铝合金熔体的熔剂精炼

铝合金熔体的熔剂精炼

本文介绍了熔剂精炼在铝合金熔体净化过程中的作用，熔剂的分类和要求，常用熔剂的组成，适用范围及使用方法等。

在铝及铝合金熔炼过程中，氢及氧化夹杂是污染铝熔体的主要物质。铝极易与氧生成A1202或次氧化铝(Al2O及A10) ．同时也极易吸收气体（H ）其含量占铝熔体中气体总量的70—90％，而铸造铝合金中的主要缺陷——气孔和夹渣，就是由于残留在合金中的气体和氧化物等固体颗粒造成的。因此，要获得高质量的熔体，不仅要选择正确合理的熔炼工艺，而且熔体的精炼净化处理也是很重要的。

铝及铝合金熔体的精炼净化方法较多，主要有浮游法、熔剂精炼法、熔体过滤法、真空法和联合法。本文介绍熔剂精炼法在铝合金熔炼中的应用。

1 熔剂的作用

熔盐熔剂广泛地用于原铝和再生铝的生产，以提高熔体质量和金属铝的回收率

[1.2]。熔剂的作用有四个：其一，改变铝熔体对氧化物(氧化铝) 的润湿性，使铝熔体易于与氧化物(氧化铝) 分离，从而使氧化物(氧化铝) 大部分进入熔剂中而减少了熔体中的氧化物的含量。其二，熔剂能改变熔体表面氧化膜的状态。这是因为它能使熔体表面上那层坚固致密的氧化膜破碎成为细小颗粒，因而有利于熔体中的氢从氧化膜层的颗粒空隙中透过逸出，进入大气中。其三，熔剂层的存在，能隔绝大气中水蒸气与铝熔体的接触，使氢难以进入铝熔体中，同时能防止熔体氧化烧损。其四，熔剂能吸附铝熔体中的氧化物，使熔体得以净化。总之，熔剂精炼的除去夹杂物作用主要是通过与熔体中的氧化膜及非金属夹杂物发生吸附，溶解和化学作用来实现的。

2 熔剂的分类和选择

2．1熔剂的分类和要求

铝合金熔炼中使用的熔剂种类很多，可分为覆盖剂(防止熔体氧化烧损及吸气的熔剂) 和精炼剂(除气、除夹杂物的熔剂) 两大类，不同的铝合金所用的覆盖剂和精炼剂不同。但是，铝合金熔炼过程中使用的任何熔剂，必须符合下列条件[3.8]。

①熔点应低于铝合金的熔化温度。

②比重应小于铝合金的比重。

③能吸附、溶解熔体中的夹杂物，并能从熔体中将气体排除。

④不应与金属及炉衬起化学作用，如果与金属起作用时，应只能产生不溶于金属的惰性气体，且熔剂应不溶于熔体金属中。

⑤吸湿性要小，蒸发压要低。

⑥不应含有或产生有害杂质及气体。

⑦要有适当的粘度及流动性。

⑧制造方便：价格便宜。

2．2熔剂的成分及熔盐酌作用

铝合金用熔剂一般由碱金属及碱土金属的氯化物及氟化物组成，其主要成分是KCl 、NaCl 、NaF ．CaF, ．、Na3A1F6、Na2SiF6等。熔剂的物理、化学性能(熔点、密度、粘度、挥发性、吸湿性以及与氧化物的界面作用等) 对精炼效果起决定性作用.

2．2．1. 氯盐:

氯盐是铝合金熔剂中最常见的基本组元，而45％NaCl+55％KCl 的混合盐应用最广。由于它们对固态Al2O3，夹杂物和氧化膜有很强的浸润能力(与Al2O3，的润湿角为20多度) 且在熔炼温度下NaCl 和KCl 的比重只有1.55g ／cm3和l.50g ／cm3，显著小于铝熔体的比重，故能很好地铺展在铝熔体表面，破碎和吸附熔体表面的氧化膜。但仅含氯盐的熔剂，破碎和吸附过程进行得缓慢，必须进行人工搅拌以加速上述过程的进行。 氯化物的表面张力小，润湿性好，适于作覆盖剂，其中具有分子晶型的氯盐如CCl4 ,SiCl4，A1C13，等可单独作为净化剂，而具有离子晶型的氯盐如LiCl 、NaCl 毛KCl 、MgC12：等适于作混合盐熔剂。

2。2．2．氟盐：

在氯盐混合物中加入NaF ．Na3A1F6、CaF2。等少量氟盐，主要起精炼作用，如吸附、溶解Al2O3，。氟盐还能有效地去除熔体表面的氧化膜，提高除气效果。这是因为：a) 氟盐可与铝熔体发生化学反应生成气态的A1F ，、SiF4，、BF3, 等，它们以机械作用促使氧化膜与铝熔体分离，并将氧化膜挤破，推入熔剂中； b)在发生上述反应的界面上产生的电流亦使氧化膜受“冲刷”而破碎。因此，氟盐的存在使铝熔体表面的氧化膜的破坏过程显著加速，熔体中的氢就能较方便的逸出；c) 氟盐(特别是CaF2：) 能增大混合熔盐的表面张力，使已吸附氧化物的熔盐球状化，便于与熔体分离，减少固熔渣夹裹铝而造成的损耗，而且由于熔剂——熔体表面张力的提高，加速了熔剂吸附夹杂的过程。

