铝合金熔炼工艺流程和操作工艺

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一)
装料
熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。

装料的原则有：
1、装炉料顺序应合理。

正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制。

装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。

熔点易氧化的中间合金装在中下层。

所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。

小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。

中间合金有的熔点高，如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散；使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。

炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。

炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。

2、对于质量要求高的产品（包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等）的炉料除上述的装料要求外，在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂，在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂，这样可提高炉体的纯洁度，也可以减少损耗。

3、电炉装料时，应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm，否则容易引起短路。

熔化
炉料装完后即可升温。

熔化是从固态转变为液态的过程。

这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。

A、覆盖
熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。

气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。

并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混
入熔体中。

所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，其用量见表。

这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。

覆盖剂种类及用量
炉型及制品电气熔炼煤气炉熔炼
覆盖剂用量普通制品特殊制品普通制品特殊制品
（占投量）/% 0.4-0.5 0.5-0.6 1-2 2-4
覆盖剂种类粉状熔剂Kcl：Nacl按1：1混合
B、加铜、加锌
当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入锌锭或铜板，以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。

这时应强调的是，铜板的熔点为1083℃，在铝合金熔炼温度范围内，铜是溶解在铝合金熔体中。

因此，铜板如果加得过早，熔体未能将其盖住，这样将增加铜板的烧损；反之如果加得过晚，铜板来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响合金的化学成分控制。

电炉熔炼时，应尽量避免更换电阻丝带，以防脏物落入熔体中，污染金属。

C、搅动熔体
熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛温度高达1200℃，在这样高的温度下容易产生局部过热。

为此当炉料熔化之后，应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化.
铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(二)
2007-03-27 10:18
扒渣与搅拌
当炉料在熔池里已充分熔化，并且熔体温度达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。

A、扒渣
扒渣前应先向熔体上均匀撒入粉状熔剂，以使渣与金属分离，有利于扒渣，可以少带出金属。

扒渣要求平稳，防止渣卷入熔体内。

扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。

B、加镁加铍
扒渣后便可向熔体内加入镁锭，同时要用2号粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损。

对于高镁铝合金为防止镁的烧损，并且改变熔体及铸锭表面氧化膜的性质，在加镁后须向熔体内加入少量（0.001%-0.004%）的铍。

铍一般以Al-BeF4与2号粉状熔剂按1：1混合加入，加入后应进行充分搅拌。

Na BeF +Al→2NaF+AlF +Be
为防止铍的中毒，在加铍操作时应戴好口罩。

另外，加铍后扒也的渣滓应堆积在专门的堆放场地或作专门处理。

C、搅拌
在取样之前，调整化学成分之后，都应当及时进行搅拌。

其目的在于使合金成分均匀分布和熔体内温度趋于一致。

这看起来似乎是一种极其简单的操作，但是在工艺过程中是很重要的工序。

因为，一些密度较大的合金元素容易沉底，另外合金元素的加入不可能绝对均匀，这就造成了熔体上下层之间，炉内各区域之间合金元素的分布不均匀。

如果搅拌不彻底（没有保证足够长的时间和消灭死角），容易造成熔体化学成分不均匀。

搅拌应当平稳进行，不应激起太大的波浪，以防氧化膜卷入熔体中。

调整成分
在熔炼过程中，由于各种原因都可能会使合金成分发生改变，这种改变可能使熔体的真实成分与配料计算值发生较大的偏差。

因而需在炉料熔化后，取样进行快速分析，以便根据分析结果是否需要调整成分。

A、取样
熔体经充分搅拌后，即应取样进行炉前快速分析，分析化学成分是否符合标准要求。

取样时的炉内熔体温度应不低于熔炼温度中限。

快速分析试样的取样部位要有代表性，开然气炉（或煤气炉）在两个炉门中心部位各取一组试样，电炉在二分之一熔体的中心部位取两组试样。

取样前试样勺要进行预热，对于高纯铝及铝合
金，这了防止试样勺污染，取样应采用不锈钢试样勺并涂上涂料。

B、成分调整
当快速分析结果和合金成分要求不相符时，就应调整成分——冲淡或补料。

（1）补料。

快速分析结果低于合金化学成分要求时需要补料。

为了使补料准确，应按下列原则进行计算：
1）先算量少者后算量多者；
2）先算杂质后算合金元素；
3）先算低成分的中间合金，后算高成分的中间合金；
4）最后算新金属
一般可按下式近似地计算出所需补加的料量，然后予以核算，算式如下：
X=
式中X——所需补加的料量，kg;
Q——熔体总量（即投料量），kg;
a——某成分的要求含量，%；
b——该成分的分析量，%；
c c ——分别为其它金属或中间合金的加入量，kg;
d——补料用中间合金中该成分的含量（如果是加纯金属，则d=100），%。

