《铝合金节能熔炼和高性能材料制备关键技术及其应用》

1、任务来源及所属技术领域:

郑州轻工业大学项目“铝合金节能熔炼和高性能材料制备关键技术及其应用”,来源于2010年与河南省伊思特有色合金有限公司合作的“铝合金熔炼炉研制”协议,2011年申报立项的河南省科技攻关项目“燃气节能废铝熔炼设备研究”,2015年申报立项的河南省科技攻关项目“微/纳双尺度颗粒增强铝合金耐磨材料的制备及摩擦机理研究”,2015年申报立项的国家自然基金项目“定向凝固单晶钛铝合金研究”。

该项目所属技术领域为:制造业。

2、研究意义及背景:

中国工业炉是耗能大户,约占全国总能耗的25%,其中工业炉总能耗的90%以上由燃料炉消耗,且燃料炉热效率远低于发达国家水平。采用天然气等燃料加热进行铝合金熔炼的高能耗是急需解决的问题,开发节能熔铝炉及其配套设备,是提高热效率的关键。其次,铝及铝合金熔体精炼过程中存在的精炼不彻底及铝元素烧损大、成分不均匀等问题也急需解决。第三,为适应各行业“以铝代钢”的发展趋势,亟需开发高性能铝合金材料。因此,该项目研究的铝合金节能熔炼及高性能铝合金材料制备具有重要意义。

3、开展的研究工作及创新点:

项目依托郑州轻工业大学“河南省先进材料成型与测试工程技术研究中心”科研平台,技术力量为“河南省先进材料成型与测试技术创新型科技团队”。主要研究内容及创新为:(1)高效节能型双室熔炼炉结构设计:预热炉料和熔化炉料交替进行的双室熔炼炉炉体设计及制造、燃气燃烧控制及空气/燃气比例调节、活动式高效换热器与炉体联合设计;(2)节能熔炼的配套设备研究:熔炼炉配套的自动加料机及组合式炉门机构设计;(3)铝合金精炼技术研究:合金精炼剂、中间合金,精炼超声搅拌装置研究;(4)颗粒增强铝基复合材料研究:利用3D打印法、超声搅拌法、预制块法、复合强化法等制备陶瓷颗粒增强铝基复合材料的工艺及性能。

4、整体技术评价:

郑州轻工业大学完成的铝合金节能熔炼和高性能材料制备关键技术及其应用项目,开发研制出了双炉体结构的LQJR-12/2型燃气节能铝合金熔炼炉,发明了熔炼炉配套自动加料机,提高加料均匀性和生产效率;发明了新式组合炉门,能方便地压紧炉门并防止炉门变形跑火,节约能源;研制出活动式可拆卸清洗换热装置,提高换热效率。该项目研究的铝合金熔炼炉设备节能效果好、金属烧损量低、熔化效率高,解决了传统铝熔炼设备效率低、能耗高的难题。其次,开发了一种铝及铝合金熔体原位还原精炼方法和高声强超声处理晶粒细化方法,降低了金属烧损,精炼效果更好,提高了铝合金的性能。另外发明了3D打印法、超声搅拌法、预制块法及复合强化法等制备铝基复合材料先进工艺,得到了高硬度高耐磨性的陶瓷颗粒增强铝基复合材料。

综上所述,该项目在铝合金高效熔炼设备、铝合金熔体精炼技术以及铝合金复合材料制备方面取得重大突破,已授权发明专利5项,申报发明专利3项,发表核心期刊以上论文21篇,专著3本,具有较高科技创新水平。

5、应用情况及发展前景:

该项目经过9年多的研究开发,研究成果已在商丘市源中方铝业有限公司、北京清大九玉超声技术有限公司、重庆西铝精密压铸有限责任公司等7家企业推广应用,近三年成果转化累计实现销售额32216余万元,利润4331万元,经济效益显著。该项目成果使铝合金的精炼效果更好,金属烧损率低,在节材、节能、降耗等方面产生了显著的社会效益。

随着高性能铝合金材料用量的不断增长以及铝合金节能熔炼技术需求的不断扩大,该项目研究的铝合金节能熔炼技术及高性能材料制备技术,在铝合金材料加工应用领域具有广阔的应用前景。

成果说明

郑州轻工业大学项目“铝合金节能熔炼和高性能材料制备关键技术及其应用”,从2010年开始至今经历了9年多的技术研究研制出了LQJR-12/2型燃气节能废铝熔炼炉,研制出了了熔体还原法冶炼工艺,研制出了熔炼炉配套的自动加料机构、组合式节能炉门、活动式高效换热装置、超声波搅拌装置。目前该技术广泛地用于各种牌号铝合金的熔炼,解决了铝合金熔炼过程中能耗高,金属烧损率高的难题,同时也提高了铝合金熔炼质量,能耗的下降,烧损的减少,产品质量的提高,使得生产成本大大下降,产品销量得到提高。项目研制的高耐磨铝合金材料目前在建

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