對(duì)鋁合金熔煉阻燃方法及爐渣處理方法的探究論文

　　摘 要：鋁合金在熔煉澆鑄過(guò)程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃燒。熔劑保護(hù)和氣體保護(hù)是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的鋁合金阻燃方法，但同時(shí)帶來(lái)了環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，人們希望通過(guò)合金化的方法達(dá)到阻燃的目的，并且已經(jīng)取得了進(jìn)展。正確的處理鋁爐渣，回收渣中的鋁來(lái)降低熔損具有重要的意義。

　　關(guān)鍵詞：鋁合金；阻燃；爐渣；方法

　　鋁合金具有比重小、比強(qiáng)度和比剛度高、阻尼性能好、切削加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。過(guò)去鋁合金主要應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域，隨著汽車、電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋁合金正在得到更加廣泛的應(yīng)用，預(yù)計(jì)鋁合金將成為21世紀(jì)的重要輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。但是一些阻礙鋁合金大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)還沒(méi)有解決，鋁合金在鑄造、鍛壓和熱處理過(guò)程中發(fā)生的氧化燃燒就是其中之一。多年來(lái)人們一直致力于尋找阻止鋁合金在熔煉過(guò)程中氧化燃燒的方法。

　　1 合金化阻燃

　　添加合金元素到鋁合金中，在熔煉過(guò)程中形成象Al2O3那樣致密的氧化膜，便可阻止鋁的氧化。通常添加元素與氧的親和力要求大于鋁與氧的親和力（一般可用元素氧化物的生成熱大致表示親和力的大�。�；還要求致密度系數(shù)α值大于1，但也不盡如此，如鈣的α值只有0.69，但在鋁合金中添加一定量的鈣，阻燃性能卻提高很多。

　　很早以前，人們就知道在鋁合金中添加鈣、鈹?shù)仍�素可以提高鋁合金的阻燃性能，但由于受到添加量的限制，長(zhǎng)期以來(lái)只是做為提高抗氧化性的輔助措施，然而最近的研究取得了新的進(jìn)展。

　�、兮}：日本較早有專利報(bào)道鋁合金中添加鈣可以阻燃；英國(guó)人哈德的研究表明鈣可以增強(qiáng)液態(tài)鋁的抗氧化性能。日本九州工業(yè)研究院的秋山茂等人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)純鋁中添加的鈣含量達(dá)到5%時(shí)，出現(xiàn)第一個(gè)氧化燃燒點(diǎn)時(shí)的溫度比純鋁的提高約250℃，而且只要不發(fā)生機(jī)械破壞，燃燒點(diǎn)就難以產(chǎn)生；且證實(shí)在鋁鈣二元合金的表面生成了一層致密的氧化膜，其主要成分是氧化鈣。但是由于添加大量鈣會(huì)嚴(yán)重惡化鋁合金的機(jī)械性能，使這一方法無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

　�、阝敚衡斉c氧的親和力大于鋁與氧的親和力，而且氧化鈹?shù)摩林荡笥?，十分致密，可以阻止鋁合金進(jìn)一步氧化。但是鈹含量過(guò)高時(shí)，會(huì)引起晶粒粗化和增大熱裂傾向，因此一般鋁合金的含鈹量限定在0.02%以內(nèi)。最近的研究表明，如果鈹增加到一定程度，可以極大地提高鋁合金的阻燃性能。與此同時(shí)采取其它措施，不僅可以將晶粒降低到原來(lái)的尺寸，提高合金的機(jī)械性能，而且這種合金還具有比原合金更好的流動(dòng)性和抗熱裂性能。消除了過(guò)量鈹元素帶來(lái)的負(fù)作用，形成了具有阻燃性能的新型鋁合金，但是這一合金應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中還有很多問(wèn)題待解決。在以后的熱處理和機(jī)加工過(guò)程中也會(huì)減少鋁燃燒著火的危險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)環(huán)境也不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，因此有極大的應(yīng)用前景。

　　2 金阻燃的方法

　　2.1 熔劑保護(hù)法

　　熔劑保護(hù)法是利用低熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)化合物在較低的溫度下熔化成為液態(tài)，在鋁合金液面鋪開(kāi)，阻止鋁液與空氣接觸，從而起到保護(hù)作用。覆蓋劑一般要滿足以下要求：熔點(diǎn)比鋁合金的低，密度比鋁合金的小，較小的粘度，不含有對(duì)金屬液質(zhì)量有害的雜質(zhì)及夾雜物。

　　根據(jù)以上要求，同時(shí)考慮熔劑的氧化親和性應(yīng)比鋁合金的更強(qiáng)，一般選擇堿金屬和堿土金屬的氟化鹽和氯化鹽，其中也包括氧化鋁和惰性氧化物。

　　2.2 熔劑阻燃的缺點(diǎn)

