熔炼过程中气体和氧化物的防止

  铝液中气体及氧化夹杂的主要来源是H2O,而H2O则是从搅入铝液的表面氧化膜上、炉料表面(特别是受潮气腐蚀的炉料)、熔化浇注工具以及精炼剂、变质剂中带入铝液。而搅入铝液的氧化膜以及夹杂物较多的低品级炉料(如溅渣、碎块重熔锭)将在铝液中形成氧化物夹杂物。为此,应从熔炼浇注过程中注意下列各点: 
  ①坩锅和熔化浇注工具 
  使用前应仔细地除去粘附在表面的铁锈、氧化渣、旧涂料层等脏物,然后涂上新涂料,预热烘干后方可使用。熔化浇注工具和转运铝液的坩锅在使用前均应充分预热。 
  ②炉料 
  炉料在使用前应保存在干燥处,如炉料已经受潮气腐蚀则在配料前进行吹砂以除去表面腐蚀层。回炉料表面常常粘附砂子(SiO2),部分SiO2和铝液会发生下列反应: 
  4 Al + 3 SiO2 → 2 Al2O3 + 3 Si 
  所生成的Al2O3及剩余SiO2均在铝液中形成氧化夹杂,故在加这类料前也应经吹砂后使用。由切屑、溅渣等重熔铸成锭的三级回炉料中常含有较多氧化夹杂物及气体,故其使用量应受到严格的限制,一般不超过炉料总量的15%,对重要铸件则应完全不用。炉料表面也不应有油污、切削冷却液等物,因为各种油脂都是具有复杂结构的碳氢化合物,油脂受热而带入氢。 
  炉料在加入铝液时必须预热至150~180℃以上,预热的目的一方面时是为了安全,防止铝液与凝结在冷炉料表面上的水分相遇而发生爆炸事故;另一方面是为防止将气体和夹杂物带入铝液。 
  ③精炼剂、变质剂 
  因其中有些组元很易吸收大气中的水分而潮解,有些则本身含有结晶水。因此,在使用前应经充分烘干,某些物质如ZnCl2则需经重熔去水份后方能使用。 
  ④熔化、浇注过程的操作 
  熔化搅拌铝液应平稳,尽量不使表面氧化膜及空气搅入铝液中。应尽量减少铝液的转注次数,转注时应减低液流的下落高度和减少飞溅。浇注时浇包嘴应尽量接近浇口杯以减少液流的下落高度,并应匀速浇注,使铝液的飞溅及涡流减至最少。在浇注完铸件后,勺中剩下的铝液不应倒回坩埚而浇入锭模,否则将使铝液中氧化夹杂不断增加。在坩埚底部约50~100mm深处的铝液中沉积有较多量的Al2O3等夹杂物,因此不能用来浇注铸件。 
  ⑤熔炼温度、熔炼及浇注过程的持续时间 
  升高温度将加速铝液与H2O、O2之间反应,氢在铝液的溶解度也随熔炼温度的升高而急剧增加,当温度高于900℃时,铝液表面氧化膜成为不致密的,更使上述反应显著加剧,故大多数铝合金的熔炼温度一般不超过760℃。至于铝液表面氧化保护膜疏松的铝-镁合金,铝液与H2O、O2间的反应对温度的升高更为敏感,因此对铝镁合金的熔炼温度限制更严(一般不超过700℃)。 
  熔炼及浇注过程的持续时间(尤其是精炼后至浇注完毕相距的时间)越长,则铝液中之气体及氧化夹杂物含量也越高。因此,应尽量缩短熔炼及浇注的持续时间,特别是应尽量缩短精炼至浇注完毕的时间,工厂中一般要求规定在精炼后2小时内浇完,如浇不完则应重新精炼,在天气潮湿地区以及铸件要求针孔度级别较高,或是易产生气孔、夹杂的合金,则浇注时间应限制得更短。

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