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再生铝的熔炼工艺
2023-08-09 10:44  浏览:25

 

1  熔炼的目的 
  金属合金熔炼的基本任务就是把某种配比的金属炉料投入熔炉中,经过加热和熔化得到熔体,再对熔化后的熔体进行成分调整,得到合乎要求的合金液体。并在熔炼过程中采取相应的措施控制气体及氧化夹杂物的含量,使符合规定成分(包括主要组元或杂质元素含量),保证铸件得到适当组织(晶粒细化)高质量合金液。 
  由于铝元素的特性,铝合金有强烈的产生气孔的倾向,同时也极易产生氧化夹杂。因此,防止和去除气体和氧化夹杂就成为铝合金熔炼过程中最突出的问题。为了获得高质量的铝合金液,对其熔炼的工艺就必须严格把关,并采取措施从各个方面加以控制。 
2 熔炼工艺 
  铝合金熔炼过程如下: 
装炉→熔化(加铜、锌、硅等)→扒渣→加镁、铍等→搅拌→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→转炉→精炼变质及静置→铸造。 
  装炉 正确的装炉方法对减少金属的烧损及缩短熔炼时间很重要。对于反射炉,炉底铺一层铝锭,放入易烧损料,再压上铝锭。熔点较低的回炉料装上层,使它最早熔化,流下将下面的易烧损料覆盖,从而减少烧损。各种炉料应均匀平坦分布。
    熔化 熔化过程及熔炼速度对铝锭质量有重要影响。当炉料加热至软化下榻时应适当覆盖熔剂,熔化过程中应注意防止过热,炉料熔化液面呈水平之后,应适当搅动熔体使温度一致,同时也利于加速熔化。熔炼时间过长不仅降低炉子生产效率,而且使熔体含气量增加,因此当熔炼时间超长时应对熔体进行二次精炼。 
  扒渣 当炉料全部熔化到熔炼温度时即可扒渣。扒渣前应先撒入粉状熔剂(对高镁合金应撒入无钠熔剂)。扒渣应尽量彻底,因为有浮渣存在时易污染金属并增加熔体的含气量。 
  加镁与加铍 扒渣后,即可向熔体中加入镁锭,同时应加熔剂进行覆盖。对于高镁合金,为防止镁烧损,应加入0.002%~0.02%的铍。铍可利用金属还原法从铍氟酸钠中获得,铍氟酸钠是与熔剂混合加入。 
  搅拌 在取样之前和调整成分之后应有足够的时间进行搅拌。搅拌要平稳,不破坏熔体表面氧化膜。 
  取样 熔体经充分搅拌后,应立即取样,进行炉前分析。 
  调整成分 当成分不符合标准要求时,应进行补料或冲淡。 
  熔体的转炉 成分调整后,当熔体温度符合要求时,扒出表面浮渣,即可转炉。 
  熔体的精炼 变质成分不同,净化变质方法也各有不同。 
3 成分调整 
  在熔炼过程中,金属中各元素均由于它们自身的氧化而减少,它们被氧化程度的多少,不仅与本身对氧的亲和力的大小有关之外,还与该元素在液体合金中的浓度(活度)、生成氧化物的性质、以及所处的温度等因素有关。一般来说,对氧亲和力较大的元素损失多些,铝、镁、硼、钛和锆等对氧亲和力很强;碳、硅、锰等其次;铁、钴、镍、铜及铅等较弱。所以,在熔炼合金中对氧亲和力较强的元素,将要被“优先氧化”而造成过多的损耗;相反,那些对氧亲和力较弱的元素,则能相对的受到“保护”而损耗少些。 
  通过熔炼后,合金化学成分中某元素因氧化损耗而使其含量增加或降低,应视该元素与基体金属元素的相对损耗而定。相对损耗多的元素其含量将降低,称为“烧损”;相对损耗少的元素,含量将增加,可称“烧增”;为能正确控制熔体的化学成分,在选配金属炉料时,应考虑到熔炼后的变化,在各元素加入量上进行相应的补偿。 
  在实际的熔炼中,合金中元素的烧损程度,还受原材料品质、熔剂及炉渣、操作技术、特别是生成氧化物的性质的影响。 
4 熔炼过程中气体和氧化物的防止 