　　雖然熔劑阻燃法簡(jiǎn)便易行，且保護(hù)效果好，但是存在以下缺點(diǎn)：

　�。�1）熔劑的主要成分是鹵族鹽，在使用過(guò)程中產(chǎn)生大量有刺激性氣味的氣體（如 HCl、Cl2），給環(huán)境造成危害。

　　（2）在澆鑄過(guò)程中熔劑易混入鑄件，產(chǎn)生熔劑夾雜，損害合金的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。

　�。�3）當(dāng)合金中含有稀土元素時(shí)，熔劑與稀土元素發(fā)生反應(yīng)降低了稀土添加劑的實(shí)收率。鑒于以上原因，熔劑保護(hù)法的應(yīng)用在國(guó)外已經(jīng)大大減少。

　　3 氣體保護(hù)法

　　3.1 常用保護(hù)氣體

　　在發(fā)達(dá)國(guó)家，通常用氣體保護(hù)熔煉鋁合金且取得了較好的效果。氣體保護(hù)是在鋁合金液的表面覆蓋一層惰性氣體或者能與鋁反應(yīng)生成致密氧化膜的氣體，從而隔離空氣中的氧。目前用的主要保護(hù)氣體是SF6、SO2、CO2、Ar等。

　　3.2 SF6混合氣體保護(hù)方法

　　單純SF6覆蓋其保護(hù)作用只能維持幾分鐘，為了達(dá)到滿意效果，一般在SF6氣體中混合空氣和其他氣體如干燥的CO2。目前一般認(rèn)為采用SF6混合氣體保護(hù)鋁合金熔液的方法是最好的。它幾乎是一種無(wú)毒的保護(hù)方法，同時(shí)，不含有熔劑夾雜，極大的提高了合金的抗腐蝕性能。實(shí)踐證明，SF6混合氣體保護(hù)熔煉的高純AZ91E鋁合金的抗鹽霧腐蝕性能超過(guò)了低碳鋼和鋁合金A380。因此SF6混合氣體保護(hù)方法在國(guó)外得到廣泛的應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)很少采用。

　　4 降低鋁熔損的爐渣處理方法

　　4.1 減少鋁爐渣的措施

　　鋁合金熔煉過(guò)程中，隨著渣量增加，鋁的熔損也增多，而渣量的多少與熔煉溫度、爐料狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。我廠從以下幾方面減少渣量：

　�。�1）合理的爐子幾何尺寸及加料順序；

　�。�2）嚴(yán)格控制熔煉溫度，防止過(guò)熱，火焰噴射應(yīng)有一定的角度，以便快速熔化，縮短熔煉時(shí)間；

　�。�3）合適的熔劑量和精煉時(shí)間，攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜，適時(shí)對(duì)鋁熔體覆蓋；

　�。�4）對(duì)廢雜鋁分類、清洗，對(duì)比表面積大的細(xì)碎爐料用壓力機(jī)打包；

　�。�5）扒渣前對(duì)渣處理。

　　4.2 對(duì)爐渣的處理

　�。�1）扒渣前的處理。

　　精煉后浮到熔體表面的渣，與熔體的浸潤(rùn)性較好，濕潤(rùn)角小于90°,渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體，這一部分熔體呈顆粒狀分散在渣中，與渣粘附在一起。熔體溫度低時(shí)兩者的濕潤(rùn)性更好，若此時(shí)扒渣，隨渣帶出的熔體重量約是渣重量的60%。我廠將爐渣量1‰～2‰的造渣劑均勻地撒地熔體表面，來(lái)減少渣中的含鋁量。造渣劑與鋁液的反應(yīng)如下：

　　Na2SiF6→2NaF+SiF4

　　2NaF+Al2O3→NaAlO2+NaAlOF2

　　4NaF+2Al2O3→3NaAlO2+NaAlF4

　　6NaF+Al2O3→2AlF3+3Na2O

　　反應(yīng)物AlF3與鋁、氧發(fā)生放熱反應(yīng)，所釋放的熱量，使粘性熔渣成為松散粉末狀的干性渣。這樣，鋁熔體與渣中氧化物的濕潤(rùn)性變小，使混在渣中的顆粒狀鋁滴脫離而出，回到熔體中。

　�。�2）出爐后的鋁渣處理。

　　應(yīng)當(dāng)指出，經(jīng)過(guò)上述處理后扒出的渣仍混有鋁滴。我廠在扒渣時(shí)，首先將其扒入帶有孔眼的鐵箱內(nèi)，使一部分粘附在渣上的鋁熔體可滲漏出。扒渣完畢后，再將渣倒入準(zhǔn)備好的坑內(nèi)（經(jīng)特殊處理），向渣中撒一些造渣劑，同時(shí)攪拌，使渣與造渣劑混勻，5～10min后從坑內(nèi)將渣扒出。依靠造渣劑的快速升溫作用使渣溫達(dá)到950℃左右，渣中鋁滴周圍的氧化膜破裂，而鋁滴借助自身重力逐漸匯集落到坑底。

　　經(jīng)過(guò)二次處理的渣就只含有較少量的鋁粒了，將冷卻后的渣存放在一定地方，從中揀選其中的鋁粒。

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