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浅析如何有效降低铝熔铸过程中的铸损

浅析如何有效降低铝熔铸过程中的铸损

作者: 苏州九尊 | 来源:发表于2023-07-27 11:12 被阅读0次

    铝是元素周期表中位于Ⅲ A族元素,是仅次于K、Ca、Na、Mg的一种活泼金属,在高温条件下能与空气中氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳等相互作用。

    影响了铝合金性能的八大元素有:钒、钙、铅、锡、铋、锑、铍及钠等金属元素,由于根据成品铝卷材的用途不一样在加工过程中所加入的元素这些杂质元素由于熔点高低不一,结构不同与铝形成的化合物也不同,因而对于铝合金性能的影响也不一样。

    1、金属元素:铜元素的影响

    铜是重要的合金元素,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着显著的时效强化效果。铝板中铜含量通常在2.5%-5%,铜含量在4%——6.8%时强化效果较好,所以大部门硬铝合金的含铜量处于这范围。

    2、金属元素:硅元素的影响

    Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部门Mg2Si在铝中的较大溶解度为1.85%,且随温度的降低而减速小,变形铝合金中,硅单独加入铝板中只限于焊接材料,硅加入铝中亦有一定的强化作用。

    3、金属元素:镁元素的影响

    镁对铝的强化是显著的,每增加1%镁,抗拉强度大约升高瞻远34MPa。假如加入1%以下的锰,可能增补强化作用。因此加锰后可降低镁含量,同时可降低热裂倾向,另外锰还可以使Mg5Al8化合物平均沉淀,改善抗蚀性和焊接机能。

    4、金属元素:锰元素的影响

    锰在固溶体中的较大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加,锰含量为0.8%时,延伸率达较大值。Al-Mn合金长短时效硬化合金,即不可热处理强化。

    5、金属元素:锌元素的影响

    Al-Zn合金系平衡相图富铝部门275时锌在铝中的溶解度为31.6%,而在125时其溶解度则下降到5.6%。锌单独加入铝中,在变形前提下对铝合金强度的进步十分有限,同时存在应力侵蚀开裂、倾向,因而限制了它的应用。

    6、金属元素:铁和硅的影响

    铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中,硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅锻造合金中,均作为合金元素加的,在基它铝合金中,硅和铁是常见的杂质元素,对合金机能有显著的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时,形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相,而铁大于硅时,形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时,会引起铸件产生裂纹,铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。

    7、金属元素:钛和硼的影响

    钛是铝合金中常用的添加元素,以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相,成为结晶时的非自发核心,起细化锻造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时,钛的临界含量约为0.15%,假如有硼存在则减速小到0.01%。

    8、金属元素:铬和锶的影响

    铬在铝板中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物,阻碍再结晶的形核和长大过程,对合金有一定的强化作用,还能改善合金韧性和降低应力侵蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性,使阳极氧化膜呈黄色,铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%,并随合金中过渡元素的增加而降低,锶对挤压用铝合金中加入0.015%——0.03%锶,使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相,减少了铸锭平均化时间60%——70%,进步材料力学机能和塑性加工性;改善制品表面粗拙度。对于高硅(10%——13%)变形铝合金中加入0.02%——0.07%锶元素,可使初晶减少至较低限度,力学机能也明显进步,抗拉强度бb由233MPa进步到236MPa,屈服强度б0.2由204MPa提高到210MPa,延伸率б5由9%增至12%。在过共晶Al-Si合金中加入锶,能减小初晶硅粒子尺寸,改善塑性加工机能,可顺利地热轧和冷轧。

    铝熔铸即是将液铝通过配料、搅拌、静置、精炼、扒渣等过程变成铝锭、棒材或其他形状的成品、半成品。铝及铝合金在熔铸过程中会因氧化、精炼、扒渣等原因出现不同程度的损耗。

    所谓铝铸损就是铝及铝合金在熔炼过程中由于氧化、挥发以及与炉墙、精炼剂相互作用造成的不可回收的金属损失和铝渣所含金属的总称[1]。

    铸损的一般计算公式是:(原铝量-成品量)÷原铝量×100%,铸损越高,成品量就越少,对于年产值在10万吨的铝企业,如果铸损降低1个千分点,不需额外投入,就多产出100吨铝产品(即减少烧损100吨铝产品),这将是可观的社会和经济效益,因而如何有效降低铸损显得十分重要。

    剖析铸损产生的原因

    产生铸损的主要外在表现形式可以分成两部分:一是以纯铝灰形式,二是以大块铝及次品铝、铝渣形式

    我在河南xx铝业公司熔铸车间进行过数据统计,其中不可回收纯铝灰占铸损的比例约90%(氧化烧损造渣形成),其他因素约占10%,针对占有10%其他因素进行进一步数据统计分析,其主要是大块铝、次品铝等二次回炉烧损和铝灰中含铝量(铝灰铝的主要原材料)造成,因此内在造成铸损产生的主要原因就是氧化烧损、次品铝等二次烧损、铝灰中含铝量。

