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铝合金熔体的熔剂精炼

鏃ユ湡;2019-07-10  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  铝合金熔体的熔剂精炼 本文介绍了熔剂精炼在铝合金熔体净化过程中的作用,熔剂的分类和要求,常用熔 剂的组成,适用范围及使用方法等。 在铝及铝合金熔炼过程中,氢及氧化夹杂是污染铝熔体的主要物质。铝极易与氧生 成 A1202 或 次 氧 化 铝 (Al2O 及 A10).同 时 也 极 易 吸 收 气 体( H)其 含 量 占 铝 熔 体 中 气 体 总 量 的 70— 90% ,而 铸 造 铝 合 金 中 的 主 要 缺 陷 — — 气 孔 和 夹 渣 ,就 是 由 于 残 留 在 合 金 中 的 气体和氧化物等固体颗粒造成的。因此,要获得高质量的熔体,不仅要选择正确合理的 熔炼工艺,而且熔体的精炼净化处理也是很重要的。 铝及铝合金熔体的精炼净化方法较多,主要有浮游法、熔剂精炼法、熔体过滤法、 真空法和联合法。本文介绍熔剂精炼法在铝合金熔炼中的应用。 1 熔剂的作用 熔盐熔剂广泛地用于原铝和再生铝的生产,以提高熔体质量和金属铝的回收率 [1.2]。熔 剂 的 作 用 有 四 个 :其 一 ,改 变 铝 熔 体 对 氧 化 物 (氧 化 铝 )的 润 湿 性 ,使 铝 熔 体 易 于 与 氧 化 物 (氧 化 铝 )分 离 , 从 而 使 氧 化 物 (氧 化 铝 )大 部 分 进 入 熔 剂 中 而 减 少 了 熔 体 中 的 氧化物的含量。其二,熔剂能改变熔体表面氧化膜的状态。这是因为它能使熔体表面上 那层坚固致密的氧化膜破碎成为细小颗粒,因而有利于熔体中的氢从氧化膜层的颗粒空 隙中透过逸出,进入大气中。其三,熔剂层的存在,能隔绝大气中水蒸气与铝熔体的接 触,使氢难以进入铝熔体中,同时能防止熔体氧化烧损。其四,熔剂能吸附铝熔体中的 氧化物,使熔体得以净化。总之,熔剂精炼的除去夹杂物作用主要是通过与熔体中的氧 化膜及非金属夹杂物发生吸附,溶解和化学作用来实现的。 2 熔剂的分类和选择 2. 1 熔 剂 的 分 类 和 要 求 铝 合 金 熔 炼 中 使 用 的 熔 剂 种 类 很 多 , 可 分 为 覆 盖 剂 (防 止 熔 体 氧 化 烧 损 及 吸 气 的 熔 剂 )和 精 炼 剂 (除 气 、 夹 杂 物 的 熔 剂 )两 大 类 , 同 的 铝 合 金 所 用 的 覆 盖 剂 和 精 炼 剂 不 同 。 除 不 但 是 , 铝 合 金 熔 炼 过 程 中 使 用 的 任 何 熔 剂 , 必 须 符 合 下 列 条 件 [3.8]。 ①熔点应低于铝合金的熔化温度。 ②比重应小于铝合金的比重。 ③能吸附、溶解熔体中的夹杂物,并能从熔体中将气体排除。 ④不应与金属及炉衬起化学作用,如果与金属起作用时,应只能产生不溶于金属的 惰性气体,且熔剂应不溶于熔体金属中。 ⑤吸湿性要小,蒸发压要低。 ⑥不应含有或产生有害杂质及气体。 ⑦要有适当的粘度及流动性。 ⑧制造方便:价格便宜。 2. 2 熔 剂 的 成 分 及 熔 盐 酌 作 用 铝 合 金 用 熔 剂 一 般 由 碱 金 属 及 碱 土 金 属 的 氯 化 物 及 氟 化 物 组 成 ,其 主 要 成 分 是 KCl、 NaCl、NaF.CaF,.、Na3A1F6、Na2SiF6 等 。熔 剂 的 物 理 、化 学 性 能 (熔 点 、密 度 、粘 度 、 挥 发 性 、 吸 湿 性 以 及 与 氧 化 物 的 界 面 作 用 等 )对 精 炼 效 果 起 决 定 性 作 用 . 2. 2. 1.氯 盐 : 氯 盐 是 铝 合 金 熔 剂 中 最 常 见 的 基 本 组 元 , 而 45% NaCl+55% KCl 的 混 合 盐 应 用 最 广 。 