鋁合金熔體的熔劑精煉 船用鋁板
本文介紹了熔劑精煉在鋁合金熔體凈化過(guò)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(guò)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(shí)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(guò)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(gè)：其一，改變鋁熔體對(duì)氧化物（氧化鋁）的潤(rùn)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(jìn)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?yàn)樗苁谷垠w表面上那層堅(jiān)固致密的氧化膜破碎成為細(xì)小顆粒，因而有利于熔體中的氫從氧化膜層的顆?？障吨型高^(guò)逸出，進(jìn)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(jìn)入鋁熔體中，同時(shí)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。總之，熔劑精煉的除去夾雜物作用主要是通過(guò)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(lái)實(shí)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(guò)程中使用的任何熔劑，必須符合下列條件[3。8]。
①熔點(diǎn)應(yīng)低于鋁合金的熔化溫度。
?、诒戎貞?yīng)小于鋁合金的比重。
?、嗄芪?、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(shí)，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。舭l(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(dāng)?shù)恼扯燃傲鲃?dòng)性。
?、嘀圃旆奖悖簝r(jià)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(diǎn)、密度、粘度、揮發(fā)性、吸濕性以及與氧化物的界面作用等）對(duì)精煉效果起決定性作用。
2．2．1。氯鹽：氯鹽是鋁合金熔劑中較常見(jiàn)的基本組元，而45％NaCl+55％KCl的混合鹽應(yīng)用較廣。由于它們對(duì)固態(tài)Al2O3，夾雜物和氧化膜有很強(qiáng)的浸潤(rùn)能力（與Al2O3，的潤(rùn)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(guò)程進(jìn)行得緩慢，必須進(jìn)行人工攪拌以加速上述過(guò)程的進(jìn)行。 氯化物的表面張力小，潤(rùn)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(dú)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?yàn)椋篴）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(jī)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(guò)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(guò)程。
3鋁合金熔煉中常用熔劑
熔劑精煉法對(duì)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(shí)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)用較廣。對(duì)含鎂量低的鋁合金廣泛采用以鈉鉀為基的氯化物精煉劑，含鎂量高的鋁合金為避免鈉脆性則采用不含鈉的以光鹵石為基的精煉熔劑。
鋁合金熔煉過(guò)程中常用熔劑的成分及作用如表1（4-7）。
表1 常用熔劑的成分及應(yīng)用
溶劑種類 組分含量，%
NaCl KCl MgCl2 Na3AlF6 其它成分 適用的合金
覆蓋劑 39 50 6。6 CaF2 4。4 Al-Cu系，Al-Cu-Mg
系，Al-Cu-Si系A(chǔ)l-Cu-Mg-Zn系
Na2CO385。CaF15 一般鋁合金
50 50 一般鋁合金
