TWI896079B - 含鋁材料製成的脫氧材 - Google Patents

Abstract

一種含鋁材料製成的脫氧材。該脫氧材為長條圓柱狀，且該脫氧材由複數個鋁錠擠壓製成，其中，複數個該鋁錠由一含鋁材料壓實後製成。該含鋁材料包含複數個碳顆粒，其中該碳顆粒為一有機化合物經由加熱後碳化形成。

Description

含鋁材料製成的脫氧材

一種脫氧材，特別是一種含鋁材料製成的脫氧材。

循環經濟已在現代社會成為顯學，與傳統的線性經濟模式，即從資源開採到生產、消費和最終丟棄的方式不同，透過資源回收、再生和再利用等手段實現資源的最大價值化，希望能最大限度地減少資源消耗和浪費，並實現永續的經濟發展模式。其中，金屬相關工業是現行製造工業中主要的資源消耗和環境污染源之一，因此實行循環經濟對該產業至關重要。

雖已有許多相關業者早已實行金屬回收再製的領域，以節省大量原材料和能源，並減少碳排放。然而，現今的鋁業回收模式需將回收鋁進行熔煉與調質，能耗極高，操作次數多，且運行成本高，並因加熱造成的氧化使產率損失浪費大量鋁金屬，並在廢鋁重熔時產生有毒的煙氣和熔渣。

同時的，為求優化或簡化製作流程的步驟，連續性的製程不僅可以縮短時間成本，也可以漸少人力的浪費。有鑒於此，發展一種低耗能且可以提高效率的鋁金屬回收方法、設備或材料等，以成為相關領域中急欲發展之目標。

為解決本發明先前技術所揭露之問題，本發明提供一種含鋁材料製成的脫氧材，該脫氧材為長條圓柱狀，且該脫氧材由複數個鋁錠擠壓製成，其中：複數個該鋁錠由一含鋁材料壓實後製成，該含鋁材料包含複數個碳顆粒，其中該碳顆粒為一有機化合物經由加熱後碳化形成。

其中，該碳顆粒由以下成分及重量百分比例之元素組成：碳元素85%至95%；氧元素2%至8%；以及鋁元素1%至10%。

其中，該脫氧材界定一擠型方向以及垂直該擠型方向之一徑向方向，該擠型方向與該徑向方向之硬度比值大於 1.2。

其中，該鋁錠之一橫截面直徑為 5 公分至 15 公分；該鋁錠之一長度為 30 公分至 120 公分。

其中，該含鋁材料由一回收鋁料製作成，該含鋁材料為一鋁合金塊在切削加工製程所產生之鋁屑，或是回收之鋁罐以及鋁箔包碎屑。

其中，該含鋁材料經由一壓實空間反覆地給予該含鋁材料一壓力，使該含鋁材料承受該壓力後逐漸縮小並對應該壓實空間形成該鋁錠。

其中，複數個該鋁錠由一擠出空間擠出形成該脫氧材，該擠出空間為一絕氧空間，該擠出空間充滿一惰性氣體。

其中，該擠出空間之一工作壓力大於該擠出空間外的一環境壓力。

其中，該有機化合物包含切削液、礦物油、乳化劑、水、防銹添加劑、消泡劑、印刷漆料、纖維材料、塗層、樹脂以及聚酯。

其中，該橫截面包含 20 至 500 個該碳顆粒。

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，以下提出各實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些示例或實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖將本發明應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明，圖中相同標號代表相同結構或操作。

如本發明和請求項中所示，除非上下文明確提示例外情形，「一」、「一個」、「一種」或「該」等詞並非特指單數，也可包括複數。一般說來，術語「包括」與「包含」僅提示包括已明確標識的步驟和元素，而這些步驟和元素不構成一個排他性的羅列，方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。

本發明中使用了流程圖用來說明根據本發明的實施例的系統所執行的操作。應當理解的是，前面或後面操作不一定按照順序來精確地執行。相反，可以按照倒序或同時處理各個步驟。同時，也可以將其他操作添加到這些過程中，或從這些過程移除某一步或數步操作。

本發明旨在提供一種含鋁材料製成的脫氧材，該脫氧材由複數個鋁錠A製作而成，該脫氧材由於其成分包含一含鋁材料，使得該脫氧材得以具備去除氧的效果、功效，並適用於需要低氧或是無氧環境的工業製程上；舉例而言，在一合金的製備上，一氧氣的存在可能會影響該合金的性能，該氧氣可能與製作該合金的一金屬在高溫熔煉的過程中形成一金屬氧化物，使得提煉出的該合金失去原有的性能，而本發明所提供的該脫氧材可以在該氧氣與該金屬氧化前優先地與該氧氣產生氧化反應，從而使該金屬免去了被氧化的風險，提升該合金的製作品質。

