(1)氯气净化。以前采用活性气体氯气作净化剂(氯化法)。在氯化法中,把氯气通入铝液内时生成很多异常细小的AlCl3,气泡,充分地混合在铝液内。溶解在铝液中的氢,以及一些机械夹杂物便吸附在AlCl3气泡上,随着AlCl3气泡上升到铝液表面而排出。通入氯气时还能使某些比铝更加负电性的元素氯化,如钙、钠、镁等均因通入氯气而生成相应的氯化物,得以分离出来。所以氯化法是一种非常有效的原铝净化法。氯气用量为每吨铝500-700g。但因为氧气有毒而且比较贵重,为了避免空气被污染和降低铝锭生产的成本,故在现代铝工业上已逐渐废去了氯化法改成惰性气体--氮气净化法。
(2)氮气净化法。又称为无烟连续净化法,用氧化铝球(418mm)作过滤介质。N2直接通入铝液内。铝液连续送入净化炉内,通过氧化铝球过滤层,并受到氮气的冲洗,于是铝液中的非金属夹杂物以及溶解的氢得以清除,然后连续排出,从而使细微的氮气泡均匀分布在受处理的铝液内起到净化的作用。氮气对大气无污染,且净化处理量大,每分钟可处理200~600kg铝液,净化过程中造成的铝损失量相对减少,故现在广泛应用。但它不象氯气那样能够清除铝液中的钙、钠、镁。
(3)混合气体净化法。采用氯气和氮气的混合物来净化铝液,其作用是一方面脱去氢气和分离氧化物,另一方面清除铝中某些金属杂质(如镁),常用的组成是90%氮气+10%氯气。也有采用10%氯气+10%二氧化碳+80%氮气。这样效果更好,二氧化碳能使氯气与氮气很好的扩散,可缩短操作时间。
三、铸锭工艺
现在铝锭铸造工艺一般采用浇铸工艺,就是把铝液直接浇到模子里,待其冷却后取出。
产品质量的好坏主要在这一步骤,而且整个铸造工艺,也是以这一过程为主。铸造过程是一个由液态铝冷却、结晶成为固体铝锭的物理过程。
1.连续浇铸
连续浇铸可分为混合炉浇铸和外铸两种方式。均使用连续铸造机。混合炉浇铸是将铝液装入混合炉后,由混合炉进行浇铸,主要用于生产重熔用铝锭和铸造合金。外铸是由抬包直接向铸造机浇铸,主要是在铸造设备不能满足生产,或来料质量太差不能直接入炉的情况下使用。由于无外加热源,所以要求抬包具有一定的温度,一般夏季在690~740℃,冬季在700~760℃,以保证铝锭获得较好的外观。
混合炉浇铸,首先要经过配料,然后倒人混合炉中,搅拌均匀,再加入熔剂进行精炼。浇铸合金锭必须澄清30min以上,澄清后扒渣即可浇铸。浇铸时,混合炉的炉眼对准铸造机的第二、第三个铸模,这样可保证液流发生变化和换模时有一定的机动性。炉眼和铸造机用流槽联接,流槽短一些较好,这样可以减少铝的氧化,避免造成涡旋和飞溅,铸造机停用48h以上时,重新启动前,要将铸模预热4h。铝液经流槽流入铸模中,用铁铲将铝液表面的氧化膜除去,称为扒渣。流满一模后,将流槽移向下一个铸模,铸造机是连续前进的。铸模依次前进,铝液逐渐冷却,到达铸造机中部时铝液已经凝固成铝锭,由打印机打上熔炼号。当铝锭到达铸造机顶端时,已经完全凝固成铝锭,此时铸模翻转,铝锭脱模而出,落在自动接锭小车上,由堆垛机自动堆垛、打捆即成为成品铝锭。铸造机由喷水冷却,但必须在铸造机开动转满一圈后方可给水。每吨铝液大约消耗8-10t水,夏季还需附吹风进行表面冷却。铸锭属于平模浇铸,铝液的凝固方向是自下而上的,上部中间最后凝固,留下一条沟形缩陷。铝锭各部位的凝固时间和条件不尽相同,因而其化学成分也将各异,但其整体上是符合标准的。
重熔用铝锭常见的缺陷有:①气孔。主要是由于浇铸温度过高,铝液中含气较多,铝锭表面气孔(针孔)多,表面发暗,严重时产生热裂纹。②夹渣。主要是由于一是打渣不净,造成表面夹渣;二是铝液温度过低,造成内部夹渣。③波纹和飞边。主要是操作不精细,铝锭做的太大,或者是浇铸机运行不平稳造成。④裂纹。冷裂纹主要是浇铸温度过低,致使铝锭结晶不致密,造成疏松甚而裂纹。热裂纹则由浇铸温度偏高引起。⑤成分偏析。主要是铸造合金时搅拌不均匀引起的。
2.竖式半连续铸造
