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鋁合金熔體的熔劑精煉
來源:中國鋁材信息網(wǎng) 發(fā)布時間:2007/11/28 10:13:42
  本文介紹了熔劑精煉在鋁合金熔體凈化過程中的作用,熔劑的分類和要求,常用熔劑的組成,適用范圍及使用方法等。
  在鋁及鋁合金熔煉過程中,氫及氧化夾雜是污染鋁熔體的主要物質(zhì)。鋁極易與氧生成A1202或次氧化鋁(Al2O及A10).同時也極易吸收氣體(H)其含量占鋁熔體中氣體總量的70—90%,而鑄造鋁合金中的主要缺陷——氣孔和夾渣,就是由于殘留在合金中的氣體和氧化物等固體顆粒造成的。因此,要獲得高質(zhì)量的熔體,不僅要選擇正確合理的熔煉工藝,而且熔體的精煉凈化處理也是很重要的。
  鋁及鋁合金熔體的精煉凈化方法較多,主要有浮游法、熔劑精煉法、熔體過濾法、真空法和聯(lián)合法。本文介紹熔劑精煉法在鋁合金熔煉中的應(yīng)用。
  1 熔劑的作用
  鹽熔劑廣泛地用于原鋁和再生鋁的生產(chǎn),以提高熔體質(zhì)量和金屬鋁的回收率[1。2]。熔劑的作用有四個:其一,改變鋁熔體對氧化物(氧化鋁)的潤濕性,使鋁熔體易于與氧化物(氧化鋁)分離,從而使氧化物(氧化鋁)大部分進入熔劑中而減少了熔體中的氧化物的含量。其二,熔劑能改變?nèi)垠w表面氧化膜的狀態(tài)。這是因為它能使熔體表面上那層堅固致密的氧化膜破碎成為細小顆粒,因而有利于熔體中的氫從氧化膜層的顆粒空隙中透過逸出,進入大氣中。其三,熔劑層的存在,能隔絕大氣中水蒸氣與鋁熔體的接觸,使氫難以進入鋁熔體中,同時能防止熔體氧化燒損。其四,熔劑能吸附鋁熔體中的氧化物,使熔體得以凈化??傊?,熔劑精煉的除去夾雜物作用主要是通過與熔體中的氧化膜及非金屬夾雜物發(fā)生吸附,溶解和化學(xué)作用來實現(xiàn)的。
  2 熔劑的分類和選擇
  2.1熔劑的分類和要求
  鋁合金熔煉中使用的熔劑種類很多,可分為覆蓋劑(防止熔體氧化燒損及吸氣的熔劑)和精煉劑(除氣、除夾雜物的熔劑)兩大類,不同的鋁合金所用的覆蓋劑和精煉劑不同。但是,鋁合金熔煉過程中使用的任何熔劑,必須符合下列條件[3。8]。
 ?、偃埸c應(yīng)低于鋁合金的熔化溫度。
 ?、诒戎貞?yīng)小于鋁合金的比重。
  ⑧能吸附、溶解熔體中的夾雜物,并能從熔體中將氣體排除。
 ?、懿粦?yīng)與金屬及爐襯起化學(xué)作用,如果與金屬起作用時,應(yīng)只能產(chǎn)生不溶于金屬的惰性氣體,且熔劑應(yīng)不溶于熔體金屬中。
 ?、菸鼭裥砸?,蒸發(fā)壓要低。
 ?、薏粦?yīng)含有或產(chǎn)生有害雜質(zhì)及氣體。
 ?、咭羞m當?shù)恼扯燃傲鲃有浴?/DIV>
 ?、嘀圃旆奖悖簝r格便宜。
  2.2熔劑的成分及熔鹽酌作用
  鋁合金用熔劑一般由堿金屬及堿土金屬的氯化物及氟化物組成,其主要成分是KCl、NaCl、NaF.CaF,.、Na3A1F6、Na2SiF6等。熔劑的物理、化學(xué)性能(熔點、密度、粘度、揮發(fā)性、吸濕性以及與氧化物的界面作用等)對精煉效果起決定性作用。
  2.2.1。氯鹽:氯鹽是鋁合金熔劑中最常見的基本組元,而45%NaCl+55%KCl的混合鹽應(yīng)用最廣。由于它們對固態(tài)Al2O3,夾雜物和氧化膜有很強的浸潤能力(與Al2O3,的潤濕角為20多度)且在熔煉溫度下NaCl和KCl的比重只有1。55g/cm3和l。50g/cm3,顯著小于鋁熔體的比重,故能很好地鋪展在鋁熔體表面,破碎和吸附熔體表面的氧化膜。但僅含氯鹽的熔劑,破碎和吸附過程進行得緩慢,必須進行人工攪拌以加速上述過程的進行。 氯化物的表面張力小,潤濕性好,適于作覆蓋劑,其中具有分子晶型的氯鹽如CCl4
  ,SiCl4,A1C13,等可單獨作為凈化劑,而具有離子晶型的氯鹽如LiCl、NaCl毛KCl、MgC12:等適于作混合鹽熔劑。
  2。2.2.氟鹽:在氯鹽混合物中加入NaF.Na3A1F6、CaF2。等少量氟鹽,主要起精煉作用,如吸附、溶解Al2O3,。氟鹽還能有效地去除熔體表面的氧化膜,提高除氣效果。這是因為:a)氟鹽可與鋁熔體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氣態(tài)的A1F,、SiF4,、BF3,等,它們以機械作用促使氧化膜與鋁熔體分離,并將氧化膜擠破,推入熔劑中;
  b)在發(fā)生上述反應(yīng)的界面上產(chǎn)生的電流亦使氧化膜受“沖刷”而破碎。因此,氟鹽的存在使鋁熔體表面的氧化膜的破壞過程顯著加速,熔體中的氫就能較方便的逸出;c)氟鹽(特別是CaF2:)能增大混合熔鹽的表面張力,使已吸附氧化物的熔鹽球狀化,便于與熔體分離,減少固熔渣夾裹鋁而造成的損耗, 而且由于熔劑——熔體表面張力的提高,加速了熔劑吸附夾雜的過程。
  3鋁合金熔煉中常用熔劑
  熔劑精煉法對排出非金屬夾雜物有很好的效果,但是清除熔體中非金屬夾雜物的凈化程度,除與熔劑的物理、化學(xué)性能有關(guān)外,在很大程度上還取決于精煉工藝條件,如熔劑的用量,熔劑與熔體的接觸時間、接觸面積、攪拌情況、溫度等。
  3.1常用熔劑
  為精煉鋁合金熔體,人們已研制出上百種熔劑,以鈉、鉀為基的氯化物熔劑應(yīng)
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