（2）冲淡。

快速分析结果高于化学成分的国家标准、交货标准等的上限时就需冲淡。

在冲淡时高于化学成分标准的合金元素要冲至低于标准要求的该合金元素含量上限。

我国的铝加工厂根据历年来的生产实践，对于铝合金都制定了厂内标准，以便使这些合金获得良好的铸造性能和力学性能。

为此，在冲淡时一般都冲至接近或低于该元素的厂内化学成分标准上限所需的化学成分。

在冲淡时一般按照下式计算出所需的冲淡量。

X=Q（b-a）/a
式中b——某成分的分析量，%；
a——该成分的（厂内）标准上限的要求含量，%；
Q——熔体总量，kg;
X——所需的冲淡量，kg;
C 调整成分时应注意的事项
（1）试样用元代表性。

试样无代表性是加为，某些元素密度较大，溶解扩散速度慢，或易于偏析分层。

故取样前应充分搅拌，以均匀其成分，由于反射炉熔池表面温度高，炉底温度低，没有对流传热作用，取样前要多次搅拌，每次搅拌时间不得少于5min。

（2）取样部位和操作方法要合理。

由于反射炉熔池大而深，尽管取样前进行多次搅拌，熔池内各部位的成分仍然有一定的偏差，因此，试样应在熔池中部最深部位的二分之一处取出。

取样前应将试样模充分加热干燥，取样时操作方法正确，使试样符合要求，否则试样有气孔、夹渣或不符合要求，都会给快速分析带来一定的误差。

（3）取样时温度要适当。

某些密度大的元素，它的溶解扩散速度随着温度的升高而加快。

如果取样前熔体温度较低，虽然经过多次搅拌，其溶解扩散速度仍然很慢，此时取出的试样仍然无代表性，因此取样前应控制熔体温度适当高些。

（4）补料和冲淡时一般都用中间合金，熔点较高和较难熔化的新金属料，应予避免。

（5）补料量和冲淡量在保证合金元素要求的前提下应越少越好。

且冲淡时应考虑熔炼炉的容量和是否便于冲淡的有关操作。

（6）如果在冲淡量较大的情况下，还应补入其它合金元素，应使这些合金元素的含量不低于相应的标准或要求。

精炼
工业生产的铝合金绝大多数在熔炼炉不再设气体精炼钢过程，而主要靠静置炉精炼和在线熔体净化处理，便有的铝加工厂仍还设有熔炼炉精炼，其目的是为了提高熔体的纯净度。

