铝和铝合金熔体净化处理.doc

铝及铝合金熔体净化处理 铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。 用于净化铝液的物质统称为熔剂。熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下： Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3Na NH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2 AlF3＋2Al→3AlF AlCl3＋2Al→3AlCl 6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF3 6AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3 以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。用Na2SiF6作熔剂时的化学反应如下： Na2SiF6＋2Al→2AlF＋2Na＋Si Na2SiF6＋2Al→2NaF＋SiF4 3SiF4 ＋2Al2O3→3SiO2+4AlF3 以以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂成分为 1、铝合金中气体的来源 熔炼铝合金过程中，从大气、燃料、炉料、耐火材料、熔剂、熔铸工具等带入的气体种类较多，如：H2、CO2、CO、N2、CnHn(碳氢化合物)、H2O和O2等。但只有那些容易分解成原子的气体，才能有较多的数量溶入铝液中去。具体说，铝液所溶解的气体中80～90%是氢。所以铝合金中的含气量，主要是指含氢量。 熔炼时周围空气中的氢气含量并不多，所以氢的主要来源是通过水分与铝液反应而产生的氢原子。2Al＋3H2O＝Al2O3＋6[H ]。这种原子态氢，一部分跑到大气中，一部分就进入铝液中。实践证明，不同的季节和地区，因空气的湿度不同，铸锭中的气体含量也随之而异，其含气量随空气湿度的增大而增加。 1.2 影响气体含量的因素 (1)合金元素的影响：与气体结合力较大的合金元素，如钛、锆、镁等会使合金中的气体溶解度增大，而铜、硅、锰、锌等合金元素可降低铝合金中气体的溶解度。 铜、硅含量对氢在铝熔体中溶解度的影响 氢的溶解度 铜或硅的含量，% cm3/100g金属 0 5 10 20 50 含铜的铝合金 含硅的铝合金 0.88 0.88 0.58 0.64 0.44 0.64 0.37 0.50 0.36 － (2)气体分压的影响： 在温度相同的条件下，气体在金属中的溶解度随炉气成分中的氢气分压增大而增大。故火焰炉熔炼的铝熔体中的氢溶解度比电炉中的大。 (3)温度的影响：在氢分压一定时，温度越高铝熔体吸收的氢也越多。 此外，金属表面氧化膜状态及熔炼时间对气体在铝熔体中的溶解度也有影响。 2、铝液中的夹杂物 液态铝与氧气、氮气、硫、碳等元素发生化学反应而生成的化合物及混入的其它夹杂物中，以氧化夹杂物(Al2O3)对金属的污染最大。一般在铸锭中氧化夹杂物的总量占0.002%～0.02%。 铝合金中夹杂物的来源：(1)铝合金在熔化状态时表面与炉气中氧化性气体作用而生成的氧化物，如Al2O3等。这种氧化膜在铝液表面可以保护铝液不再被氧化。但这种表面膜一旦破裂便裹入铝液中，因Al2O3熔点高(2050℃)、密度(3.5~4.0)比铝液大，不上浮，故易在铸件中形成氧化物夹杂。(2)炉料中所含氧化物也是合金中氧化物夹杂的一个重要来源。如铝锭、中间合金等原含有Al2O3等夹杂物，铝锭表面的铝锈Al(OH)3等，在熔炼时都能直接污染铝液。 铝合金中与氧亲和力小于铝