漫谈铝合金熔铸的若干问题

漫谈铝合金熔铸的若干问题

铝及铝合金的熔炼、铸造，亦即铸锭的生产，是铝合金材料加工的头一道工序，也是很重要的工序，铸锭质量的好坏，直接影响到后续加工产品的优劣。熔铸的设备、工具及原辅材料的选择、设计和使用等问题不但关系到铸锭的质量，而且也关系到企业生产的效率和生产成本，因此，现就铝合金熔铸的有关问题，谈一些粗浅的看法，和同行们探讨。

1、关于熔化炉

铝合金熔炼的熔化炉是熔铸车间的主要设备，熔化炉的选择、设计是否合理，对生产效率和车间的环保影响最为明显。变形铝合金的加工企业，现在使用较多、较普遍的是三种能源形式的炉子：电阻炉、天然气(煤气)炉、油炉，选择何种能源的炉子，当然是企业根据其所处的地域环境和能源的经济性等来决定。

电阻炉是我国六、七十年代几家国营企业普遍采用的炉子，由于采用镍钻电阻带作为发热元件，其表面的发热功率受到限制，因此，这类炉子的熔化速度不能过高，只适宜在900℃左右熔化，这样，炉子的熔化效率较低，一般仅为0．8-1．2吨/时，炉子的容量也受到限制，一般在10吨以下。同时，使用电阻炉的耗电量较大，熔炼每吨铝合金的耗电量在600-700KWH，加之，电是二次能源，价格较贵，致使生产成本偏高，它的优点是：生产时车间较干净，也无需建造烟囱。

天然气(煤气)炉，即燃气炉，使用天然气或煤气作燃料，由于它们的燃烧值较高(尤其是天然气)，炉内温度在熔化阶段可达1100-1200℃，因此熔化速度快，设计较好，容量也大的炉子，其熔化速度可达5-l0吨/时。同时此种炉子也可以设计成大容量的，如西南铝加工厂就有35吨、50吨的天然气熔化炉，在美国，其容量达50-75吨的也可常见，最大容量的可达110吨以上。与电阻炉相比，燃气炉的生产成本低廉得多。目前，国外工业发达国家的铝加工企业，这类炉子一般均配备了计算机或PLC控制系统，该系统可以对铝合金在熔炼过程中的燃气/空气比、燃气流量、炉内温度、炉内压力等参数进行调控，使熔炼过程快速、合理，也降低了能耗。这类炉子如果设计合理，管理得当，其热效率可达45-50％或者更高。

油炉，使用柴油或重油作燃料，因重油较柴油价格低，故烧重油者为多，尤其是近年来油类价格上扬，更增加了烧重油者的队伍。我国铝型材的生产基地——珠扛三角洲一带的众多企业，普遍采用的是重油炉。这些重油炉有的自行砌筑，有的随便请人设计建造，但大多没有委托有资质的设计单位设计、建造。其容量大多在10-20吨，熔化速度为3-4吨/时，熔炼每吨铝的耗油量为80-90kg。当然，重油炉较电阻炉的成本低廉，但目前使用重抽炉普遍存在的问题是：1、油耗较高，尚有降低油耗的潜力待挖掘；2、一般民营企业不愿或无力投入资金配备抽排烟系统和建筑烟囱，其熔铸车间或整个企业往往黑烟滚滚，劳动工作环境恶劣，大气污染严重。

笔者认为：1、我国有关的研究、设计部门应加强对燃油炉的设计研究、开发工作，不但使燃油炉的炉型及结构合理、先进，而且应设计配备燃烧过程的自动控制系统，使炉子的热效率达40％以上；2、研究、开发中速的或准高速的烧咀，以利于燃油的充分燃烧；3、铝加工企业应加大对熔化设备的投资力度，在熔铸车间配置必需的抽排烟装置或建造烟囱，减少废气对环境的污染。