这些精炼方法可分为两类：即气体精炼法和熔剂精炼法。

出炉
当熔体经过精炼处理，并扒出表面浮渣后，待温度合适时，即可将金属熔体输注到静置炉，以便准备铸造.
清炉
清炉就是将炉内残存的结渣彻底清出炉外。

每当金属出炉后，都要进行一次清炉。

当合金转换，普通制品连续生产5-15炉，特殊制品每生产一炉，一般就要进行大清炉。

大清炉时，应先均匀向炉内撒入一层粉状熔剂，并将炉膛温度升至800℃以上，然后用三角铲将炉内各处残存的结渣彻底清除。

废铝再生加工的四道基本工序
2007-03-27 10:19
废杂铝的再生加工，一般经过以下四道基本工序。

(1) 废铝料的备制首先，对废铝进行初级分类，分级堆放，如纯铝、变形铝合金、铸造铝合金、混合料等。

对于废铝制品，应进行拆解，去除与铝料连接的钢铁及其他有色金属件，再经清洗、破碎、磁选、烘干等工序制成废铝料。

对于轻薄松散的片状废旧铝件，如汽车上的锁紧臂、速度齿轮轴套以及铝屑等，要用液压金属打包机打压成包。

对于钢芯铝绞线，应先分离钢芯，然后将铝线绕成卷。

铁类杂质对于废铝的冶炼是十分有害的，铁质过多时会在铝中形成脆性的金属结晶体，从而降低其机械性能，并减弱其抗蚀能力。

含铁量一般应控制在 1.2 ％以下。

对于含铁量在 1.5 ％以上的废铅，可用于钢铁工业的脱氧剂，商业铝合金很少使用含铁量高的废铝熔炼。

目前，铝工业中还没有很成功的方法能令人满意地除去废铝中过量铁，尤其是以不锈钢形式存在的铁。

废铝中经常含有油漆、油类、塑料、橡胶等有机非金属杂质。

在回炉冶炼前，必须设法加以清除。

对于导线类废铝，一般可采用机械研磨或剪切剥离、加热剥离、化学剥离等措施去除包皮。

目前国内企业常用高温烧蚀的办法去除绝缘体，烧蚀过程中将产生大量的有害气体，严重地污染空气。

如果采用低温烘烤与机械剥离相结合的办法，先通过热能使绝缘体软化，机械强度降低，然后通过机械揉搓剥离下来，这样既能达到净化目的，同时又能够回收绝缘体材料。

废铝器皿表面的涂层、油污以及其他污染物，可采用丙酮等有机溶剂清洗，若仍不能清除，就应
当采用脱漆炉脱漆。

脱漆炉的最高温度不宜超过566℃，只要废物料在炉内停留足够的时间，一般的油类和涂层均能够清除干净。

对于铝箔纸，用普通的废纸造浆设备很难把铝箔层和纸纤维层有效分离，有效的分离方法是将铝箔纸首先放在水溶液中加热、加压，然后迅速排至低压环境减压，并进行机械搅拌。

这种分离方法，既可以回收纤维纸浆，又可回收铝箔。

废铝的液化分离是今后回收金属铝的发展方向，它将废铝杂料的预处理与重新熔铸相结合，既缩短了工艺流程，又可以最大限度地避免空气污染，而且使得净金属的回收率大大提高。

废铝液化分离装置的工作原理如图1-18 所示装置中有一个允许气体微粒通过的过滤器，在液化层，铝沉淀于底部，废铝中附着的油漆等有机物在450℃以上分解成气体、焦油和固体炭，再通过分离器内部的氧化装置完全燃烧。

废料通过旋转鼓搅拌，与仓中的溶解液混合，砂石等杂质分离到砂石分离区，被废料带出的溶解渡通过回收螺旋桨返回液化仓。

(2) 配料根据废铝料的备制及质量状况，按照再生产品的技术要求，选用搭配并计算出各类料的用量。

配料应考虑金属的氧化烧损程度，硅、镁的氧化烧损较其他合金元素要大，各种合金元素的烧损率应事先通过实验确定之。

废铝料的物理规格及表面洁净度将直接影响到再生成品质量及金属实收率，除油不干净的废铝，最高将有20 %的有效成分进入熔渣。

(3) 再生变形铝合金用废铝合金可生产的变形铝合金有3003 、3105 、3004 、3005 、5050 等，其中主要是生产3105合金。

为保证合金材料的化学成分符合技术要求及压力加工的工艺需要，必要时应配加一部分原生铝锭。

(4) 再生铸造铝合金其工艺流程如图1-19 所示。

废铝料只有一小部分再生为变形铝合金，约1／4 再生成炼钢用的脱氧剂，大部分用于再生铸造用铝合金。

美、日等国广泛应用的压铸铝合金A380 、ADCl0 等基本上是用废
铝再生的。

再生铝的主要设备是熔炼炉和精炼净化炉，一般采用燃油或燃气的专用静置炉。

我国最大的再生铝企业是位于上海市郊的上海新格有色金属有限公司，该公司有两组50t 的熔炼静置炉，一组40t 燃油熔炼静置炉；一台12t 的燃油回转炉。

小型企业可采用池窑、坩埚窑等冶炼。

近年来，发达国家在生产中不断推出了一系列新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，可使低品位的废杂铝升级，用于制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭。

最大的铸锭重13.5t, 其中，重熔的二次合金锭(RSI) 可用于制造易拉罐专用薄板，薄板的质量已使每支易拉罐的质量下降到只有14g 左右；某些再生铝，甚至用于制造计算机软盘驱动器的框架。

