再生铝合金熔铸原理

再生铝合金熔炼原理（四）
1.5铝合金熔体的净化

  一般所谓“去气”是指去除合金中的气体，“精炼”是指去除合金中的夹杂物。去气精炼的目的就是清除或尽量降低氧化物夹杂和气体，以提高金属的净化程度。故去气和精炼通常称净化处理，俗称“精炼处理”。

  对铝合金熔体纯洁度的要求，一般由于品种和用途的不同有一定的差别。通常含氢量要求小于 0.2ml/100gAl，但对于特殊要求的航空材料应在0.1ml/100gAl以下。由于测氢需用专门仪器，在生产中往往采用针孔度来衡量铝合金的含量。在我国将其分为五个等级，用图片对比来评议（GB10851-89），五级最严重。非金属夹杂物由于检测时不能精确定量，就很难有定量要求。

  铝及铝合金的净化方法很多，大体可归为炉内净化和炉外净化两类。目前国内普遍采用N2—Cl2混合气体及熔剂精炼，陶瓷片过滤净化方法。一些大、中型铝加工厂还引进了在线处理装置，如SNIF（spinning Nozzle Inert Flotation）、MINT（Melt In-Line Treatment system）等，进一步提高熔体质量。

  1.5.1炉内净化方法及原理

  1.5.1.1氮气处理

  氮气化学性质不活泼，在精炼温度下不与铝液及其他溶解的气体发生化学反应，也不溶于铝熔体中。将氮气通入铝液中能形成大量气泡。在这些氮气气泡中氢分压PH2＝0，因此熔体中的氢就不断地向气泡扩散，直至气泡中氢的分压力PH2增加到与熔体中氢的浓度符合[H]= K﹒关系时才达到平衡。气泡浮出液面后，气泡中的氢即逸入大气，因此连续产生气泡，即能不断除去溶于铝液中的氢。在气泡上浮过程中，遇到夹杂物时，由于表面张力的作用，夹杂物就粘附在气泡表面上，这些夹杂物随着气泡的上浮而排除。由此可见，在去气体的同时也清除了夹杂物。

  用氮气去气精炼，精炼温度应控制在690～7100C范围内，温度过高，氮气可能与铝起化学反应。氮气压力控制在10～15kPa范围内。

  含镁的合金不宜采用氮气净化，因为精炼温度下能生成Mg3N2影响合金质量，同时氮的除气作用并不完全。

  1.5.1.2氯气净化

  氯气不溶于铝合金熔体，但能与铝生成氯化铝。

  2 Al + 3 Cl2 = 2 AlCl3↑

  氯气还能与合金中的氢发生反应，生产易挥发的氯化氢。

  Cl2 + 2 ［H］ = 2HCl

  也有部分氯气以气态逸出。这些气体都以气泡形式从铝液中浮起，起去气除渣的作用，净化效果好。但氯气有毒，有害于人体健康，对周围设备腐蚀严重，为此必须有完好的通风防护设备。

  1.5.1.3混合气体净化

  用氯气对环境及设备有害，所以采用混合气体净化，以提高净化效果，同时减少其有害作用。

  混合气体有两气体混合：N2-Cl2(9:1或8:2)和三气体混合N2-Cl2-CO(8:1:1)。在铝液中的反应如下：

  2Al2O3 + 6Cl2 = 4AlCl3↑ + 3O2↑

  3O2 + 6CO = 6CO2↑

  3Al2O3 + 3Cl2 + CO = 2AlCl3↑ +3CO2↑

  AlCl3和CO2都有精炼作用，又能部分分解Al2O3，所以明显提高净化效果。

  1.5.1.4熔剂净化

  熔剂精炼作用主要是通过其与熔体中的氧化夹杂物发生吸附和溶解来实现。常用的精炼剂以氯化物为基础，加入氟化物，如CaF2 、Na3AlF6等来吸附、溶解Al2O3，以增大净化效果。它们能够清除氧化夹杂，也可以去除一些气体，但不彻底。

  精炼时，先调整铝液温度到高于浇注温度20～30℃。把熔剂撒在铝合金熔体表面，由于铝合金使用的熔剂密度比铝液小，它们都浮在上面。搅拌5～10min，静止5～10min，然后清除合金上面的渣并撒上一层覆盖剂，精炼完毕即可浇注。

  1.5.1.5氯盐净化

  氯盐净化的原理是利用它们和铝反应生成不溶于铝液的低沸点化合物（如AlCl3沸点182.7℃），在铝液中形成气泡，上浮时起去气、清除杂质的作用。

  常用的氯盐有氯化锌、氯化锰、四氯化碳、六氯乙烷等，在熔体中的反应如下：

  3ZnCl2 + 2Al = 2AlCl3↑ + 3Zn

  3MnCl2 + 2Al = 2AlCl3↑ + 3Mn

  3C2Cl6 + 2Al = 2AlCl3↑ + 3C2Cl4

  用氯盐精炼的缺点是产生刺激性气体，恶化劳动条件，而且对设备有严重腐蚀作用。近年来有的工厂采用以硝酸盐加C粉为主的无毒精炼剂。在铝熔体中无毒精炼剂发生下列反应：

  4NaNO3 + 5C = 2NaCO3 + 2N2↑ +3CO2↑

  N2和CO2都不溶于铝液，在上浮时起到精炼效果。精炼剂中Na3AlF6、Na2SiF6即起精炼作用，也起缓冲作用。N2、CO2等没有刺激性，改善了劳动条件。但近年研究表明，在净化过程中，硝酸盐与碳反应并不充分，往往会产生对人体有害的氮氧化物，这已引起了人们的关注。

  1.5.1.6真空净化

  真空净化是把铝液放在真空罐中，再通过真空设备把真空罐抽成一定真空度。在真空下铝液吸气倾向趋于零，而且溶解在铝液中的氢有强烈析出的倾向，生成的气泡在上浮过程中将氧化物夹杂带出铝液，使铝液得到净化。实际证明，真空处理去气效果很好，但去除杂质的作用很小。

  1.5.2炉外净化处理方法及原理

  1.5.2.1玻璃丝布过滤

  玻璃丝布过滤铝熔体在国内外已广泛应用。该法是让熔体通过玻璃丝布过滤器，使夹杂受到机械阻隔而过滤。过滤尺寸通常为0.6mm× 0.6mm～1.7mm×1.7mm，可安放于静置炉与结晶槽之间的任何熔体通过的部位。但玻璃布只能除去尺寸较大的夹杂，对微小夹杂无效并且只能使用一次。