2、关于炉内处理

铝合金在熔炼后期，即化学成份经炉前分析调整后，应对熔体进行精炼，也称炉内处理，其目的是去气、除渣，六、七十年代，我国的铝加工企业，多采用碱金属和碱土金属的氯盐制作精炼剂来进行炉内处理，简称熔剂精炼，几家大型铝加工厂后来过渡到采用氮氯混合气体精炼。进入八十年代，我国铝加工业迅速发展，生产铝型材的中小企业纷纷诞生，许多企业对精炼的意义认识不足，对熔体不精炼或采用土法精炼，但进入九十年代以后，一般企业都提高了质量意识，认识到精炼对产品质量的必要性，现在大多企业采用了在向熔体通人氮气的同时，也向熔体吹入粉末状的精炼剂，可简称为喷粉精炼。

上述三种精炼方式目前在我国铝加工企业较为普遍的被采用，实践证明，熔剂精炼最简便易行，除渣效果良好，但去气效果稍差；氮氯混合气体精炼的效果较熔剂精炼好，但要建设氮、氯气体的储存、辅送站，投资较高，况且氯气为巨毒气体，对操作、环保等均为不利。这种精炼方式仅适宜大型企业采用。喷粉精炼的效果，按理论推断，它应介于上述二种方法之间，但实际的效果如何呢?还得看使用的氮气纯度、精炼剂质量和操作方法而定，笔者在南海市的某些厂家看到，所使用的氮气纯度仅为99％或99．7％(实际的纯度可能更低)，显然这样纯度的氮气，其精炼效果是不佳的，许多资料和试验证明，用于铝合金熔体精炼的氮气纯度应在99 99％以上，其次，目前市场上的各种精炼剂、打渣剂、复盖剂等良莠不—，使用厂家应认真选择；此外，精炼的操作方式，如吹气的气泡高度、气泡大小、精炼时间等也影响到精炼的效果。

国外的铝熔体精炼采用气体精炼居多，如八十年代后期，笔者考察了美国的几家铝加工企业，有的使用纯氩气，有的使用氮氧混合气体，还有的使用氟里昂加入少量氯气(2-3％)，显然使用氟里昂是不符合世界环保趋势要求的。

如何评定铝合金熔体的净化效果?国内外的许多专家曾作了大量的研究工作，对于铝熔体的去气效果，较早的有用第一气泡法对熔体的含气量进行测定，但这种方法只能是半定量的，也难于进行在线检测，现在已有仪器对熔体的含气量进行定量检测了，较为著名的是美国的Telegas仪，西南铝加工厂也已研制开发了类似的测氢仪。这些仪器均可较准确地测定精炼前后或在线处理前后熔体含气量的变化情形。关于铝熔体的除渣效果，目前还没有能准确测定的方法，国外有的采用铁模取试样，经铣面加工后染色，然后对试样氧化夹杂物的多少进行评价，虽然这种方法谈不上定量，况且所取试样也不一定有代表性，因此除渣效果的评定方法还有待以后的研究。

3、关于在线处理

铝合金熔体在熔炼后期，虽然进行了炉内处理——精炼，熔体的纯洁度有了提高，但这还是有限的，因为熔体经精炼后，到进行铸造的各个阶段，炉内熔体的仃留时间是逐步延长的，至铸造收尾时，熔体在炉内的仃留时间最长，这种仃留过程可使熔体含气量逐步升高，而且更重要的是，在铸造时，熔体要流经流槽，使熔体的原有纯洁度降低，显然这对铸锭的内部质量是不利的。对于用于锻件、模锻件的铸锭，用于某些重要航空部件的挤压型材、棒材，以及用于生产特薄板带材和箔材的铸锭，其熔体若只进行炉内处理就直接铸造，则很难生产上述合格的制品。

进入七十年代中期以后，我国的某些铝加工企业开始研究使用玻璃丝布、刚玉陶瓷过滤管和过滤装置对铸造前的熔体进行处理，玻璃丝布一般置于流槽至流盘有落差