在废铝的再生过程中，对于再生铝的熔炼及熔体的处理是保证再生铝冶金质量关键工序。

铝熔体的变质与精炼净化，不仅可以改变铝硅合金中硅的形态，净化了铝熔体，而且能够大大改善铝合金的性能。

铝熔体的精炼变质与净化，目前多采用Nacl 、NaF 、KCI 及Na3AIF6 等氯盐和氟盐处理，也有的采用C12 或C2C16 。

进行处理。

采用含氯物质精炼废铝熔体，虽然效果较好，但其副产物AICI3 、HCl 和Cl 等会对人体、环境及设备都造成严重损害。

近年来，人们正在力图改进处理工艺，选用无毒、低毒的精炼变质材料来解决环境污染问题，如选用N2 、Ar 等作为精炼剂，但效果不尽如人意。

市售的所谓“无公害”精炼剂，其基本成分为碳酸盐、硝酸盐及少量的C2C16 ，因仍有少量氮氧化物、氯气排出，也不能完全消除环境污染。

最近几年，新发展起来的用稀土合金对再生铝进行变质、细化和精炼的工艺，有望使废铝回收冶炼业的环境污染问题得到彻底解决。

该工艺充分运用稀土元素与铝熔体相互作用的特性，发挥稀士元素对铝熔体的精炼净化和变质功能，能够实现对铝熔体的净化、精炼及变质的一体化处理，不仅简洁
高效，而且能够有效地改善再生铝的冶金质量。

在处理的全程中均不会产生有害的废气和其他副产品
近日，中国有色金属工业协会在山东省淄博市主持召开由山东铝业股份有限公司承担的《新型环保熔铝炉的研究应用》项目科技成果鉴定会。

鉴定委员会听取了项目的研究报告，审查了相关鉴定资料，参观了现场，经过质询和讨论，专家认为，项目针对我国铝行业熔铝炉燃料的单耗指标高、产品能源成本不断上升等问题，开展了铝熔炼炉节能、环保技术的研究。

项目具有以下主要技术特点和创新点：在铝合金熔铝炉上采用以天然气为燃料的新型高效蓄热燃烧器，达到了节约能源和改善环境的效果;炉体砌筑采用不沾铝高强度耐火浇筑料，炉体强度高、保温效果好，具有良好的抗渣性和抗腐蚀性能，并可提高炉寿命;在国内首家采用底置式永磁铝水搅拌技术，实现两台熔铝炉共用一套搅拌装置，既可减少烧损、减少熔体吸气，获得高质量熔体，又降低了投资费用。

经生产实践应用证明，所研究的新型环保溶铝炉节能与环保效果显著，经济效益好，专家认为，项目总体技术属国内领先，具有较好的推广前景。

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内部资料:
在铝合金生产工艺中，为提高合金化的均匀度，保证产品质量，在国外采用搅拌技术已成为必需的标准技术。

目前国内执行这一工序的方法有人工搅拌、机械搅拌和电磁搅拌。

前两种方法无法保证生产出优质的铝（合金）产品，电磁搅拌因耗能巨大（50～750kW），较少使用。

由杭州高桥磁电设备有限公司新近研制出的永磁铝水搅拌机，耗能仅为5～30kW，不及电磁搅拌的1／10，在能源日益紧缺的今天尤显突出。

一台20t的反射炉一年可节约电能60万kWh以上；且与人工和机械搅拌相比，可改善合金化，提高13％～16％的合金融化率。

永磁铝水搅拌机由永磁体感应器、风冷系统和控制系统等部分组成，比电磁搅拌器庞大机组更加精炼。

永磁体感应器相当于电机定子，炉池内的铝合金熔液相当于电机转子。

磁场和熔池中的铝合金熔液相互作用产生感应电势和感生电流，感生电流又和磁场作用产生电磁力，从而推动铝合金熔液做定向运动，起到搅拌作用。

永磁搅拌属非接触搅拌，不会污染铝合金熔液，保证了熔液的纯度。

置于溶炉底部或侧面的永磁搅拌机使熔炉底部的铝合金熔液
搅拌力较大，顶部的搅拌力较小，故合理设置搅拌强度，即可获得充分均匀的搅拌效果，又不破坏熔体表面的氧化膜，减少烧损和熔体吸气，使铝合金熔液质量更高。

