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如何有效降低铝熔铸过程中的铸损

信息来源:金联创 2019-07-25 11:50:19
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  铝是元素周期表中位于ⅢA族元素,是仅次于K、Ca、Na、Mg的一种活泼金属,在高温条件下能与空气中氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳等相互作用。

  铝熔铸即是将液铝通过配料、搅拌、静置、精炼、扒渣等过程变成铝锭、棒材或其他形状的成品、半成品。铝及铝合金在熔铸过程中会因氧化、精炼、扒渣等原因出现不同程度的损耗。

  所谓铝铸损就是铝及铝合金在熔炼过程中由于氧化、挥发以及与炉墙、精炼剂相互作用造成的不可回收的金属损失和铝渣所含金属的总称[1]。

  铸损的一般计算公式是:(原铝量-成品量)÷原铝量×100%,铸损越高,成品量就越少,对于年产值在10万吨的铝企业,如果铸损降低1个千分点,不需额外投入,就多产出100吨铝产品(即减少烧损100吨铝产品),这将是可观的社会和经济效益,因而如何有效降低铸损显得十分重要。

  2剖析铸损产生的原因

  2.1产生铸损的主要外在表现形式可以分成两部分:一是以纯铝灰形式,二是以大块铝及次品铝、铝渣形式

  我在河南xx铝业公司熔铸车间进行过数据统计,其中不可回收纯铝灰占铸损的比例约90%(氧化烧损造渣形成),其他因素约占10%,针对占有10%其他因素进行进一步数据统计分析,其主要是大块铝、次品铝等二次回炉烧损和铝灰中含铝量(铝灰铝的主要原材料)造成,因此内在造成铸损产生的主要原因就是氧化烧损、次品铝等二次烧损、铝灰中含铝量。

  2.2铝的氧化烧损原理可以通过以下化学方程式进行进一步了解:

  4Al+3O?=2Al?O?

  金属氧化热力学研究表明:金属氧化趋势、各合金元素氧化顺序和氧化程度等都是由金属与氧的亲合力决定的,并与合金的成分、温度和压力等条件有关。金属与氧亲合力越大,其氧化程度趋势越大,氧化程度越高;温度越高,金属与氧亲合力越大,其氧化程度趋势越大,氧化程度越高;氧化物分解压越小,金属与氧亲合力越大,其氧化程度趋势越大,氧化程度越高[1、3]。

  在熔炼温度范围内,铝与氧的亲合力很大,容易被氧化,氧化后其表面形成Al?O?膜,当高于500℃时为亚稳定的r-Al?O?,这种亚稳定的氧化膜向稳定氧化膜转变过程中,发生体积收缩并进一步发生氧化和龟裂。随着铝液温度的升高和时间的延长,氧化膜成长越快,氧化量和厚度也显著增加[1、3]。

  2.3影响铸损的因素有:

  1)液铝温度;2)铝液与氧气接触力度;3)铝渣中含铝量;4)扒渣带出的铝液;5)次品铝、大块铝的多少;6)其他造成的损耗

  3降低铸损的途径

  3.1控制好液铝温度

  铝的熔点为660℃,一般而言原铝铸造温度控制在730℃左右、甚至更低,而铝合金流动性较好相应铸造温度比原铝要低,约710℃-730℃,对于直接使用电解槽内液铝的单位,当高温铝液进入混合炉后,应及时配入冷料,即向混合保持炉内加入次品铝、铝渣等,也可以将部分中间合金(工业硅)提前加入炉内,形成压熔状态,既增加其实收率又降低温度。同时加入的冷料表面要清洁不能有油污等否则可能燃烧放热促进烧损。总之将铝液温度有效地降低到相应铸造温度,可降低温度对铸损的巨大影响。

  3.2降低铝液与空气接触力度,液铝与氧气接触的力度越大,氧化烧损越严重,铸损越大

  1)减少液铝与氧气接触时间:①在满足生产需要条件下,尽可能快的将炉内液铝变成成品,最好当班配料当班生产,不要使液铝在炉内停留时间过长;②合理安置熔铸设备,尽可能缩短流槽长度,以减少液铝在空气中暴露时间,同时可在流槽上部加盖硅酸铝保温板,既有一定保温作用又可减少流槽内氧气含量。

