Плавление алюминия

 

Особенности плавления алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы обладают  значительной склонностью к поглощению газов, особенно при нагревании выше 800ᴼ. Взаимодействуя с атмосферой, они окисляются  с образованием  окиси  алюминия, которая может задерживаться в расплавленном металле. Кроме того, алюминиевые сплавы взаимодействуют с влагой,  которая может вноситься в плавку  с шихтой.  Вода вступает во  взаимодействие с алюминием по реакции.

3H2O+2Al        Al2O3+3H2;

При этом  выделяющийся водород растворяется в сплаве. Другие газы – окись углерода, углекислый газ, сернистый газ,- попадая  в металл, дают твердые продукты, которые могут оставаться в металле:

6Al+3CO      Al2O3+Al4C;

8Al+3CO      2Al2O3+Al4C;

6Al+SO2      2Al2O3+Al4S;

Все это приводит к ухудшению качества получаемых отливок. Большое значение для получения алюминиевых сплавов хорошего качества имеют температурный режим плавки. Алюминиевые сплавы не рекомендуется перегревать. Высокая температура  приводит к значительному  поглощению газов, которые,  растворяясь в сплаве, приводят к образованию окислов и других соединений, ухудшающих литейные и механические свойства сплава.

Даже при самом тщательном ведении плавки в алюминиевых  сплавах успевают  частично  раствориться  газы и окислы. Поэтому,  чтобы получить отливки хорошего качества, применяют  следующие  способы обработки алюминиевых сплавов;

  • Рафинирование сплава для удаления неметаллических включений, находящихся в сплаве во взвешенном состоянии;
  • Дегазацию сплава для удаления газов, находящихся в расплавленном металле;
  • Модифицирование сплава для получения более мелкой кристаллической структуры и повышения механических свойств сплаваю.

Во многих случаях процессы рафинирования и дегазации совмещаются и протекают одновременно.

Шихтовые материалы для плавления  алюминия

В состав плавки алюминиевых сплавов входят чистые металлы, первичные сплавы (силумины) и лигатуры.

В табл.1., приводится химический состав некоторых лигатур. При составлении шихты используются вторичные  алюминиевые  сплавы, а также отходы литейного производства  в виде  литников, выпоров, прибылей, сплесков, сливов, бракованных  отливок и т.п. Крупные отходы могут использоваться  без предварительной переплавки, но они должны быть хорошо очищены  от песка и не должны иметь  железных опилок, сеток, каркасов,  арматуры.

химический состав лигатур для алюминия

химический состав лигатур для алюминия

Мелкие отходы  целесообразно предварительно переплавлять  и рафинировать, после чего подвергать химическому анализу.

Количественное соотношение свежих и  оборотных материалов в шихте устанавливается отдельно для каждого сплава  в зависимости от его состава и наличия  исходных материалов. Шихту обычно составляют из 40-60% отходов и такого же  количества свежих материалов.

 Флюсы для плавления алюминиевых сплавов

При плавке алюминиевых сплавов и при переплавке отходов применяются различные флюсы. Для плавки алюминиевомагниевых сплавов АЛ8 и АЛ13 применяют флюсы следующего состава: 60% MgCl2 и 40 % NaCl  или 50% B2O3.

В отдельных случаях может применяться карналлит (MgCl2, KCl) с добавкой  к нему 5% CaF2. В качестве покровных флюсов  при плавке других  алюминиевых сплавов могут быть использованы флюсы следующего состава: 35% NaCl; 50%NaAlF6; 15% Na3CO3 или 15% CaF3; 85% CaCl2.

В табл. 2 приведены составы некоторых флюсов,  применяемых  при плавке алюминиевых сплавов.

составы флюсов для алюминия

составы флюсов для алюминия

Готовые флюсы должны храниться в сухом месте и плотно закрывающейся таре, так как хлористые соли обладают  повышенной гигроскопичностью. На практике часто  хранение флюсов производится в сушильных печах при температуре 150-200ᴼ.  При переплавке мелких отходов  и стружки расход флюсов  составляет 10-25% от веса  переплавленного металла.