    铝的氧化烧损原理可以通过以下化学方程式进行进一步了解:

    4Al+ 3O2=2Al2O3

    在熔炼温度范围内,铝与氧的亲合力很大,容易被氧化,氧化后其表面形成Al2O3膜,当高于500℃时为亚稳定的r-Al2O3,这种亚稳定的氧化膜向稳定氧化膜转变过程中,发生体积收缩并进一步发生氧化和龟裂。随着铝液温度的升高和时间的延长,氧化膜成长越快,氧化量和厚度也显著增加。

    影响铸损的因素有:

    1)液铝温度;2)铝液与氧气接触力度;3)铝渣中含铝量;4)扒渣带出的铝液;5)次品铝、大块铝的多少;6)其他造成的损耗

    降低铸损的途径

    控制好液铝温度

    降低铝液与空气接触力度,液铝与氧气接触的力度越大,氧化烧损越严重,铸损越大

    1)减少液铝与氧气接触时间:① 在满足生产需要条件下,尽可能快的将炉内液铝变成成品,较好当班配料当班生产,不要使液铝在炉内停留时间过长;② 合理安置熔铸设备,尽可能缩短流槽长度,以减少液铝在空气中暴露时间,同时可在流槽上部加盖硅酸铝保温板,既有一定保温作用又可减少流槽内氧气含量。

    总之,杜绝因各种原因导致铝液长时间存于混合炉内,以减少铝液和氧气接触时间来降低铸损。

    2)控制液铝搅拌方式:不管是人工用大耙搅拌还是机械搅拌都是在炉门敞开状态下进行,不仅会带来液面巨大波动、增加与氧气接触面积而且也增加了炉内含氧量,势必加速了上述化学反应,烧损加大。电磁搅拌可以在封闭状态下进行且液面波动很小,有效避免了相应劣势,同时还可以减少空气中水分进入炉内,降低了液铝对氢元素的吸收概率。

    3)控制液铝精炼时吹泡高度:一般精炼方式是人工直接将精炼剂撒入炉内,然后进行搅拌精炼,但是对于部分合金生产需要进行吹氮气精炼(精炼时间较长,可达30分钟左右),必然会有一定的吹泡高度且横到边、竖到头,带动液铝的巨大波动,因此较好调节氮气压力,将吹泡高度控制在10-15mm。

    正确选择、使用精炼剂,使渣铝充分分离

    在铝及铝合金熔炼过程中,除自身夹杂物外、铝极易与氧生成氧化铝或次氧化铝等,导致铝液表面有一层浮渣,它与铝熔体有一定的浸润性,渣中混有相当数量的熔体,这样就需要一种精炼剂来改变两者的浸润性、增加渣和铝界面上的表面张力,使渣和铝分离。

    对熔铸过程中产生的铝渣进行有效处理

    铝渣是熔铸过程中不可避免的一部分,尽管采取相关措施,都会有一定比例的金属铝被带出,需要对其进行有效处理,而不是直接销售给其他单位,较简单、经济的方法可以是使用碾子对铝渣进行反复碾磨、再进行筛选,从而有效地回收部分铝豆等。

    降低混合炉扒渣坡坡度,将铝渣充分扒出炉外

    混合炉扒渣坡坡度的大小直接影响铝渣的扒出量,若坡度过大大部分渣就扒不出,从而导致铝渣与铝大量沉积,清炉时造成渣与铝沉积物无法及时回收,在保证混合炉容量的前提下,尽可能降低扒渣坡坡度。

    此产品是铝合金清炉过程中专用的淸炉剂

    主要用于铝及铝合金熔炼完毕后,清理炉膛炉壁时使用的一种材料。

    1、此产品在清炉条件下能迅速反应放出出大量热能的助溶剂,使熔渣温度迅速提高,使清炉剂中卤化物迅速融化,从而降低与此接触的熔渣的熔点及粘度,使之脱离炉底及炉壁,达到将熔炉炉膛清理干净的目的。

    2、实现了铝合金熔铸连续生产,避免了因清炉而停止生产。

    3、避免了炉体的损坏,可延长炉体的使用寿命,因经其处理的熔渣已实现了铝与渣的分离;熔渣已变得相当松散,用扒渣工具很轻松就可以将其扒出炉外;大大降低了劳动强度。

    4、由于炉体浮渣能不断清除,铝合金中夹杂、气泡的发生率也大大降低,提高了铝合金质量。

    5、不需要停炉操作,不损坏炉体、也不需要很大的劳动强度。

    四、使用范围及注意事项:

    适用于铝及铝合金清炉,必须注意防潮。

    五、铝合金清炉剂的化学成分

    KCi10-20+NaCi5-15+Na2SiF615-60+CaF210-30+Na2AiF65-20+NaNO310-20

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