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鑄鋁過程中的熔鋁和清化

2022-07-22 11:12:06來源:

在轉(zhuǎn)子鑄鋁的過程中,鋁液的質(zhì)量直接影響著鑄鋁的質(zhì)量,所以在鑄鋁過程中需要注意對(duì)鋁的融化、清化做好做好管控,只有控制好原料的質(zhì)量才能保證鑄鋁的質(zhì)量,主要從以下四方面進(jìn)行。

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1.熔鋁坩堝的處理

熔鋁坩堝使用前處理的好壞,對(duì)鋁液質(zhì)量有很大影響。石墨坩堝不溶于鋁液,所得到的鋁液比較純凈,質(zhì)量好。但石墨坩堝成本高,容積較小,不夠堅(jiān)固,容易損壞,使用前處理比較麻煩,所以逐漸被鑄鐵坩堝所代替。第一次使用的石墨坩堝在使用時(shí)必須按石墨坩堝的使用規(guī)范要求進(jìn)行操作,否則容易影響石墨坩堝的壽命,同時(shí)石墨坩堝在使用一段時(shí)間后需要及時(shí)進(jìn)行評(píng)估,避免開裂導(dǎo)致熔鋁爐損壞。

鑄鐵坩堝的厚度一般約30mm。由于鐵在高溫下溶于鋁液,所以鑄鐵坩堝使用前也必須進(jìn)行處理。處理方法是預(yù)先用鋼絲刷將鑄鐵坩堝刷凈,然后將鑄鐵坩堝加熱到150~200℃,刷一層涂料,涂料跟專業(yè)的處理單位購買,涂刷厚度為0.3~0.5mm,一次刷不上時(shí)可分幾次加熱,幾次涂刷,刷上涂料,冷卻到室溫后就可以使用。但為了保證鑄鐵坩堝的壽命以后每熔一次鋁,要刷一次涂料。

2.鋁的溶化

預(yù)烘,先將鋁塊預(yù)熱,去除鋁錠中的水分;后邊待坩堝加熱到發(fā)暗紅后,分多次加入預(yù)熱的鋁錠。鋁的熔點(diǎn)是659℃。鋁的熔化過程與周圍介質(zhì)(如鑄鐵坩堝、工具等)及空氣相互作用,主要有: 

與O2作用:4A1+302→2Al2O3

與H2O作用:2A1+3H20→Al2O3+3H2

與CO作用:6A1+3CO→Al2O3+Al4C3

與CO2作用:2Al+3CO2→Al2O3+3CO

通過上述的化學(xué)方程式中看出,鋁在熔化過程中的氧化燒損是很劇烈的。當(dāng)鋁液與水蒸氣接觸時(shí),一方面生成氧化鋁(Al2O3)渣滓,另一方面分解出氫氣(H2),同時(shí)氫也滲入鋁液中。含有氣體的鋁液澆注出來的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不好,因?yàn)殇X液在凝結(jié)時(shí)氣體被分離出來,但又跑不出來,只能留在鑄件內(nèi)造成氣扎。鋁在熔化過程中的氣體吸收量隨著溫度的升高而增加。當(dāng)鋁液溫度高于800℃時(shí),上述作用加劇,同時(shí)鋁的結(jié)晶變粗,組織疏松,機(jī)械強(qiáng)度下降,凝固時(shí)體積收縮,容易產(chǎn)生裂紋。因此,一般控制鋁液溫度不超過800℃,而以在740°~760°較為適宜。另一方面,鋁液溫度也不能太低,太低了,鋁液的流動(dòng)性不好,容易使風(fēng)葉和平衡柱澆不滿。

鋁液的溫度用熱電偶溫度計(jì)來測(cè)量,毫伏表的精度等級(jí)不低于4級(jí),測(cè)溫范圍為0~1000℃。熱電偶在插入鋁液之前,應(yīng)在保溫管外涂上一層涂料,而且要預(yù)熱到200~300℃,避免保護(hù)管突然受高溫而損壞。目前的很多熔鋁設(shè)備都能時(shí)刻控制熔鋁鋁液的溫度、保溫的溫度等,可以有效的提升熔鋁的質(zhì)量。