KCl，MgCl280 CaF220 Al-Mg系A(chǔ)l-Mg-Si系合金
31 14 CaF210 CaCL244 Al-Mg系合金
8 67 CaF210，MgF215 Al-Mg系合金
精煉劑 25-35 40-50 18-26 除Al-Mg系，Al-Mg-Si系以外的其它合金
8 67 MgF215，CaF210 Al-Mg系合金
KCl，MgCl260，CaF240 Al-Mg系A(chǔ)l-Mg--Si系合金
42 46 Bacl26 （2號(hào)熔劑） Al-Mg系合金
22 56 22 一般鋁合金
50 35 15 一般鋁合金
40 50 NaF10 一般鋁合金
50 35 5 CaF210 一般鋁合金
60 CaF220，NaF20 一般鋁合金
36-45 50-55 3-7 CaF 21。5-4 一般鋁合金
Na2SiF630-50，C2Cl650-70 一般鋁合金
40。5 49。5 KF10 易拉罐合金
從上表中可以看出，有些熔劑組分的含量變化范圍較大，可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。首先要根據(jù)合金元素的含量來(lái)確定[8]，因?yàn)榇蠖鄶?shù)鋁合金中主要元素含量都可在一定范圍內(nèi)變化，其次要根據(jù)所除雜質(zhì)成分及含量來(lái)確定。因此，使用廠家除使用熔劑廠生產(chǎn)的熔劑外，較好根據(jù)所熔煉鋁合金的成分調(diào)正熔劑組分比例，以找出較佳熔劑組成。
綜合以上各種熔劑不難看出，當(dāng)要熔制的鋁合金成分確定后，熔劑成分的設(shè)計(jì)首先是主要成分（如氯化物）用量配比的選擇，其次是添加組分（如氟化物）的選擇。熔劑配好后，較好是經(jīng)熔煉、冷凝成塊、再粉碎后使用，因?yàn)闄C(jī)械混合狀態(tài)的效果不好。
3。2熔劑用量 ．
熔煉鋁合金廢料時(shí)，廢料質(zhì)量不同，覆蓋劑及精煉劑的用量也不同。
3。2。1．主覆蓋劑用量
a）熔煉質(zhì)量較好的廢料，如塊狀料、管、片時(shí)覆蓋劑用量（見(jiàn)表2）。表2 覆蓋劑種類及用量爐料及制品 覆蓋劑用量（占投料量的%） 覆蓋劑種類電爐熔煉：一般制品特殊制品 0。4－0。5％0。5－0。6％ 普通粉狀溶劑普通粉狀溶劑煤氣爐熔煉：原鋁錠廢 料 1－2％2－4％ KC1：NaC1 按1：1混合KC1：NaC1 按1：1混合
注：對(duì)高鎂鋁合金，應(yīng)一律用不含鈉鹽的熔劑進(jìn)行覆蓋，避免和含鈉的熔劑接觸。
b）熔煉質(zhì)量較差的廢料，如由鋸、車、銑等工序下來(lái)的碎屑及熔煉扒渣等時(shí)，覆蓋劑用量（見(jiàn)表3）。
表3： 覆蓋劑用量
類 別 用量（占投料量的%）
小碎片碎 屑號(hào)外渣子 6－810－1515－20
3．2．2精煉劑用量
不同鋁合金、不同制品，精煉劑用量也各不相同（見(jiàn)表4）。
表4 精煉劑用量
高鎂合金 2號(hào)熔劑5-6kg/t 2號(hào)熔劑5-6kg/t
特殊制品除高鎂合金 普通熔劑5-6kg/t 普通熔劑6-7kg/t
LT66、LT62、LG1、LG2、LG3、LG4 出爐時(shí)用普通熔劑、疊熔劑壩
其它合金 普通熔劑5-6kg/t
注：①在潮濕地區(qū)和潮濕季節(jié)， 熔劑用量應(yīng)有所增加
②對(duì)大規(guī)格的圓錠，其熔劑用量也應(yīng)適當(dāng)增加。
3。3熔劑使用方法
熔劑精煉法熔煉鋁合金生產(chǎn)中常用以下幾種方法
?、偃垠w在澆包內(nèi)精煉。首先在澆包內(nèi)放入一包熔劑，然后注入熔體，并充分?jǐn)嚢?，以增加二者的接觸面積。
?、谌垠w在感應(yīng)爐內(nèi)精煉。熔劑裝入感應(yīng)爐內(nèi)，借助于感應(yīng)磁場(chǎng)的攪拌作用使熔劑與熔體充分混合，達(dá)到精煉的目的。
?、墼跐舶鼉?nèi)或爐中用攪拌機(jī)精煉，使熔劑機(jī)械彌散于熔體中。
?、苋垠w在磁場(chǎng)攪拌裝置中精煉。，該法依靠電磁力的作用，向熔劑——金屬界面連續(xù)不斷地輸送熔體，以達(dá)到鋁熔體與熔劑間的活性接觸，熔體旋轉(zhuǎn)速度越高，其精煉效果越好。 ⑤電熔劑精煉。此法是使熔體通過(guò)加有電場(chǎng)（在金屬——熔劑界面上）的熔劑層，進(jìn)行連續(xù)精煉。
在這五種方法中，電熔劑精煉效果較好。
5083船用鋁板作船板優(yōu)勢(shì)
5083鋁合金是高鎂合金,在不可熱處理合金中強(qiáng)度良好，耐蝕性、可切削性良好。陽(yáng)極化處理后表面美觀。電弧焊性能良好。5083合金中的主要合金元素為鎂，具有良好的抗蝕性與可焊接性能，以及中等強(qiáng)度。優(yōu)良的抗腐蝕性能使5083合金廣泛用于海事用途如船舶，以及汽車、飛機(jī)焊接件、地鐵輕軌。