目前，多种规格型号的永磁搅拌机已在上海新格有色金属有限公司投运，产品的各项性能得到用户的充分肯定。

磁搅拌技术对铝合金品质的影响
2007-03-30 14:56
在传统的铝合金溶液搅拌工艺中，配置电磁搅拌机对铝合金溶液搅拌个十几分钟达到成分均匀的目的就可以认为实现了搅拌的目的。

但这种观点对永磁搅拌机来说只是其搅拌目的的一部分。

实现铝合金产品品质的提高表现在材料的力学性能的提高
要提高材料的力学性能有两大前提：1、化学成分要均匀2、金属晶体结构要细小均匀
一、目前实现化学成分的均匀性只要采用磁搅拌（永磁或电磁）设备搅拌十几分钟基本上就可以满足需求。

二、要达到金属晶体结构细小均匀，在晶体的凝聚过程中，通过搅拌对晶体凝聚力施加阻力，阻止晶体的长大，提高晶核的形成率，形成大小均匀的晶体。

这必须要通过高强度的磁场长时间的搅拌才能实现。

目前两种磁搅拌设备对品质的不同影响
电磁搅拌机的应用出现在20世纪40年代，国内的应用出现在20世纪60年代，利用从苏联引进的电磁搅拌机，国家相关科研单位对该技术进行了消化吸收，试制出了国产的设备。

但真正投入到大规模的生产应用却是80年代一后的事情了。

国产设备的出现打破了进口设备的垄断地位，让国内厂家用上了相对便宜的设备，电磁搅拌开始了在国内的推广普及。

但由于目前国内做这一设备的企业只有一两家，多年以来一直没有竞争对手的压力，在研发上投入不多，相对于国外的电磁搅拌机制造同行的技术已经落后了很多。

在设备的使用稳定性，连续工作的时间长度，能耗指标等几个方面已经大大的落后于国际同期水平了，如今只剩下一个价格优势了。

由于国产电磁搅拌在设备的使用稳定性，连续工作的时间长度，能耗指标等几个指标落后于国际同行，自然也就无法实现国外电磁搅拌提出的磁搅拌新指标——化学成分的均匀和细化金属晶体。

特别是后一指标，要求设备必需具备长时间的连续运行能力，和具备高场强高频率的磁场，这一点正是国产设备的软肋。

这也是在这几年国内一些大厂进口国外同类设备的主要原因。

永磁搅拌机的概念提出在80年代，国内有很多单位对此进行了研究，希望获得一种低能耗，高磁场，高磁通量的性能更高的搅拌设备。

本世纪在日本，永磁搅拌机产品设计得到了定型。

在2004年末，在上海新格有色金属有限公司，世界上第一台具备实际应用能力的永磁铝水搅拌机投入了使用。

产品经过几个月的生产实践检验后，在能耗，使用性，搅拌效果等几个指标多超过了设计要求，对比电磁搅拌机，永磁搅拌实现了一次质的飞跃。

使中国的铝合金制造工艺在搅拌这一环节领先于世界，为中国的铝合金品质的进一步提高创造了条件。

永磁搅拌机的应用实现了通过搅拌达到铝合金化学成分均匀和促进晶体细化的双重目的，为进一步提高铝合金的力学性能创造了条件。

而且永磁搅拌机的低能耗的特点为搅拌机在溶解工艺中的长时间运行提供最经济的选择（实际能耗只有国外先进的电磁搅拌机的1/10-1/20），为企业的降耗节能，提高产品品质，降低生产成本，发展循环经济提供技术保障。

(该设备由杭州高桥磁电设备有限公司提供)
废铝再生加工的四道基本工序
2007-03-27 10:19
废杂铝的再生加工，一般经过以下四道基本工序。

(1) 废铝料的备制首先，对废铝进行初级分类，分级堆放，如纯铝、变形铝合金、铸造铝合金、混合料等。

对于废铝制品，应进行拆解，去除与铝料连接的钢铁及其他有色金属件，再经清洗、破碎、磁选、烘干等工序制成废铝料。

对于轻薄松散的片状废旧铝件，如汽车上的锁紧臂、速度齿轮轴套以及铝屑等，要用液压金属打包机打压成包。

对于钢芯铝绞线，应先分离钢芯，然后将铝线绕成卷。

铁类杂质对于废铝的冶炼是十分有害的，铁质过多时会在铝中形成脆性的金属结。