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熔炼工艺基本知识的讲解

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熔炼工艺基本知识的讲解

熔炼基本知识的讲解

工艺操作规程：

概述

一、熔炼目的

熔炼的基本目的是，制造出化学成分符合要求，并且熔体纯洁度高的合金，为铸成各种形状的铸锭创造有利条件．具体说来有：

（1）为了获得化学成分均匀并且符合要求的合金

合金材料的组织和性能，除了工艺条件的影响而外，首先要靠化学成分来保证。

如果某一成分或杂质—旦超出标准，就要按化学成分废品处理，造成很大的损失。

很明显，控制好合金成分有着重要的意义，同时在合金成分范围内调整好一些元素的含量，可以大大减少铸造的裂纹废品。

（2）通过精炼以获得纯洁度高的合金熔体

冶炼厂供应的电解铝液或者回炉的废料，往往含有杂质、气体、氧化夹渣物，必须通过熔炼过程，藉助物理的或化学的精炼作用，以排除这些杂质、气体、氧化物等，以提高熔体金属的纯洁度。

（3）除上述目的外，熔铸车间还有将回收的废料复化的任务

这些回收的废料往往由于管理不严被混杂，成分不清，或者被油等杂物污染、或者是碎屑不能直接用于成品合金的生产，必须藉助熔炼过程（双室炉）以获得准确的化学成分，并铸成适用于再次入炉的铸锭。

