Плавление алюминия

Table of Contents

Плавление алюминия, особенности плавления

Плавление алюминия, 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.

Плавление алюминия, шихтовые материалы

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

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

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.