西盛鋁業董事長:熔鑄工藝控制 熔劑對鋁及鋁合金熔體物理淨化

2021-01-10 上海有色金屬網

SMM 9月19日訊：鄭州西盛鋁業有限公司董事長李有望在《2019中國汽車新材料應用高峰論壇暨第七屆鋁加工產業鏈供需交易峰會》上表示熔劑對鋁及鋁合金熔體的物理淨化中熔鑄工藝控制是基礎。從熔體淨化的基本對象到鋁合金熔體淨化的分類再到爐內淨化與在線淨化都是鋁合金熔體淨化必不可少的工序，其中爐內淨化是熔體淨化的基本保證；熔劑淨化是熔體淨化的重要組成部分。

一、鋁合金熔體淨化

高品質鑄錠與熔體淨化——重熔鋁錠製備構件的一般成形工藝

熔鑄—均勻化處理—塑性變形—熱處理

隨著構件服役性能要求的不斷提高，需從構件製備的全過程進行質量控制，其中鑄錠作為鋁加工的原始坯料，其質量決定其加工性能與構件服役性能。熔鑄工藝控制是基礎。

熔體淨化（基本前提）+鑄造工藝——高品質鑄錠

熔體淨化與鑄錠微觀缺陷

鑄坯氣孔、夾渣等遺傳性缺陷將嚴重惡化鑄坯加工性能及構件服役性能。

鑄造前熔體淨化是規避鑄坯氣孔、夾渣等冶金缺陷的有效手段。

熔體淨化的基本對象

氣：主要為氫、90%為原子態、10%為分子態 

氫會使鑄坯產生尺寸不等的氣孔，破壞的連續性，減少了構件的有效承截截面，在氣孔周圍引起應力集中，對鑄坯的加工性能和力學性能不利；在半成品中會出現分層缺陷和第二類氫脆現象，增大加工脆性。

渣：主要為氧化物、碳化物、氮化物、硼化物 

夾渣的存在容易在其尖角處產生應力集中，且割斷基體組織，使產品滲漏或易於腐燭，顯著降低力學性能及抗應力腐蝕性能；也會降低合金的流動性和充填鑄型的能力，增大鑄件的缺陷傾向；增加鋁熔體的吸氣傾向，並阻滯氣體的擴散和析出，在熱處理過程中，促進二次疏鬆和孔洞的形成。

雜：主要為雜質元素，各系合金各有側重

雜質元素的存在容易在材料凝固過程中形成有害雜相，惡化合金力學性能與加工性能。

鹼金屬/鹼土金屬：主要為鋰、鈉、鈣

單質態存在的鹼金屬/鹼土金屬，在凝固過程中易存於晶界，塑性變形過程中，由於其熔點低，重新恢復游離態，從而形成裂紋源，隨著變形量的增加，裂紋匯集形成開裂，如 「鈉脆」。

鋁合金熔體淨化的分類

爐內淨化與在線淨化

爐內淨化是熔體淨化的基本保證；熔劑淨化是熔體淨化的重要組成部分。

二、熔劑化學淨化的弊端

二次汙染鋁熔體

二次燒損

有害氣體排放

熔劑化學反應常見有害氣體的排放有：氟化氫（HF）、氯化氫（HCl）、氯 氣（Cl2）等。

腐蝕侵蝕熔煉控制系統和設備材料

a、熔劑化學反應產生的排放氣體對熔煉爐控制系統探測頭的腐蝕

b、熔劑化學反應產生的排放氣體對熔爐爐襯材料的腐蝕

三、汽車用再生鑄造鋁合金熔體淨化的難點

1、熔點低

2、原料比表面積大導致渣量大

3、渣鋁分離困難，燒損大

四、鋁及鋁合金淨化用熔劑的熱力學計算

熱力學計算發展歷程及Thermo-Calc軟體構成

五.鋁及鋁合金熔劑淨化的動力學分析

熔劑淨化鋁熔體的動力學模型

熔劑淨化鋁熔體的動力學過程

在上圖中以γsl 、 γsv 、 γlv在鋁熔體表⾯分別代表熔劑與鋁熔體間、鋁熔體與⽓體間以及熔劑與⽓體間的表⾯張⼒，或在鋁熔體內部分別代表熔劑與固態夾渣間、夾渣與鋁熔體間以及熔劑與鋁熔體間的表⾯張⼒，θ代表熔劑的潤溼⾓度，在上圖中的表⾯張⼒間到達平衡時存在下述關係：γsl =γsv – γlv cosθ

熔劑配置的動力學原則

熔劑作用在鋁熔體表面時，當γsv <γsl， cosθ<0， θ角>90°，熔劑將吸附熔體表面的浮渣，起到除渣的作用，同時γlv越小，θ角越大，除渣的效果則越好，按此原則配置的熔劑稱之為造渣劑；

熔劑作用在鋁熔體表面時出現相反的情況，即γsv >γsl， cosθ>0， θ⾓<90°， 熔劑在鋁熔體表面的鋪展性增大，起到覆蓋的作用，同時γlv越⼤,θ⾓越⼩，熔劑覆蓋的效果就越好，按此原則配置的熔劑稱之為覆蓋劑；

當熔劑作用在鋁熔體內部時，同樣條件下去除鋁熔體內部夾渣的效果越好，按此原則配置的熔劑稱之為精煉劑；

依據上述除渣的動力學條件和不同熔鹽的表面張力數據，是熔劑成分配置的基礎。

邊邊匹配晶體學模型計算夾渣物與鋁熔體的潤溼性

結論：鋁熔體對這幾種典型夾雜物的潤溼關係為:MgO>AlB2>TiB2>AlN > Al2O3>Al4C3

熔劑淨化的浮遊動力學

熔劑在熔體中的作用時間對淨化效果有直接影響,熔劑在熔體中停留的時間 越長,其與熔體中的夾雜物之間的相互作用就越充分,捕獲夾雜物的機率就越大, 熔體淨化效果越好;但是熔體長時間停留在熔體中也會有不利影響。

結論：鋁熔體 對這幾種典型夾雜物的潤溼關係為:MgO>AlB2>TiB2>AlN > Al2O3>Al4C3

熔體溫度越高、熔劑顆粒直徑越大、熔劑與熔體密度差越大,其浮遊速度 越大、雷諾數越大、阻力係數越小,在相同熔池深度下,熔劑捕獲夾雜物的機率 相對更低。

在相同條件下,採用大比重熔劑、小尺寸氣泡(液滴)、低溫精煉,熔 劑浮遊的時間更長,NaCl-KCl 系熔劑對熔體溫度和液滴直徑更敏感,相對於 NaCl-KCl 系熔劑,採用 MgCl2-KCl 系熔劑的浮遊時間更長,且不會引入 Na 元 素。

五.熔劑物理淨化實用案例報告

物理淨化應用產品實例

熔劑物理淨化測試報告案例

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