二、熔炼炉的准备

为保证金属和合金的铸锭质量，并且要做到安全生产，事先对熔炼炉必需做好各项准备工作．这些工作包括烘炉，洗炉及清炉。

1．烘炉

凡新修或中修过的炉子，在进行生产前需要烘炉，以便清除炉中的湿气。

2．洗炉

实际生产中住往需要用一台炉子熔炼多种合金，由一种含金改为生产另一种合金时往往需要洗炉。

①洗炉的目的

洗炉就是将残留在熔池内各处的金属和炉渣清除出炉外，以免污染另一种合金，确保产品的化学成分。

另外对新修的炉子，可减少非金属夹杂物。

②洗炉原则

1）新修，中修和大修后的炉子生产前应进行洗炉；

2）长期停歇的炉子可以根据炉内清洁情况和要熔化的合金制品来决定是否需要冼炉；

3）前一炉的合金元素为后一炉的杂质时应该洗炉；

4）由杂质高的合金转换熔炼纯度高的合金时需要洗炉．

③洗炉时用料原则

1）向高纯度和特殊合金转换时，必须用100％的原铝或者铝锭；

2）新炉开炉，一般合金转换时，可采用原铝锭或纯铝的一级废料；

3）中修或长期停炉后，如单纯为清洗炉内脏物，可用纯铝或一级废料进行；

4）洗炉时洗炉料用量不得少于炉子容量的40％。

④洗炉时的要求

1）装洗炉料前和洗炉后都必须放干，大清炉；

2）洗炉时的熔体温度控制在800-850℃，在达到此温度时，应彻底搅拌熔体，其次数不少于三次，每次搅拌间隔时间半小时。

3．清炉

清炉就是将炉内残存的结渣彻底清除炉外。

每当金属出炉后，都要进行一次清炉．当合金转换，一般制品连续生产5-15炉，特殊制品每生产一炉，都要进行大清炉。

大清炉时，应先均匀向炉内撒入一层粉状熔剂，并将炉膛温度升至800℃以上，然后用三角铲将炉内各处残存的结渣彻底清除。

三、熔炼工艺流程和操作

熔炼时要控制好合金成分，除了采用措施控制烧损以外，还要做好几项工作，原材料的检查，合理的加料顺序，做好炉前的成分分析和调整等。

1.检查原材料

炉料配到熔炼加料点，由于配料计算，称重及吊运等都可能发生差错，甚至还可能出现缺料或多料的情况。

如果不进行检查，就可能使合金元素的含量超出或低于控制成分所要求的范围，甚至造成整炉的化学成分不符的废品。

因此对原材料的检查这一工作是熔炼生产时的重要工序之一。

1）清洁无腐蚀

所配入的原材料要求表面清洁无腐蚀，炉料要做到三无（无灰，无油污、无水），否则将会影响合金熔体的纯洁度。

2）成分符合要求

如果原材料的成分不符合要求，就会直接影响合金成分的控制．为此：

①对于无印记、或印记不清的炉料，在未确定成分前严禁入炉；

②对于中间合金应有成分分析单，或标明炉号熔次，否则不准入炉；

③另外，加工方法和材料的供应状态不同，对成分的要求也就不同。

3）重量要准确

原材料的重量准确与否，不但影响合金的成分，而且影响铸锭的尺寸。

因此在检查原材料时对这一工作也不可忽视。

2．装炉

熔炼时装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间，金属的烧损，热能消耗还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。

1）装炉料顺序应合理

正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到熔化速度快，烧损少，以及化学成分的控制。

通常，装料顺序可按下述原则进行。

装炉时，先装小块或薄板废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。

熔点低的中间合金装在下层，高熔点的中间合金装在最上层，所装入的炉料应当在炉膛中均匀分布，防止偏重。

小块或薄板料装在下层，这样可减少烧损，同时还可保护炉底免受大块料的直接冲击。

有的中间合金熔点高，如A1-Ni和A1-Mn合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散，使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。

炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。

炉料应尽量一次入炉，多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。

2）特殊制品（重要制品）的炉料除上述的装炉要求外，在装炉前必须向炉内撒一定量的粉状熔剂，这可提高炉体的纯洁度，也可减少烧损。

3．熔化

炉料装完后即可升温度熔化．熔化是从固态转度为液态的过程。

这一过程的好坏，对产品质量有重大影响。

1）覆盖剂（我公司没有）

熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料上部熔化以后，金属外层表面所复盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。

气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。

并且已熔化的液滴或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来的液体中时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。

所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体中的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撇上一层粉状熔剂覆盖。