  总之,杜绝因各种原因导致铝液长时间存于混合炉内,以减少铝液和氧气接触时间来降低铸损。

  2)控制液铝搅拌方式:不管是人工用大耙搅拌还是机械搅拌都是在炉门敞开状态下进行,不仅会带来液面巨大波动、增加与氧气接触面积而且也增加了炉内含氧量,势必加速了上述化学反应,烧损加大。电磁搅拌可以在封闭状态下进行且液面波动很小,有效避免了相应劣势,同时还可以减少空气中水分进入炉内,降低了液铝对氢元素的吸收概率。

  3)控制液铝精炼时吹泡高度:一般精炼方式是人工直接将精炼剂撒入炉内,然后进行搅拌精炼,但是对于部分合金生产需要进行吹氮气精炼(精炼时间较长,可达30分钟左右),必然会有一定的吹泡高度且横到边、竖到头,带动液铝的巨大波动,因此最好调节氮气压力,将吹泡高度控制在10-15mm。

  3.3正确选择、使用精炼剂,使渣铝充分分离

  在铝及铝合金熔炼过程中,除自身夹杂物外、铝极易与氧生成氧化铝或次氧化铝等,导致铝液表面有一层浮渣,它与铝熔体有一定的浸润性,渣中混有相当数量的熔体,这样就需要一种精炼剂来改变两者的浸润性、增加渣和铝界面上的表面张力,使渣和铝分离。

  铝及铝合金用熔剂一般由碱金属及碱土金属的氯化物及氟化物组成,其主要成分是KCl、NaCl、NaF.CaF?、Na3AlF6、Na?SiF6等,但组分含量差别较大,效果也不尽相同。除使用熔剂厂生产的熔剂外,最好根据所熔炼铝合金的成分调正熔剂组分比例。同时严格控制精炼工艺条件,如熔剂的用量,熔剂与熔体的接触时间、接触面积、搅拌情况、温度等,使用精炼剂能有效减少渣中带铝,降低铸造损失。

  3.4对熔铸过程中产生的铝渣进行有效处理

  铝渣是熔铸过程中不可避免的一部分,尽管采取相关措施,都会有一定比例的金属铝被带出,需要对其进行有效处理,而不是直接销售给其他单位,最简单、经济的方法可以是使用碾子对铝渣进行反复碾磨、再进行筛选,从而有效地回收部分铝豆等。

  3.5降低混合炉扒渣坡坡度,将铝渣充分扒出炉外

  混合炉扒渣坡坡度的大小直接影响铝渣的扒出量,若坡度过大大部分渣就扒不出,从而导致铝渣与铝大量沉积,清炉时造成渣与铝沉积物无法及时回收,在保证混合炉容量的前提下,尽可能降低扒渣坡坡度。

  3.6严格把关扒渣质量,防止液铝被带出

  现有扒渣操作基本上是人工利用大耙将铝渣扒出炉门口,在此操作过程中除了要求人员精心操作,尽可能不要将铝液带出,同时大耙设计也需要考究,建议将大耙表面开几排小圆孔,可以使铝渣中带有的液铝流入炉内,否则过多的液铝被带出后再次回炉会带来烧损。

  3.7降低次品铝、大块铝的量

  在生产过程中,严格按照工艺要求操作,确保生产一炉、合格一炉,尤其在生产普铝过程中,尽可能避免飞边、毛刺、波纹、重量不符等次品铝产生,同时在生产要结束前尽可能将流槽内液铝推入模具内形成合格产品,以减少大块铝量。

  3.8对已产生的次品铝等进行有效处理

  对于各种原因产生的次品铝、大块铝以及铝渣、铝豆等采取合适的装炉顺序加入混合炉内,在必要的情况下可先进行废料复化操作,以避免不必要的烧损。

  4结束语

  通过上述分析,铸损虽然在熔铸过程中不可避免,但通过控制铝液温度、降低铝液和空气接触力度、控制铝灰中含铝量、减少次品铝量等措施,对有效降低熔铸过程中的铸损,将会产生显著效果,也必将给企业带来可观的经济效益。
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