竖式半连续铸造主要用于铝线锭、板锭以及供加工型材用的各种变形合金的生产。铝液经配料后倒入混合炉,由于电线的特殊要求,铸造前需加入中间合盘Al-B脱出铝液中的钛、钒(线锭);板锭需加入Al-Ti--B合金(Ti5%B1%)进行细化处理。使表面组织细密化。高镁合金加2#精炼剂,用量5%,搅拌均匀,静置30min后扒去浮渣,即可浇铸。浇铸前先将铸造机底盘升起,用压缩空气吹净底盘上的水分。再把底盘上升入结晶器内,往结晶器内壁涂抹一层润滑油,向水套内放些冷却水,将干燥预热过的分配盘、自动调节塞和流槽放好,使分配盘每个口位于结晶器的中心。浇铸开始时,用手压住自动调节塞,堵住流嘴,切开混合炉炉眼,让铝液经流槽流入分配盘,待铝液在分配盘内达到2/5时,放开自动调节塞,使铝液流进结晶器中,铝液即在底盘上冷却。当铝液在结晶器内达到30mm高时即可下降底盘,并开始送冷却水,自动调节塞控制铝液均衡地流入结晶器中,并保持结晶器内的铝液高度不变。对铝液表面的浮渣和氧化膜要及时清除。铝锭长度约为6m时,堵住炉眼,取走分配盘,待铝液全部凝固后停止送水,移走水套,用单轨吊车将铸成的铝锭取出,在锯床上按要求的尺寸锯断,然后准备下一次浇铸。
浇铸时,混合炉中铝液温度保持在690~7l0℃,分配盘中的铝液温度保持在685-690℃,铸造速度为190~21Omm/min,冷却水压为0.147~0.196MPa。铸造速度与截面为正方形的线锭成比例关系:
VD=K,式中V为铸造速度,mm/min或m/h;D为锭截面边长,mm或m;K为常值,m2/h,一般为1.2~1.5。
竖式半连续铸造是顺序结晶法,铝液进入铸孔后,开始在底盘上及结晶器内壁上结晶,由于中心与边部冷却条件不同,因此结晶形成中间低、周边高的形式。底盘以不变速度下降。同时上部不断注入铝液,这样在固体铝与液体铝之间有一个半凝固区.由于铝液在冷凝时要收缩,加上结晶器内壁有一层润滑油,随着底盘的下降,凝固的铝退出结晶器,在结晶器下部还有一圈冷却水眼,冷却水可以喷到已脱出的铝锭表面,为二次冷却,一直到整根线锭铸完为止。
顺序结晶可以建立比较满意的凝固条件,对于结晶的粒度、机械性能和电导率都较有利。比种铸锭其高度方向上没有机械性能上的差别,偏析也较小,冷却速度较快,可以获得很细的结晶组织。
铝线锭表面应平整光滑,无夹渣、裂纹、气孔等,表面裂纹长度不大于1.5mm,表面的渣子和棱部皱纹裂痕深度不许超过2mm,断面不应有裂纹、气孔和夹渣,小于lmm的夹渣不多于5处。
铝线锭的缺陷主要有:①裂纹。产生的原因是铝液温度过高,速度过快,增加了残余应力;铝液中含硅大于0.8%,生成铝硅同熔体,再生成一定的游离硅,增加了金属的热裂性:或冷却水量不足。在结晶器表面粗糙或没有使用润滑油时,锭的表面和角部也会产生裂纹。②夹渣。铝线锭表面夹渣是由于铝液波动、铝液表面的氧化膜破裂、表面的浮渣进入铸锭的侧面造成。有时润滑油也可带入一些夹渣。内部夹渣是由于铝液温度过低、粘度较大、渣子不能及时浮起或浇铸时铝液面频繁变动造成。③冷隔。形成冷隔主要是由于结晶器内铝液水平波动过大,浇铸温度偏低,铸锭速度过慢或铸造机震动、下降不均而引起的④气孔。这里所说的气孔是指直径小于1mm的小气孔。其产生的原因是浇铸温度过高,冷凝过快,使铝液中所含气体不能及时逸出,凝固后聚集成小气泡留在铸锭中形成气孔。⑤表面粗糙。由于结晶器内壁不光滑,润滑效果不好,严重时形成晶体表面的铝瘤。或由于铁硅比太大,冷却不均产生的偏析现象。⑥漏铝和重析。主要是操作问题,严重的也造成瘤晶。
3.铸锭质量的保证
(1)重熔用铝锭。铸锭过程中最重要的技术条件是浇铸温度,在浇铸过程中必须严格控制浇铸温度,一般高于铝液凝固温度30~50℃。
(2)线锭。线锭的浇铸略为复杂,需控制的条件有铸锭速度。铸锭速度与铸锭直径有关。其浇铸温度保持680~690℃,冷却水压为0.147~0.196MPa,结晶器内壁铝液水平控制在30mm左右。控制好以上条件,并加强操作管理,即可获得较好的质量。