这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。

覆盖剂用量为炉料量的0.4-0.6%。

2）加锌

当炉料熔化一部份以后，即可向液体中均匀加入锌锭，以熔池中的熔体刚好能淹没锌锭为宜。

3）搅动熔体

熔化过程中应注意防止熔体过热。

炉内的金属熔化，主要是靠火焰的辐射及炉壁传热，在上层炉料熔化后，下层炉料的受热主要靠上层高温炉料通过传导方式进行，此时热量由上层传递到下层进行的特别慢。

此时上层金属在高温度下容易产生局部过热。

当炉料化平之后，应适当搅动熔休，以使熔池里各处温度均匀，同时也利于加速熔化。

4.扒渣与搅拌

当炉料在熔池里已充分熔化，并且熔体温度达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。

1）扒渣

扒渣前应先向熔体上均匀撤入粉状熔剂，使渣冲与金属分离，有利于扒渣，可以少带出金属。

（为什么我公司不使用打渣剂？

仅仅是污染的原因？

）

扒渣操作要求平稳，防止渣滓卷入熔体内；扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。

2）加镁

扒渣后便可向熔体内加入镁锭，同时要用2#粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损。

添加镁锭的铝液温度控制应在750-755℃之间，温度低镁锭吸收不良，铝液因加入镁锭不在升温，导致铝液温度过低。

温度高则造成镁锭燃烧，烧损过大。

添加镁锭是注意，计算出镁锭的重量后，预留500-1000KG作为第二次加入。

3）搅拌

在取样之前，以及在补料后，都应当及时地进行搅拌。

其目的在于使合金成分均匀分布和熔体温度趋于一致。

这看来似乎是一种极简单的操作，但是在工艺过程中是很重要的工序。

它关系到合金成分是否能获得准确的控制。

一些比重较大的合金元素容易沉底，另外合金元素的加入不可能绝对均匀，这就造成了熔体上下层之间，炉内各区域之间合金元素的分布不均匀。

如果搅拌不彻底（没有保证足够长的时间和消灭死角），容易造成熔体化学成分不均匀。

就是取样成分不具有代表性，结果就是造成误导，导致后续生产出现一系列成分问题，且原因查找困难。

搅拌应当平稳进行，不应激起太大的波浪，以减少氧化夹杂卷入熔体中的机率。

5．调整成分

在熔炼过程中，由于各种原因可能会使合金成分发生改变，这种改变可能使熔体的真实成分与配料计算值发生较大的偏差。

因而须在炉料熔化后，取样进行快速分析，以便根据分析结果确定是否需要调整成分。

1）取样

熔体溶化经充分搅拌之后要进行取样预分析，确定熔体中杂质元素未超出控制要求。

取样时的炉内熔体温度不应低于熔炼温度中限。

（取样温度要在730℃以上）

取样部位要有代表性，一般在二分之一熔体的中心部位取两组试样．取样前试样勺要进行预热。

2）添加合金

添加合金要注意的几点：

1、铝液温度适合（740-745℃）

2、注意添加合金干燥、清洁、无水分、油污、泥土、霜雪等杂物。

3、注意添加合金的种类准确，不要混淆误加。

4、注意重量的核对无误。

3）成分调整（成分调整的公式是什么？

）

当分析结果和要求成分不相符时，就应调整成分-补料，或冲淡。

调整成分是为了保证合金的化学成分在规定的标准之内，避免由于主要的合金成分超出内部标准范围而降低合金的工艺性能和最终制品性能。

调整组元及杂质的配比，也可以改善合金的铸造性能。

①补料

分析结果低于合金要求的化学成分时就需要补料。

②冲淡

分析结果高于标准的化学成分上限时就需要冲淡。

配料加入量：

Q（kg）=（A-B）÷（C-A）×W

式中：

Q—需要配入的中间合金或金属添加剂的重量

A—要求达到的某元素含量百分比

B—原铝液与重熔用铝锭中该元素的百分比

C—配料用中间合金或金属添加剂中该元素的百分比

W—原铝液重量（包括重熔用铝锭）

为防止配料化学成分出现偏差，在配料计算时不允许按成分要求的上限下限配料，一般按中限配料，易燃、易烧损的原料可按中上限计算配料。

③调整成分时应注意的事项

若发现分析结果与实际相差太大，或有些值得怀疑之处，则应分析产生偏差的原因，如不加分析就进行补料，则会造成大量的成炉化学成分不符废品。

因此冲淡补料不仅仅是一个计算过程，而且还应注意以下几个方面。

a试样有无代表性

取样是否准确，能否有代表性，对合金成分的控制有直接的影响．要做到取样准确，而且有代表性，必须注意取样时熔体的温度和取样的部位。

试样无代表性是因为，某些元素比重较大，溶解扩散速度慢，或易于偏析分层．故取样前应充分搅拌，以均匀其成分，由于熔池表面温度高，炉底温度低，取样前要多次搅拌，每次搅拌时间不得少于五分钟。