由 于 它 们 对 固 态 Al2O3,夹 杂 物 和 氧 化 膜 有 很 强 的 浸 润 能 力 (与 Al2O3,的 润 湿 角 为 20 多 度 )且 在 熔 炼 温 度 下 NaCl 和 KCl 的 比 重 只 有 1.55g/ cm3 和 l.50g/ cm3, 显 著 小 于 铝 熔 体的比重,故能很好地铺展在铝熔体表面,破碎和吸附熔体表面的氧化膜。但仅含氯盐 的熔剂,破碎和吸附过程进行得缓慢,必须进行人工搅拌以加速上述过程的进行。 氯化物的表面张力小,润湿性好,适于作覆盖剂,其中具有分子晶型的氯盐如 CCl4 ,SiCl4, A1C13, 等 可 单 独 作 为 净 化 剂 , 而 具 有 离 子 晶 型 的 氯 盐 如 LiCl、 NaCl 毛 KCl、 MgC12: 等 适 于 作 混 合 盐 熔 剂 。 2。 2. 2. 氟 盐 : 在 氯 盐 混 合 物 中 加 入 NaF.Na3A1F6、CaF2。等 少 量 氟 盐 ,主 要 起 精 炼 作 用 ,如 吸 附 、 溶 解 Al2O3, 。 氟 盐 还 能 有 效 地 去 除 熔 体 表 面 的 氧 化 膜 , 提 高 除 气 效 果 。 这 是 因 为 : a) 氟 盐 可 与 铝 熔 体 发 生 化 学 反 应 生 成 气 态 的 A1F, 、 SiF4, 、 BF3,等 , 它 们 以 机 械 作 用 促 使 氧 化 膜 与 铝 熔 体 分 离 ,并 将 氧 化 膜 挤 破 ,推 入 熔 剂 中 ; b)在 发 生 上 述 反 应 的 界 面 上 产 生的电流亦使氧化膜受“冲刷”而破碎。因此,氟盐的存在使铝熔体表面的氧化膜的破 坏 过 程 显 著 加 速 , 熔 体 中 的 氢 就 能 较 方 便 的 逸 出 ; c)氟 盐 (特 别 是 CaF2: )能 增 大 混 合 熔 盐的表面张力,使已吸附氧化物的熔盐球状化,便于与熔体分离,减少固熔渣夹裹铝而 造成的损耗,而且由于熔剂——熔体表面张力的提高,加速了熔剂吸附夹杂的过程。 3 铝合金熔炼中常用熔剂 熔剂精炼法对排出非金属夹杂物有很好的效果,但是清除熔体中非金属夹杂物的净 化程度,除与熔剂的物理、化学性能有关外,在很大程度上还取决于精炼工艺条件,如 熔剂的用量,熔剂与熔体的接触时间、接触面积、搅拌情况、温度等。 3. 1 常 用 熔 剂 为精炼铝合金熔体,人们已研制出上百种熔剂,以钠、钾为基的氯化物熔剂应用最 广。对含镁量低的铝合金广泛采用以钠钾为基的氯化物精炼剂,含镁量高的铝合金为避 免钠脆性则采用不含钠的以光卤石为基的精炼熔剂。 铝 合 金 熔 炼 过 程 中 常 用 熔 剂 的 成 分 及 作 用 如 表 1(4-7)。 表 1 常用熔剂的成分及应用 溶剂种类 组分含量,% NaCl KCl MgCl2 Na3AlF6 其 它 成 分 适 用 的 合 金 覆 盖 剂 39 50 6.6 CaF2 4.4 Al-Cu 系 , Al-Cu-Mg 系 ,Al-Cu-Si 系 Al-Cu-Mg-Zn 系 Na2CO385.CaF15 一 般 铝 合 金 50 50 一 般 铝 合 金 KCl,MgCl280 CaF220 Al-Mg 系 Al-Mg-Si 系 合 金 31 14 CaF210 CaCL244 Al-Mg 系 合 金 8 67 CaF210,MgF215 Al-Mg 系 合 金 精 炼 剂 25-35 40-50 18-26 除 Al-Mg 系 ,Al-Mg-Si 系 以 外 的 其 它 合 金 8 67 MgF215,CaF210 Al-Mg 系 合 金 KCl,MgCl260,CaF240 Al-Mg 系 Al-Mg--Si 系 合 金 42 46 Bacl26 (2 号 熔 剂 ) Al-Mg 系 合 金 22 56 22 一 般 铝 合 金 50 35 15 一 般 铝 合 金 40 50 NaF10 一 般 铝 合 金 50 35 5 CaF210 一 般 铝 合 金 60 CaF220,NaF20 一 般 铝 合 金 36-45 50-55 3-7 CaF 21.5-4 一 般 铝 合 金 Na2SiF630-50,C2Cl650-70 一 般 铝 合 金 40.5 49.5 KF10 易 拉 罐 合 金 从 上 表 中 可 以 看 出 ,有 些 熔 剂 组 分 的 含 量 变 化 范 围 较 大 ,可 以 根 据 实 际 情 况 来 确 定 。 