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:
4 Al + 3 SiO2 → 2 Al2O3 + 3 Si
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
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