  前面已经谈到,铝液中气体及氧化夹杂的主要来源是H2O,而H2O则是从搅入铝液的表面氧化膜上、炉料表面(特别是受潮气腐蚀的炉料)、熔化浇注工具以及精炼剂、变质剂中带入铝液。而搅入铝液的氧化膜以及夹杂物较多的低品级炉料(如溅渣、碎块重熔锭)将在铝液中形成氧化物夹杂物。为此,应从熔炼浇注过程中注意下列各点: 
  ①坩锅和熔化浇注工具 
  使用前应仔细地除去粘附在表面的铁锈、氧化渣、旧涂料层等脏物,然后涂上新涂料,预热烘干后方可使用。熔化浇注工具和转运铝液的坩锅在使用前均应充分预热。 
  ②炉料 
  炉料在使用前应保存在干燥处,如炉料已经受潮气腐蚀则在配料前进行吹砂以除去表面腐蚀层。回炉料表面常常粘附砂子(SiO2),部分SiO2和铝液会发生下列反应: 
  4Al+3SiO2 → 2Al2O3 + 3Si 
  所生成的Al2O3及剩余SiO2均在铝液中形成氧化夹杂,故在加这类料前也应经吹砂后使用。由切屑、溅渣等重熔铸成锭的三级回炉料中常含有较多氧化夹杂物及气体,故其使用量应受到严格的限制,一般不超过炉料总量的15%,对重要铸件则应完全不用。炉料表面也不应有油污、切削冷却液等物,因为各种油脂都是具有复杂结构的碳氢化合物,油脂受热而带入氢。 
  炉料在加入铝液时必须预热至150~180℃以上,预热的目的一方面时是为了安全,防止铝液与凝结在冷炉料表面上的水分相遇而发生爆炸事故;另一方面是为防止将气体和夹杂物带入铝液。 
  ③精炼剂、变质剂 
  因其中有些组元很易吸收大气中的水分而潮解,有些则本身含有结晶水。因此,在使用前应经充分烘干,某些物质如ZnCl2则需经重熔去水份后方能使用。 
  ④熔化、浇注过程的操作 
  熔化搅拌铝液应平稳,尽量不使表面氧化膜及空气搅入铝液中。应尽量减少铝液的转注次数,转注时应减低液流的下落高度和减少飞溅。浇注时浇包嘴应尽量接近浇口杯以减少液流的下落高度,并应匀速浇注,使铝液的飞溅及涡流减至最少。在浇注完铸件后,勺中剩下的铝液不应倒回坩埚而浇入锭模,否则将使铝液中氧化夹杂不断增加。在坩埚底部约50~100mm深处的铝液中沉积有较多量的Al2O3等夹杂物,因此不能用来浇注铸件。 
  ⑤熔炼温度、熔炼及浇注过程的持续时间 
  升高温度将加速铝液与H2O、O2之间反应,氢在铝液的溶解度也随熔炼温度的升高而急剧增加,当温度高于900℃时,铝液表面氧化膜成为不致密的,更使上述反应显著加剧,故大多数铝合金的熔炼温度一般不超过760℃。至于铝液表面氧化保护膜疏松的铝-镁合金,铝液与H2O、O2间的反应对温度的升高更为敏感,因此对铝镁合金的熔炼温度限制更严(一般不超过700℃)。 
  熔炼及浇注过程的持续时间(尤其是精炼后至浇注完毕相距的时间)越长,则铝液中之气体及氧化夹杂物含量也越高。因此,应尽量缩短熔炼及浇注的持续时间,特别是应尽量缩短精炼至浇注完毕的时间,工厂中一般要求规定在精炼后2小时内浇完,如浇不完则应重新精炼,在天气潮湿地区以及铸件要求针孔度级别较高,或是易产生气孔、夹杂的合金,则浇注时间应限制得更短。 
5  再生铝的精炼 
  当金属熔化成分调整完毕后,接下来就是铝液的精炼工序。铝合金精炼的目的是经过采取除气、除杂措施后获得高清洁度的、低含气量的合金液。精炼有下列几种方法: 
  加入氯化物(ZnCl2、MnCl2、AlCl3、C2Cl6、TiCl4等); 
  通气法(通入N2、、Cl2 或N2 和Cl2 混合物); 
  真空处理法; 
  添加无毒精炼剂法; 
  超声波处理 
  按其原理来说,精炼工序有二方面的功能:对溶解态的氢,主要依靠扩散作用使氢脱离铝液;对氧化物夹杂,主要通过加入熔剂或气泡等介质表面的吸附作用来去除。 

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