請配合參考圖1，圖1為本發明所提供之一種含鋁材料製成的脫氧材較佳實施例。該脫氧材之外型可以對應該脫氧材製作時使用的一擠出設備10之一擠出腔11成形；在本實施例中，該脫氧材為長條圓柱狀。

為了能更詳細了解本發明所提供之該脫氧材的技術特徵及其實用功效，並可依照說明書的內容據以實施，本說明書進一步地以如圖2A、圖2B以及圖3所示之該脫氧材的較佳流程及步驟實施例詳細說明。

請配合參考圖2A及圖2B，其為本發明提供製作該脫氧材的該擠出設備10的一些較佳實施例，該擠出設備10包含該擠出腔11，該擠出腔11內部構成一擠出空間P，本說明書界定該擠出空間P對應該擠出設備10倒入該鋁錠A的一端為一入料端P1；該擠出空間P對應該擠出設備10擠出該脫氧材之一端為一出料端P2，該擠出腔11對應該入料端P1以及該出料端P2的位置包含一擠出模頭12以及一入料開口13，複數個該鋁錠A自該入料開口13進入該擠出空間P，並經由該擠出模頭12擠出形成該脫氧材。

請配合參考圖2A、圖2B以及圖3，其為本發明所提供之連續擠出含鋁材料的製作方法流程圖，其步驟包含：

步驟S1，對該含鋁材料加壓形成該鋁錠A：將一含鋁材料壓實成錠狀，形成該鋁錠A。

其中，該含鋁材料可為一回收鋁料。舉例來說，該含鋁材料可為一鋁合金塊在切削加工製程所產生之鋁屑，或是回收之鋁罐以及鋁箔包碎屑。

本發明中所指的該含鋁材料為整體含量最多的金屬元素為鋁。

較佳地，該含鋁材料可為單一來源之該回收鋁料。所謂單一來源，亦即該回收鋁料皆為相同合金系或相同美國鋁業協會合金牌號之鋁合金廢料，或是該回收鋁料來源為同一個製程所產生之該鋁屑。

進一步地，該含鋁材料可先經過一前處理後再執行步驟S1。其中，該前處理可以包含清洗、粉碎、風選、磁選或上述步驟之組合。該前處理的步驟並非絕對必要，可視該含鋁材料的來源選擇恰當的該前處理手法。

其中，所述清洗該含鋁材料，可為利用一液體對該含鋁材料進行沖洗或浸泡。較佳地，該液體為包含界面活性劑之一水溶液。在本發明其中一較佳實施例中，該回收鋁料為該鋁屑，僅需對該回收鋁料以該水溶液初步清洗去除切削液。

其中，所述粉碎該含鋁材料，即為將該含鋁材料進行該前處理以成為一粉體。本發明所指該粉體，係指最大等效球直徑小於10毫米之顆粒，該顆粒可為片狀、針狀、條狀、球狀或任何不規則之形狀。

其中，所述風選該含鋁材料，即為利用材料之間懸浮速度的差別，藉助風力去除較大雜質的方法。所述磁選該含鋁材料，則是按材料磁性的差別來進行選分，以去除具鐵磁性之金屬。

本實施例中，將該含鋁材料經該前處理粉碎後放入一壓實空間中進行步驟S1，在此步驟中，該含鋁材料於該壓實空間反覆地承受一壓力而逐漸縮小，此時，再放入繼續添加該含鋁材料於該壓實空間，直到該含鋁材料對應該壓實空間成形為該鋁錠A。較佳地，該壓實空間為一圓柱，其包含一橫截面為直徑 5 公分至 15 公分，以及一長度為 30 公分至 120 公分。在一較佳實施例中，該橫截面為直徑 9 公分，該長度為 60 公分。

步驟S2，預熱該鋁錠A：將該鋁錠A放置於一加熱空間，並提供一加熱溫度進行預熱。其中，該加熱溫度較佳地介於攝氏250度至攝氏400度 。

值得注意的是，該加熱溫度之目的於降低後續該鋁錠A經由擠出形成該脫氧材時之壓力 。

此外，請配合參考圖2，該鋁錠A於加熱時，該含鋁材料所附著之一有機化合物可以進一步碳化，使得該鋁錠A之該橫截面包含複數個碳顆粒B，該碳顆粒B具備優越的耐高溫性能，該碳顆粒B能夠提升該鋁錠A之耐高溫性，使該鋁錠A可以於高溫環境下進行加工；除此之外，該碳顆粒B的存在可以提高該鋁錠A之導熱性，使該鋁錠A在高溫下表現出優越的導熱性。

其中，該碳顆粒B可以是由以下成分及重量百分比例之元素組成：碳元素85%至95%、氧元素2%至8%以及鋁元素1%至10%。

在一較佳實施例中，該碳顆粒B包含以下成分及重量百分比例之元素組成：碳元素90.99%、氧元素4.22%、鎂元素0.64%、鋁元素2.79%、矽元素1.16%、氯元素0.10%以及鐵元素0.11%。

