廢舊泡沫鋁回收利用及泡沫鋁導(dǎo)熱性能模擬研究.pdf

1、泡沫鋁集結(jié)構(gòu)與功能材料特性于一體的特征,使其在汽車、建筑和航天航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,其所服役器件的更新?lián)Q代勢(shì)必會(huì)造成泡沫鋁的報(bào)廢;另一方面,泡沫鋁在隔熱、保溫等方面的應(yīng)用具有傳統(tǒng)絕熱材料所不可比擬的優(yōu)勢(shì),然而現(xiàn)有的泡沫鋁有效導(dǎo)熱系數(shù)的理論預(yù)測(cè)模型具有一定的局限性,難以反映出導(dǎo)熱過程與泡沫鋁內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。因此,研究廢舊泡沫鋁的回收利用技術(shù)以及泡沫鋁導(dǎo)熱過程,對(duì)泡沫鋁產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的應(yīng)用價(jià)值和理論意義。
　　

2、 論文圍繞廢舊泡沫鋁覆蓋重熔回收的工藝以及再生鋁二次發(fā)泡的條件控制進(jìn)行研究,其后采用控制容積法和泡沫鋁隨機(jī)生成、計(jì)算機(jī)模擬等手段重點(diǎn)考察泡沫鋁的導(dǎo)熱過程以及影響因素。論文的主要結(jié)論如下:
　　 (1)廢舊泡沫鋁重熔過程研究表明,重熔時(shí)在泡沫鋁上加熔劑覆蓋,可防止鋁在高溫下氧化,有效分離鋁液中的氧化物夾雜并消除泡沫鋁浮體,提高鋁回收率。影響廢舊泡沫鋁回收效果的主要影響因素有:熔劑組成、熔劑加入量以及重熔溫度。熔劑的組成部分及其相對(duì)

3、含量(氟鹽加入量小于20％)對(duì)回收率有一定的影響;回收率隨著熔劑加入量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì);溫度對(duì)回收效果影響不是很大。當(dāng)選用以NaCl-KCl為主,一定氟鹽添加量(小于20％)組成的熔劑,熔劑加入量選擇20％～30％,重熔溫度控制在680℃～700℃之間時(shí),回收鋁效果最佳,一次性回收率可達(dá)80％左右。
　　 (2)再生鋁中存在氧化物夾雜、氣孔和裂紋等缺陷,不合適直接用以制備實(shí)體金屬零件,用再生鋁發(fā)泡制備泡沫鋁是較經(jīng)濟(jì)的利

4、用方式。再生鋁中含有增粘劑和發(fā)泡劑的鈣類殘存物,導(dǎo)致再生鋁熔體粘度過大,不宜直接用于制備泡沫鋁。通過往再生鋁中加入一定配比的原鋁來實(shí)現(xiàn)對(duì)熔融的再生鋁進(jìn)行粘度“稀釋”處理,可獲取適宜制備泡沫鋁所需粘度的熔體,原鋁的適宜加入比例控制范圍在5％～10％。
　　 (3)在熔體獲得合適的發(fā)泡粘度后,加入新型發(fā)泡劑NFA再制備泡沫鋁時(shí),控制其工藝參數(shù)發(fā)泡溫度720℃左右、發(fā)泡劑加入量1.60％～.2.20％、攪拌時(shí)間3.0～.5.0min、

5、攪拌速度1500～2000rpm和保溫時(shí)間8～10min,可以制備出孔徑1～4mm,孔隙率60％～.80％,孔隙基本均勻的泡沫鋁。
　　 (4)采用控制容積法導(dǎo)出了泡沫鋁導(dǎo)熱過程的離散方程,編制出了有效導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值算法程序。計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比發(fā)現(xiàn),程序計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在83％孔隙率以上較吻合,低于83％以下的計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值。低孔隙率泡沫鋁基體中含有大量的微孔,開創(chuàng)性的考慮這部分微孔對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響,用嵌套式算熱系數(shù)的數(shù)值算

6、法程序。計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比發(fā)現(xiàn),程序計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在83％孔隙率以上較吻合,低于83％以下的計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值。低孔隙率泡沫鋁基體中含有大量的微孔,開創(chuàng)性的考慮這部分微孔對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響,用嵌套式算法修正計(jì)算程序,最終使得計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相近,說明數(shù)值計(jì)算方法可靠。此處理方式考慮到了泡沫鋁的客觀組成,符合熱導(dǎo)實(shí)際過程,所采用的計(jì)算方法和程序適用于分析隨機(jī)分布的泡沫鋁介質(zhì)導(dǎo)熱過程。
　　 (5)有效導(dǎo)熱系數(shù)隨著基體比例的增加(孔隙

7、率的降低)基本呈現(xiàn)增大趨勢(shì);孔隙率相同時(shí),由于孔隙的分布不一,導(dǎo)致有效導(dǎo)熱系數(shù)不同,說明孔隙分布對(duì)泡沫鋁導(dǎo)熱性能存在影響。在溫度場(chǎng)分析中得知,溫度在基體與孔隙的交界處上有突變,溫度梯度在孔隙中明顯變大。非均勻的泡沫鋁中的溫度分布是不均勻的,與孔隙的大小、分布有緊密關(guān)系。
　　 (6)在孔隙率相同的情況下,孔隙的結(jié)構(gòu)和分布對(duì)泡沫鋁導(dǎo)熱性能起主導(dǎo)作用,泡孔沿著垂直熱流方向延伸或分布對(duì)熱流的阻礙能力加大,甚至由于泡孔在垂直于熱流方向上