Флюсы должны иметь температуру плавления около 500-600ᴼ и расплавляться раньше металла.

 

Материалы для рафинирования и дегазации алюминиевых сплавов  

Для рафинирования алюминиевых сплавов применяют газы (хлор и азот) и различные соли. Жидкий хлор доставляется в баллонах; содержание в нем влаги должно быть не более 0,5%. Газообразный азот также доставляется в баллонах.  При этом содержание азота должно быть не менее 99,8%,  содержание кислорода не должно быть выше 0,15% объема. Степень сжатия газа в баллоне  должна  быть не менее 150ат.

Расход хлора составляет 0,3 баллона на 1 т сплава. Продувка  азотом применяется реже, но газообразный азот  используется  для продувки хлорной магистрали и удаления остатков хлора из  трубопровода.

Средний расход азота составляет 0,2 баллона на 1 т сплава.

Из твердых солей для рафинирования применяют хлористый цинк(ZnCl2), хлористый бор (BCl2) и хлористый титан (TiCl4). В последнее время для обработки сплавов применяют  хлористые и  фтористые соли циркония.

Наибольшее применение в литейных цехах  находит  хлористый цинк. Содержание цинка в нем составляет 41,0%; железа не более 1,4%, металлических окислов (Fe2O3); Al2O3; CaO  и др.) не более 6,5%. Температура плавления  хлористого  цинка 365ᴼ; температура кипения 732ᴼ.

Все рафинирующие соли должны  применяться обязательно в обезвоженном состоянии. Хранить обезвоженные соли необходимо в закрытой таре или в термостате при температуре 110-120ᴼ.

При рафинировании сплавов обезвоженным хлористым цинком расход его  на 1 т сплава в среднем составляет  2 кг. Расход хлористого циркония (ZrCl2) и хлористого циркония (ZrF2) составляет 1% к весу обрабатываемого сплава. Циркониевые соли применяют для обработки алюминиевомагниевых сплавов АЛ8 и АЛ 13.

Материалы для модифицирования алюминиевых сплавов

Для модифицирования алюминиевых сплавов применяют металлический натрий в количестве 0,1% от веса сплава. Натрий имеет  удельный вес 0,97 и плавится при 97,7ᴼ.  При модифицировании натрий заворачивают  в алюминиевую фольгу и при помощи  колокольчика погружают  в сплав. Так как ввод натрия в сплав  сопровождается пироэффектом, для модифицирования в большинстве случаев пользуются солями натрия. Модификаторы могут составляться из двух, трех и более солей. Модификатор из двух солей имеет следующий состав:

Хлористый натрий                                     33,0 %

Фтористый                                                   67%

Модификатор и з трех солей имеет следующий состав:

Хлористый натрий                                     62,5%

Фтористый                                                   25,0%

Хлористый калий                                       12,5%

Модификаторы, так же как и флюсы можно применять только  после просушки при температуре 150-180ᴼ. Хранить модификаторы  следует  в закрытой таре в сухом месте. Средний расход модификатора обрабатываемого сплава составляет 2-2,5% . Модификаторы  могут применяться  в кусках в виде размолотого порошка и в жидком виде.

Плавка алюминиевых сплавов под слоем флюса

При плавке алюминиевых сплавов необходимо стремиться к тому, чтобы полсе расплавления  в сплаве было  растворено  минимальное количество  окислов алюминия. Это достигается путем  предварительной  дробеструйной очистки шихтовых материалов и рафинирования сплава при помощи флюсов. Флюсы засыпаются в разогретый  тигель или печь, затем  производится загрузка шихтовых материалов,  который сверху снова засыпают  флюсом с таким расчетом,  чтобы им был покрыт весь расплавленный металл. Расход флюсов при компактной шихте составляет 4-5% к весу металла; при мелкой некомпактной шихте 8-10% и при плавке стружки  — до 20-30%.

В в покровные флюсы для растворения окиси алюминия вводят криолит и фтористый натрий.

график плавки алюминия в тигельном горне

график плавки алюминия в тигельном горне

 

Источник: Литейные сплавы   П.П. Жевтунов.