3铝合金熔炼中常用熔剂

熔剂精炼法对排出非金属夹杂物有很好的效果，但是清除熔体中非金属夹杂物的净化程度，除与熔剂的物理、化学性能有关外，在很大程度上还取决于精炼工艺条件，如熔剂的用量，熔剂与熔体的接触时间、接触面积、搅拌情况、温度等。

3．1常用熔剂

为精炼铝合金熔体，人们已研制出上百种熔剂，以钠、钾为基的氯化物熔剂应用最广。对含镁量低的铝合金广泛采用以钠钾为基的氯化物精炼剂，含镁量高的铝合金为避免钠脆性则采用不含钠的以光卤石为基的精炼熔剂。

铝合金熔炼过程中常用熔剂的成分及作用如表1(4-7)。

表1 常用熔剂的成分及应用

溶剂种类 组分含量，%

NaCl KCl MgCl2 Na3AlF6 其它成分 适用的合金

覆盖剂 39 50 6.6 CaF2 4.4 Al-Cu系，Al-Cu-Mg 系,Al-Cu-Si 系Al-Cu-Mg-Zn 系 Na2CO385.CaF15 一般铝合金

50 50 一般铝合金

KCl,MgCl280 CaF220 Al-Mg系Al-Mg-Si 系合金

31 14 CaF210 CaCL244 Al-Mg系合金

8 67 CaF210,MgF215 Al-Mg系合金

精炼剂 25-35 40-50 18-26 除Al-Mg 系,Al-Mg-Si 系以外的其它合金

8 67 MgF215,CaF210 Al-Mg系合金

KCl,MgCl260,CaF240 Al-Mg系Al-Mg--Si 系合金

42 46 Bacl26 (2号熔剂) Al-Mg系合金

22 56 22 一般铝合金

50 35 15 一般铝合金

40 50 NaF10 一般铝合金

50 35 5 CaF210 一般铝合金

60 CaF220,NaF20 一般铝合金

36-45 50-55 3-7 CaF 21.5-4 一般铝合金

Na2SiF630-50,C2Cl650-70 一般铝合金

40.5 49.5 KF10 易拉罐合金

从上表中可以看出，有些熔剂组分的含量变化范围较大，可以根据实际情况来确定。首先要根据合金元素的含量来确定[8]，因为大多数铝合金中主要元素含量都可在一定范围内变化，其次要根据所除杂质成分及含量来确定。因此，使用厂家除使用熔剂厂生产的熔剂外，最好根据所熔炼铝合金的成分调正熔剂组分比例，以找出最佳熔剂组成。

综合以上各种熔剂不难看出，当要熔制的铝合金成分确定后，熔剂成分的设计首先是主要成分(如氯化物) 用量配比的选择，其次是添加组分(如氟化物) 的选择。熔剂配好后，最好是经熔炼、冷凝成块、再粉碎后使用，因为机械混合状态的效果不好。

3.2熔剂用量 ．

熔炼铝合金废料时，废料质量不同，覆盖剂及精炼剂的用量也不同。

3.2.1．主覆盖剂用量

a) 熔炼质量较好的废料，如块状料、管、片时覆盖剂用量(见表2) 。

表2 覆盖剂种类及用量

炉料及制品 覆盖剂用量(占投料量的%) 覆盖剂种类

电炉熔炼：一般制品特殊制品 0.4－0.5％0.5－0.6％ 普通粉状溶剂普通粉状溶剂 煤气炉熔炼：原铝锭废 料 1－2％2－4％ KC1:NaC1 按1:1混合 KC1:NaC1 按1:1混合

注：对高镁铝合金，应一律用不含钠盐的熔剂进行覆盖，避免和含钠的熔剂接触。

b) 熔炼质量较差的废料，如由锯、车、铣等工序下来的碎屑及熔炼扒渣等时，覆盖剂用量(见表3) 。

表3: 覆盖剂用量

类 别 用量(占投料量的%)

小碎片碎 屑号外渣子 6－810－1515－20

3．2．2精炼剂用量

不同铝合金、不同制品，精炼剂用量也各不相同(见表4) 。

表4 精炼剂用量

合金及制品 熔炼炉 静置炉

高镁合金 2号熔剂5-6kg/t 2号熔剂5-6kg/t

特殊制品除高镁合金 普通熔剂5-6kg/t 普通熔剂6-7kg/t

LT66、LT62、LG1、LG2、LG3、LG4 出炉时用普通熔剂、叠熔剂坝

其它合金 普通熔剂5-6kg/t

注：

①在潮湿地区和潮湿季节， 熔剂用量应有所增加

②对大规格的圆锭，其熔剂用量也应适当增加。

3.3熔剂使用方法

熔剂精炼法熔炼铝合金生产中常用以下几种方法：

①熔体在浇包内精炼。首先在浇包内放入一包熔剂，然后注入熔体，并充分搅拌，以增加二者的接触面积。

②熔体在感应炉内精炼。熔剂装入感应炉内，借助于感应磁场的搅拌作用使熔剂与熔体充分混合，达到精炼的目的。

③在浇包内或炉中用搅拌机精炼，使熔剂机械弥散于熔体中。

④熔体在磁场搅拌装置中精炼。，该法依靠电磁力的作用，向熔剂——金属界面连续不断地输送熔体，以达到铝熔体与熔剂间的活性接触，熔体旋转速度越高，其精炼效果越好。

⑤电熔剂精炼。此法是使熔体通过加有电场(在金属——熔剂界面上) 的熔剂层，进行连续精炼。

在这五种方法中，电熔剂精炼效果最好。