所述該含鋁材料殘留之該有機化合物包含如鋁屑表面上的一切削液。該切削液可包含礦物油、乳化劑、水、防銹添加劑、消泡劑等成分，或是如回收之鋁罐及/或鋁箔包，所包含之表面印刷漆料、纖維材料、或是內層之防漏塗層，該防漏塗層之成分可為各類脂質如蠟，或是各類樹脂，如環氧樹脂，抑或是各類之聚酯，如丙烯酸酯類共聚物或聚碳酸酯等成分。該有機化合物大多需要特殊處理步驟並且在耗費龐大時間、能源以及資源的情況下才能被完全去除，而在本發明步驟S2中則透過預熱該鋁錠A使該有機化合物直接碳化，不但可以確保該鋁錠A之材料品質，該含鋁材料可以不需要經過繁瑣的去除該有機化合物過程直接製成該鋁錠A，有效減少材料、人力以及時間等成本花費，優化金屬回收再利用的處理程序。

步驟S3，擠出該脫氧材：將複數個該鋁錠A疊合放置於該擠出空間P，該擠出空間P提供一擠出壓力於該入料端P1的方向朝向該出料端P2擠壓複數個該鋁錠A，使得該鋁錠A朝向該出料端P2擠出形成該脫氧材。該擠出壓力較佳地可以由活動於該擠出腔11內的一擠壓桿14所提供，該擠壓桿14可於該擠出空間P的該入料端P1至該出料端P2之間位移，並且自該入料端P1朝向該出料端P2方向擠壓複數個該鋁錠A。

較佳地，該擠出空間P為一絕氧空間。更加地，該擠出空間P充滿一惰性氣體。該惰性氣體可以是自該擠出腔11所包含的一輸氣口15填充該擠出空間P，該輸氣口15連通開擠出空間P，該輸氣口15另一端連接一輸氣裝置，該惰性氣體經由該輸氣裝置、該輸氣口15進入該擠出空間P，並使該擠出空間P的一工作壓力大於該擠出腔11外的一環境壓力。

進一步地，由於該惰性氣體充滿該擠出空間P，以至於該擠出空間P之該工作壓力大於該擠出空間P外的該環境壓力，如此便可以避免該入料端P1填充至少一個該鋁錠A時導致該絕氧空間遭受破壞失去絕氧效果。

其中，該擠壓桿14於該擠出空間P朝向該出料端P2位移至一最遠擠壓位置時，該入料開口13經由該擠壓桿14封閉，且至少一個該鋁錠A的至少一部份保留於該擠出空間P，且至少一個該鋁錠A於該出料端P2連接位置於該擠出模頭12的該脫氧材。

進一步地，該入料開口13對應於最遠擠壓位置的該入料端P1方向。該擠壓桿14移動至最遠擠壓位置後朝向該入料端P1位移，以使時該入料開口13與該擠出空間P連通，並使該鋁錠A得以補充至該擠出空間P。

當再起動該擠壓桿14朝向該出料端P2位移時，該擠壓桿14連同補充的該鋁錠A朝向該出料端P2擠壓，使該脫氧材得以連續被擠出成型。

其中，該擠出空間P包含一擠出溫度，該擠出溫度較佳地介於400°C 至 550°C 之間；較佳地，該擠出溫度可以由一加熱裝置自該擠出模頭12提供該擠出溫度。

其中，該擠出壓力擠壓複數個該鋁錠A的一擠壓速度介於每分鐘0.2公尺至每分鐘2公尺。所謂的擠型速度即該熱擠型形成該鋁條之速度。

其中，該出料端P2可以依據選用不同的擠型方式或是模具設計以獲得不同的尺寸的該脫氧材。該擠型方式可以是直接擠型或間接擠型；該模具可使該脫氧材的該橫截面形狀為實心或中空結構。

步驟S4，填充該鋁錠A：隨著該脫氧材成型，該擠出空間P中的複數個該鋁錠A逐漸消耗。於最後一個該鋁錠A擠出前，暫停該擠出壓力，並且於該擠出空間P的入料端P1方向填充至少一個該鋁錠A後再重新執行步驟S3，給予該擠出壓力，如此，僅須在最後一個該鋁錠A耗盡前補充該鋁錠A，便可以使該脫氧材達到連續不斷的擠出成型效果。使該脫氧材可以進一步依據成品需求應用於多樣的加工製程中，而不會受到形態、大小、結構所限制。