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3.鋁液的清化除渣

鋁液很容易氧化,在液面生成一層氧化鋁(Al2O3)薄膜,它具有良好的保護(hù)作用,能夠防止氧化作用繼續(xù)進(jìn)行,也能防止氣體進(jìn)入鋁液中。但是,當(dāng)用盛鋁桶盛取鋁液時(shí),氧化鋁很容易集結(jié)成塊混到鋁液中去,而鋁液表面又生成一層氧化鋁膜。Al2O3。的密度(約3.95~4.10)大于鋁的密度(2.3),溶點(diǎn)很高(2050℃),一旦混入鋁液中,就不再浮出來,也不溶于鋁液,而是成顆粒狀存在于鋁液中。它不僅降低了鋁液的流動(dòng)性,而且增大了鋁的電阻率,影響鑄鋁質(zhì)量。為了避免上述現(xiàn)象,一方面,鋁液保溫時(shí)不要隨便破壞鋁液表面的氧化層,而在澆注取鋁液時(shí),注意不要把氧化膜打進(jìn)鋁液里去;另一方面,在鑄鋁之前,鋁液必須進(jìn)行清化處理,即加入適量的清化劑除去鋁液中的氣體和氧化物等雜質(zhì)。

常用清化劑為氯化鈉、氯化銨、氯化鋅等氯化物。如用焙干的氯化鈉,其加入量為鋁液的0.1%~0.5%;如用焙干的氯化銨,其加入量為鋁液的0.02%~0.03%。清化處理時(shí),將焙干好的氯化物置于鐘罩形的下沉工具內(nèi),沉入鋁液底部,攪動(dòng),有氣泡沸出,待氣泡全部跑光,取出沉入罩,用勺子清除液面渣滓,靜置5min,就可以澆注了。

清化后的鋁液,不允許用勺子攪動(dòng)表面。如果擱置時(shí)間過長(zhǎng),還應(yīng)該進(jìn)行第二次清化處理。

清化處理的原理,主要是將氯化物加入鋁液后,通過置換反應(yīng),生成氯化鋁(AlCl3)。例如:

加氯化鈉(NaCl):6NaCl+Al2O3→3Na20+2AICl3↑

加氯化鋅(ZnCl3):ZnCl2+2Al→3Zn+2AlCl3↑

氯化鋁的沸點(diǎn)是183℃,在鋁液中由于氯化鋁的“升華”作用,立即以氣泡形式升到液面而透出。由于氣泡的作用,鋁液中的氫會(huì)自動(dòng)擴(kuò)散到氯化鋁中去,并隨著氣泡的上升而逸出液面,從而達(dá)到除氣的作用。氯鹽與氧化鋁作用生成氯化鋁,氯化鋁的 “升華” 使這些氧化物得以借翻騰的氣泡而浮于液面,從而宜于除渣。

在進(jìn)行清化處理時(shí),鋁液的溫度應(yīng)該很好地控制。鋁液溫度太高,熔渣過于稀薄,無法除盡;鋁液溫度太低,粘度大,去氣效果不好,一般控制在720~750℃。

清化處理時(shí),在坩堝上方應(yīng)設(shè)抽風(fēng)裝置,以防止鋁液逸出的有害氣體危害工人身體健康。

4.鋁液的清化除氣

由于鋁液在熔化過程中會(huì)與周圍的空氣發(fā)生反應(yīng),同時(shí)隨著溫度的升高鋁在熔化過程中的氣體吸收量隨著溫度的升高而增加,所以需要對(duì)鋁液進(jìn)行除氣,確保鋁液的純度,減少鋁液的結(jié)晶;常規(guī)會(huì)采用專用的鋁液除氣機(jī)進(jìn)行除氣,除氣機(jī)的主要工作原理:機(jī)器工作中旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子將吹入鋁液中的惰性氣體(氬氣或氮?dú)猓┢扑槌纱罅康膹浬馀?,并使其分散在鋁液中;氣泡在鋁液中靠氣體分壓差和表面吸附原理,吸收鋁液中的氫,吸附氧化夾渣,并隨氣泡上升而被帶出鋁液表面,使鋁液得以凈化;由于氣泡細(xì)小彌散,與旋轉(zhuǎn)熔液均勻混合中,并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)呈螺旋形緩慢上浮,與鋁液接觸時(shí)不會(huì)形成連續(xù)直線上升產(chǎn)生的氣流,從而顯著提高了凈化效果。氬氣和氮?dú)舛伎梢宰鳛閷?duì)鋁液進(jìn)行除氣除渣的氣體。惰性氣體純度須在99.95%以上。通過除氣可以確保鋁液的質(zhì)量,進(jìn)而保證鑄鋁轉(zhuǎn)子的壓鑄質(zhì)量。