造. 2016(01)
[5]熔剂法去除废铝熔体中镁的试验研究[J]. 孙德勤,戴国洪,徐越. 轻合金加工技术. 2015(12)
[6]废铝再生去除夹杂硅元素的工艺研究[J]. 孙德勤,徐越,徐正亚. 铸造. 2015(09)
[7]AlF3对冰晶石熔盐体系结构与性质影响的分子动力学模拟研究[J]. 田国才,王永志. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2015(03)
[8]铝再生技术及装备概况[J]. 陈维平,万兵兵,彭继华,朱德智. 资源再生. 2014(12)
[9]Al-3B中间合金添加量对再生铸造铝合金中杂质铁含量的影响[J]. 谭喜平,郑开宏,宋东福,张新明. 中国有色金属学报. 2014(06)
[10]再生铝合金除铁技术的研究现状与展望[J]. 谭喜平,郑开宏,戚文军,宋东福. 铸造技术. 2013(11)
博士论文
[1]NaF-AlF3基电解质中氧化铝溶解过程研究[D]. 张亚楠.北京科技大学 2015
[2]金属熔体团簇类型及其在凝固过程中的作用[D]. 杨磊.山东大学 2012
[3]硼化物对铝熔体中杂质铁的净化作用及机理[D]. 高建卫.上海交通大学 2010
硕士论文
[1]铝合金中除铁及铁相变质研究[D]. 于国军.华南理工大学 2013
[2]铸造铝合金中铁杂质的去除技术研究[D]. 何健亭.华南理工大学 2012
[3]铝及铝—硅合金熔体净化处理及其机理研究[D]. 唐小龙.华南理工大学 2011
[4]铝合金新型复合熔体精炼剂制备及应用研究[D]. 陈发勤.南昌大学 2011
[5]铝熔体除氢净化理论与工艺的研究[D]. 闫红涛.中南大学 2007
[6]金属熔体粘度的分子动力学模拟[D]. 韩秀峰.山东大学 2005
[7]铝熔体除氢的动力学研究[D]. 蒋海霞.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3574396
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