铝合金及型材的生产原理熔炼

熔炼

熔炼和铸造生产是铝及铝合金加工工艺中的组成部分，其主要目的是：配制合金；通过适当的工艺措施（如精练和过滤）提高金属净度；铸造成型。它不仅提供符合加工要求的优质铸锭，而且铸锭质量在很大程度上影响压力加工过程和制品的质量，熔炼过程中的吸气和夹杂物会在铸锭中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷。为此必须采取相应的净化处理措施予以防止和清除。

烘炉操作：新修、大修后的熔炼炉，其自然干燥时间在夏季不应小于半个月，在冬季不应小于一个月，中修后的炉子，其自然干燥时间不应小于一个星期。

烘炉的目的是：使炉体各部分内外层均匀缓慢地升温，避免炉衬受急冷急热而开裂。同时，更充分地排除砌体中的水分，防止熔炼时金属吸气和氧化。

注：1.大修后，自然干燥时间少于半个月时，夏季应延长低温（200℃）烘炉时间24h，冬季延长36h。

2.停炉在5昼夜以内及5-10昼夜时，关上炉门用微火苗分别烘烤8h和12h后，将炉温升至900℃即可装炉。

3.停炉在10-15昼夜及小修后，先敞开炉门用木柴烘烤4h，再关上炉门用轻微火苗烘烤12h,然后将炉温升至900℃,即可装炉。

一、烧损

合金在熔炼过程中由于氧化反应，挥发，以及与炉墙，精练剂等作用而造成的不可回收的金属损失称为烧损，总烧损率一般为2.5-5.0%之间。

二、熔炼温度

过低的熔炼温度在生产实践中没有实际意义，在生产中既要防止熔体过热（使金属与炉

气、炉衬等相互作用），又要缩短熔炼时间。 过热不仅容易大量吸收气体，而且易使在凝固后铸锭的晶粒组织粗大，增加铸锭裂纹的倾向性，影响合金性能。

半熔融的温度下，合金易吸气（铝液溶解的气体中80-90%是氢气）。氢与铝不起化学反应，而是以原子状态存在于晶体点阵的间隙内，形成间隙式固溶体。

熔炼铝及铝合金时，应该选择微氧化性气氛：还原性气氛对铝合金并不是还原性的，CO 可使铝继续氧化，H 2及碳氢化合物还可与铝反应产生大量原子氢进入溶体；还原性气氛燃烧不完全，温度低；微氧化性气氛能使熔体表面生成一层氧化膜，使氧化过程变得非常缓慢。因此，氧化性气氛反而有利。

不同温度下氢在铝中的溶解度（在101.325kPa 下）

铝液凝固后氢原子从金属中析出成为氢分子，最后以疏松、气孔的形式存在于铸锭中。 实际生产中多选择高于液相线温度50-60℃熔炼。

常用铝合金的熔炼温度：

3A21 3003 2618 2A70 2A80 2A90 720-770℃ 其余铝合金

700-760℃ 纯铝 700-750

三、净化和除渣

降低熔体中的气体含量（主要是氢气，通常要求0.15cm 3/100g 以下），减少非金属夹杂物和各种有害金属杂质。

铝熔体中金属杂质的主要来源是炉衬用耐火材料（Al2O3、Fe2O3、SiO2等）的反应产物。4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si 2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe

在铝及铝合金熔体中，能通过物理的、化学的或物理化学的相互作用，从熔体中除去气体和固态非金属夹杂物的物质叫精练剂。

按物态分，常用的铝合金精练剂有气体、液体和固体精练剂三类。

气体精练剂有氯气、氮气等；液体精练剂主要是高温下呈液态的氯盐，如四氯化碳、四氯化钛；固体精练剂有氯盐、复合溶剂和无毒精练剂。

1.氯盐精炼(净化)：许多氯化物在高温下可以和铝发生反应，生成挥发性的AlCl3而起净化作用。

如3TiCl4+4Al→4AlCl3↑+3Ti 3MnCl2（或ZnCl2）+2Al→2AlCl3↑+3Mn（或Zn）氯盐易吸潮，应注意保持干燥。

加入氟化物（如冰晶石Na3AlF6）与铝熔体具有更高的反应能力，促进了氧化物的排除。

2.几种铝合金的吸附净化方法

2.1浮游法

2.1.1惰性气体吹洗法

氮气、氩气不与氢也不与熔融铝起反应。夹杂被氮气、氩气小气泡吸附在表面而上升至液面。

2.1.2活性气体吹洗

Cl2+H2→2HCl↑3Cl2+2Al→2AlCl3↑2Al2O3+6Cl2→4AlCl3↑+3O2↑

生成的AlCl3沸点183℃。

2.1.3混合气体吹洗

N2+Cl2（9：1或8：2）或N2+Cl2+CO （8：1：1）

2.2氯盐净化

除金属盐外，还有C2Cl6（185.5℃升华）、CCl4等。

C2Cl6→C2Cl4+Cl2↑2Al+3Cl2→2AlCl3↑C2Cl4→CCl4+C CCl4→2Cl2↑+C

H2+Cl2→2HCl↑C2Cl4沸点121度

2.3无毒精炼剂

如NaNO3+C 4NaNO3+5C→2Na2O+2N2↑+5CO2↑

2.4Al-Mg、Al-MgSi系合金常用精炼剂(打渣剂)：

KCl+MgCl2：CaF2=60：40(或80：20), CaF2的加入为了提高熔剂的分离性，防止产生熔剂夹杂。KCl、MgCl2混合熔剂的熔点约650℃。

打渣剂要求粉状，以便覆盖；而精练熔剂则要求一定粒度，以延长精练时间，充分、有效地利用熔剂。

3.铝合金熔体的除渣原理

3.1澄清除渣（静置）：氧化物渣密度轻上浮。

3.2吸附除渣：氧化物夹渣被气体精炼剂或熔剂精炼剂吸附在表面上。

3.3过滤除渣（炉外净化）：玻璃丝布除去尺寸较大的夹杂，一次性使用。陶瓷板过滤，陶瓷板应预热至600度左右使用。

玻璃丝布孔眼尺寸1.2*1.5mm,孔目数为30目/cm2。

陶瓷过滤板由氧化铝和氧化铬等组成，一般厚度50mm，长宽200-600mm，孔隙度高达0.8-0.9。

4.常用涂料的组成

滑石粉（3MgO.4SiO2.H2O）：水玻璃（Na2SiO3）：水（H2O）=22：3：75