進一步地，該脫氧材具有異向性之材料機械性質。製成之該脫氧材為長條圓柱狀，該脫氧材界定沿長條圓柱擠型移動之方向之一擠型方向，以及垂直該擠型方向之一徑向方向。其中，該擠型方向與該徑向方向之硬度比值大於 1.2，更佳地大於 1.5。在一較佳實施例中，以洛氏硬度測驗（Rockwell hardness test）使用 HRF 硬度標尺，亦即以直徑 1.588 毫米之鋼球以60 公斤力之負載測量，該擠型方向測得之數值介於 23.9 至 42.5 之間，而該徑向方向測得之數值介於 63.1 至 76.7 之間。

請配合參考圖4，使用 X 光繞射分析量測該脫氧材垂直於該擠型方向之表面，可觀察到該脫氧材之晶體以密勒指數（Miller index）表示多以 (200) 排列，顯示該脫氧材具有高度之晶體從優取向。此外，亦可觀察到該脫氧材包含些許碳的繞射峰（三角形處），說明該有機化合物碳化後之該碳顆粒B存在於該脫氧材中。

綜合前述說明可得知，本發明所提供之該脫氧材能夠達到以下的效果：

1. 本發明的所提供之含鋁材料不需加熱至金屬材料熔融後才能進行再製作的步驟，節省大量資源、能源的同時，亦不會使金屬材料加工後產生有毒煙氣如戴奧辛和熔渣。

2. 本發明的脫氧材製作時因不需加熱至使含鋁材料熔融，有效避免含鋁材料因氧化而導致的產率損失。克服既有技術的回收鋁料再加工導致生成新廢料的問題，使該回收鋁料的利用率可達到96%，大幅增高該回收鋁料的利用價值。

3. 本發明透過預熱該鋁錠A降低後續該鋁錠A經由擠出形成該脫氧材時之壓力，並且有助於該含鋁材料所附著之該有機化合物碳化，省去原有技術繁瑣的去除該有機化合物過程，同時達到穩定該鋁錠A材料品質的效果。

4.透過該擠出空間P的設定，使得該擠出設備10可以維持在連續擠出該脫氧材的前提下補充複數個該鋁錠A，達到使該脫氧材連續不斷的擠出成型效果。

需要說明的是，根據上述說明書的解釋和闡述，本揭露所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本揭露並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本揭露的一些等同修改和變更也應當在本揭露的請求項保護範圍之內。此外儘管本說明書使用了一寫特定的術語，但是這些術語只是為了方便說明，並不對發明構成任何限制。

10:擠出設備 11:擠出腔 12:擠出模頭 13:入料開口 14:擠壓桿 15:輸氣口 A:鋁錠 B:碳顆粒 P:擠出空間 P1:入料端 P2:出料端 S1-S4:步驟

圖1為本發明較佳實施例立體圖； 圖2A為本發明較佳實施例設備第一狀態圖； 圖2B為本發明較佳實施例設備第二狀態圖； 圖3為本發明較佳實施例流程圖；以及 圖4為本發明較佳實施例 X 光繞射分析圖。

A:鋁錠

B:碳顆粒

Claims (9)

1. 一種含鋁材料製成的脫氧材，該脫氧材為長條圓柱狀，且該脫氧材由複數個鋁錠擠壓製成，其中： 複數個該鋁錠由一含鋁材料壓實後製成，該含鋁材料包含複數個碳顆粒，其中該碳顆粒為一有機化合物經由加熱後碳化形成， 其中，該含鋁材料不會於加工後產生有毒煙氣，該有毒煙氣包含戴奧辛， 其中，該脫氧材界定一擠型方向以及垂直該擠型方向之一徑向方向，其中該擠型方向與該徑向方向之硬度比值大於 1.2。
2. 如請求項1所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該碳顆粒由以下成分及重量百分比例之元素組成：碳元素85%至95%；氧元素2%至8%；以及鋁元素1%至10%。
3. 如請求項2所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該鋁錠之一橫截面直徑為 5 公分至 15 公分；該鋁錠之一長度為 30 公分至 120 公分。
4. 如請求項1所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該含鋁材料由一回收鋁料製作成，該含鋁材料為一鋁合金塊在切削加工製程所產生之鋁屑，或是回收之鋁罐以及鋁箔包碎屑。
5. 如請求項4所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該含鋁材料經由一壓實空間反覆地給予該含鋁材料一壓力，使該含鋁材料承受該壓力後逐漸縮小並對應該壓實空間形成該鋁錠。
6. 如請求項5所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中複數個該鋁錠由一擠出空間擠出形成該脫氧材，該擠出空間為一絕氧空間，該擠出空間充滿一惰性氣體。
7. 如請求項6所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該擠出空間之一工作壓力大於該擠出空間外的一環境壓力。
8. 如請求項1所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該有機化合物包含切削液、礦物油、乳化劑、水、防銹添加劑、消泡劑、印刷漆料、纖維材料、塗層、樹脂以及聚酯。
9. 如請求項1所述之含鋁材料製成的脫氧材，其中該橫截面包含 20 至 500 個該碳顆粒。