首 先 要 根 据 合 金 元 素 的 含 量 来 确 定 [8], 为 大 多 数 铝 合 金 中 主 要 元 素 含 量 都 可 在 一 定 范 因 围内变化,其次要根据所除杂质成分及含量来确定。因此,使用厂家除使用熔剂厂生产 的熔剂外,最好根据所熔炼铝合金的成分调正熔剂组分比例,以找出最佳熔剂组成。 综合以上各种熔剂不难看出,当要熔制的铝合金成分确定后,熔剂成分的设计首先 是 主 要 成 分 (如 氯 化 物 )用 量 配 比 的 选 择 , 其 次 是 添 加 组 分 (如 氟 化 物 )的 选 择 。 熔 剂 配 好 后,最好是经熔炼、冷凝成块、再粉碎后使用,因为机械混合状态的效果不好。 3.2 熔 剂 用 量 . 熔炼铝合金废料时,废料质量不同,覆盖剂及精炼剂的用量也不同。 3.2.1. 主 覆 盖 剂 用 量 a)熔 炼 质 量 较 好 的 废 料 , 如 块 状 料 、 管 、 片 时 覆 盖 剂 用 量 (见 表 2)。 表 2 覆盖剂种类及用量 炉 料 及 制 品 覆 盖 剂 用 量 (占 投 料 量 的 %) 覆 盖 剂 种 类 电 炉 熔 炼 : 般 制 品 特 殊 制 品 0.4- 0.5% 0.5- 0.6% 普 通 粉 状 溶 剂 普 通 粉 状 溶 剂 一 煤 气 炉 熔 炼 : 原 铝 锭 废 料 1- 2% 2- 4% KC1:NaC1 按 1:1 混 合 KC1:NaC1 按 1:1 混 合 注 :对 高 镁 铝 合 金 ,应 一 律 用 不 含 钠 盐 的 熔 剂 进 行 覆 盖 ,避 免 和 含 钠 的 熔 剂 接 触 。 b)熔 炼 质 量 较 差 的 废 料 , 如 由 锯 、 车 、 铣 等 工 序 下 来 的 碎 屑 及 熔 炼 扒 渣 等 时 , 覆 盖 剂 用 量 (见 表 3)。 表 3: 覆 盖 剂 用 量 类 别 用 量 (占 投 料 量 的 %) 小 碎 片 碎 屑 号 外 渣 子 6- 810- 1515- 20 3. 2. 2 精 炼 剂 用 量 不 同 铝 合 金 、 不 同 制 品 , 精 炼 剂 用 量 也 各 不 相 同 (见 表 4)。 表 4 精炼剂用量 合金及制品 熔炼炉 静置炉 高 镁 合 金 2 号 熔 剂 5-6kg/t 2 号 熔 剂 5-6kg/t 特 殊 制 品 除 高 镁 合 金 普 通 熔 剂 5-6kg/t 普 通 熔 剂 6-7kg/t LT66、 LT62、 LG1、 LG2、 LG3、 LG4 出 炉 时 用 普 通 熔 剂 、 叠 熔 剂 坝 其 它 合 金 普 通 熔 剂 5-6kg/t 注: ①在潮湿地区和潮湿季节, 熔剂用量应有所增加 ②对大规格的圆锭,其熔剂用量也应适当增加。 3.3 熔 剂 使 用 方 法 熔剂精炼法熔炼铝合金生产中常用以下几种方法: ①熔体在浇包内精炼。首先在浇包内放入一包熔剂,然后注入熔体,并充分搅拌, 以增加二者的接触面积。 ②熔体在感应炉内精炼。熔剂装入感应炉内,借助于感应磁场的搅拌作用使熔剂与 熔体充分混合,达到精炼的目的。 ③在浇包内或炉中用搅拌机精炼,使熔剂机械弥散于熔体中。 ④熔体在磁场搅拌装置中精炼。,该法依靠电磁力的作用,向熔剂——金属界面连 续不断地输送熔体,以达到铝熔体与熔剂间的活性接触,熔体旋转速度越高,其精炼效 果越好。 ⑤ 电 熔 剂 精 炼 。 此 法 是 使 熔 体 通 过 加 有 电 场 (在 金 属 — — 熔 剂 界 面 上 )的 熔 剂 层 , 进 行连续精炼。 在这五种方法中,电熔剂精炼效果最好。


 
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