b取样部位和操作方法要合理

由于熔池大，尽管取样前进行多次搅拌，熔池内各部位的成分仍然有一定的偏差，因此试样应在熔池中部最深部位的二分之一处取出。

取样前应将试样模充分加热干燥，取样时操作方法该正确，使试样符合要求，否则试样有气孔，夹渣或不合要求，都会给快速分析带来一定的误差。

c取样时温度要适当

某些比重大的元素，它的溶解扩散速度随着温度的升高而加快。

如果取样前熔体温度较低，虽然经过多次搅拌，其溶解扩散速度仍然缓慢，此时取出的试样仍缺乏代表性，因此取样前应控制熔体温度适当高些。

一般来说，取样时的温度不能低于熔炼温度的下限，Cu，Zn和Mn作为主要合金元素加入的合金取样温度就要高些，其部位应在熔池的中心。

d补料和冲淡时一般用中间合金，避免使用熔点较高和较难熔化的新金属。

e补料量或冲淡量在保证合金元素要求的前提下应越少越好，且冲淡时应考虑熔炼炉的容量和是否便于冲淡的有关操作．

f冲淡量如果在较多的情况下，还应补入其他合金元素，使这些合金元素的含量不低于它们所要求的化学成分．

6．倒炉

a.倒炉前准备齐全倒炉工具（预热干燥），并且做好倒炉后需要堵炉眼的工具（附有岩棉的塞子套）。

b.溜槽清理干净无杂物，检查保温炉如铝口是否顺畅，无堵塞。

c.检查劳保用品是否穿戴齐全。

d.进行倒炉作业。

e.严格来讲不允许在倒炉过程中进行补加合金，容易发生安全事故。

7.清炉

倒完炉后，需要对熔炼炉进行清炉，使用扒渣车对炉内进行刮渣清理。

需要大清炉是采用大清炉作业。

8.精炼

工业生产的铝合金绝大多数在熔炼时都要有精炼过程，其目的是为了提高熔体的纯洁度。

这些精炼方法可分为两类：

即气体精炼法和熔剂精炼法。

我公司采用的是气体精炼法。

1）精炼温度

熔体粘度越高，则去气除渣越困难。

而粘度决定于温度和化学成分，提高熔体温度会促使粘度降低。

一定成分的合金其温度越低，则粘度也就越大。

为此精炼温度应适当高些。

但是精炼温度过高又会造成吸气量的增加和晶粒粗化。

熔体精炼温度应控制在铸造温度上限加10～20℃范围内。

2）精炼剂的质量和用量

用气体精炼时精炼时间长，除气效果要好。

精炼熔剂的质量对精炼效果的影响很大，使用高质量的精炼剂进行精炼，可以大降低熔体的氢含量。

而精炼气体的质量，尤其是精炼气体内的水氧含量，对精炼效果的影响也是非常大的。

如果精炼气体质量不佳，精炼效果会大打折扣，严重时也可能产生负面的影响，即精炼不但没能除气，反而会增加熔体中的氢含量。

另外，精炼时间或精炼剂的用量，也是一个重要参数。

（精炼过剩的后果是什么？

）造成渣含量过多主要成分为氯化物。

主要是除碱金属，精炼过剩只能跟其他元素反应。

3）熔体静置时间

熔体静置时间对去气除渣的影响，对于铝合金来说，是一个不可忽视的因素。

因为处在熔休中的非金属夹杂物，一般其颗粒度都很小。

其分散程度也较高,在吸附造渣能力强的熔剂的作用下，尺寸较大及比重差较大的夹渣，容易上浮或下沉，然而尺寸较小或比重差较小的夹渣，它们的上浮或下沉则需要一定的时间。

熔体精炼后到铸造开始的时间，成熔体为静置时间。

熔体静置时间的规定如下：

（1）对于非双零箔和非罐体料用途的普通制品：

≥20分钟。

（2）对于双零箔和罐体料用途的制品：

≥30分钟。

炉内静置时间与夹杂的关系（LIMCA测量结果）

4）精炼操作

执行精炼操作规程。

废料分级的标准

第一级

1．报废的铸锭及毛料

2．铸锭的切头切尾

3．铸锭的低倍试片

4．干燥的放干料和清理铸造工具时大块金属

5．包铝板的压延废料

6.厚度为1.0毫米以上的废料板材的切头切尾

7．5毫米以上厚板拉伸试样余料．

8．5毫米以上厚板的切边料

第二级

1．厚度小于1.0毫米板材废品及切头切尾

2．热压时撕下来的包铝边

2．所有板材的碎边料

4．软硬片精整试样长度小于300毫米之余料

5．被油污，泥土弄脏的所有一级废料

第三级

1．熔铸过程中扒渣中的金属，流盘倒出的金属

2．化学成分分析用的试样

3．锯床，车床，铣床、刨床的加工碎屑

4．所有被油污，泥土弄脏的二级料

第四级

1．不能分开的混合废料

2．掏铸造井时的掏井渣

3．打扫工作场地时的回收金属