[发明专利]铁从铝或镁合金熔体的磁性分离

说明书

技术领域

本发明涉及精炼非铁金属或合金（例如铝或镁合金）的方法。更具体地说，本发明涉及将磁场梯度施加到一定量的熔融非铁金属和从熔融金属去除分离相铁杂质的方法。

背景技术

合金（包括碱金属和一种或多种其他金属或非金属）被制备以改变碱金属的机械或化学性质。例如，合金可以被执行以诱发硬度、韧性、延展性、耐腐蚀性，或其他预期的属性到碱金属中。在实践中，合金按配方制造并且用于产生铸造或锻造金属部件，其具有对应于它们的最终用途的某些期望性质。铝（Al）和镁（Mg）合金常常用来制造铸造或锻造汽车部件，例如砂铸发动机缸体，因为这些非铁合金（与铸铁或钢相比）相对地重量轻和耐腐蚀。

不过，在这些合金成分中杂质的存在会显著地影响合金部件的机械和化学性质。例如，元素铁在用于汽车工业的铝合金部件中被认为是杂质，因为在高浓度下铁减小了合金部件的延展性和抗张强度。在镁合金中，铁也被认为是杂质，因为铁使合金部件更容易腐蚀。不过，高纯金属（例如铝和镁）不是容易得到的。因此，这些金属和它们的合金元素会需要在下游铸造或成型工艺之前被精炼或纯化。

从铝或镁合金去除铁杂质的一种方法是通过加热合金以形成熔体，然后使富铁金属间颗粒（也称为“污泥”）从熔体沉淀。在此方法中，富铁金属间颗粒相通过添加某些金属元素（例如锰、铬或锌）到熔体而在熔体内形成。熔体然后被冷却以开始含铁金属间颗粒从富铁相的成核和结晶。含铁颗粒从熔体沉淀然后被去除，例如通过重力分离或过滤。

不过，添加到每个熔体的锰，铬，或锌的量对于污泥的形成是关键的，但是难以控制。另外，从铝或镁的熔体的分离沉淀的颗粒的方法是效率低的，并且在沉淀工艺期间添加的保留在熔体中的任何金属会不利地影响铸造合金部件的机械和化学性质。因此需要一种更有效的方法来从铝或镁合金有效地去除铁。

发明内容

本发明提供了一种有效且高效的方法来从大量熔融非铁金属或合金去除铁杂质，例如从大量熔融铝或镁合金去除铁杂质。静态磁场在熔融含铁非铁金属体积或熔体的预定区域内产生。静态磁场是梯度场并且被应用于熔体，以便引起朝向预定位置的熔体内的含铁物质的运动。静态磁场梯度应用于熔体一定时间量以在熔体内形成富铁区域，其能够物理地与熔体其余的铁耗尽区域分离。

此纯化方法不需要熔体成分改变以形成大的含铁沉淀，该大的含铁沉淀必须具有足够的密度以从熔体沉淀或者必须具有足够的直径以从熔体过滤。此外，通过控制应用的磁场的强度和梯度，含铁物质从非铁金属分离的速率能够被控制。在从熔体的富铁部分物理分离以后，铁耗尽部分然后能够被铸造成成形的制造制品或铸造成用于进一步加工的半成品。这样的物品将比原始熔体具有低得多的铁含量。

在一个实施例中，含铁非铁金属通过在合适的容器中加热非铁金属或合金以形成熔体而被制备用于精炼。非铁金属或合金适当地被加热到一定温度，在此温度非铁金属基本上作为液体存在并且金属内的铁杂质以区分的液体或固体含铁相存在。例如，铁杂质可以是熔体内悬浮的铁颗粒或含铁颗粒的形式，其不会自然地落到熔体底部或容易地从其中沉淀。虽然非铁金属主要地为液体形式，不包括铁的固体颗粒也可以在熔体内悬浮。

此后，磁场梯度应用于熔体并用于在熔体的预定区域中限制含铁相。在应用的磁场存在的条件下，熔体中的含铁相将经历与应用场的方向上的磁场梯度成正比的力。同时，含铁相将经历阻止它们运动经过熔体的力，称为粘性阻力。相应地，如果应用的磁场的梯度是足够强的，含铁相将从较小的磁场梯度区域运动经过熔体到较大的磁场梯度区域。

磁场梯度在一定时间量在熔体的预定区域中适当地产生，以把含铁相限制在金属熔体体积内的预定区域。此后，熔体的富铁体积能够物理地与熔体的纯化体积分离，例如通过从熔体去除富铁体积，反之亦然。如本领域中将毫无疑问地已知的，熔体的任何部分能够通过各种方法从其中去除。例如，如果熔体被保持在坩埚炉内，一部分熔体可以通过浇包、浇注、开孔或通过泵或虹吸管的使用从其中去除。富铁区域和铁耗尽区域之间的物理屏障在去除过程期间可以被放置在熔体内。此外，磁场可以按需要维持以在分离和去除过程期间在熔体的一个区域中保持相对小体积的含铁相。

非铁金属可以在容器中加热，该容器可适用于熔融和/或铸造非铁金属和合金。容器可以是不显著影响应用的磁场的大小或方向的材料。或者，容器可以由可扭曲磁场的材料形成，例如如果容器由铁制成的话。在第一种情况，磁场发生器可以靠近容器和熔体放置，但是在容器和熔体之外。在第二种情况，磁场发生器可以位于容器内并且可能与熔体直接接触，以便容器将不干涉分离或去除过程。