熔体净化

第二单元熔体净化

一、学习目标

通过对本单元的学习，掌握熔体净化的基本方法和操作。

二、工作内容或操作步骤

（一）、炉内溶剂造渣净化。

使用溶剂造渣法可排除熔体中大部分固体杂质，其操作步骤为：

1、炉内所有成分熔化完成后，向炉内均匀撒下溶剂（造渣剂）。

2、将熔体温度调整到780°左右。

3、使用扒渣车或人工对熔体进行搅拌（人工搅拌是用大耙沿四个以上的不同方向推位，每个方向来回三次以上）。

4、搅拌完成后静置一定时间开始扒渣。

（二）、炉内氮气喷粉联合净化。

炉内氧气喷粉联合净化即可除去大部分固体杂质，还可除去部分熔体所合的气体杂质-氧，使用专门的喷粉精炼器进行净化时，具有一定压力的氧气将精练剂通过不锈钢管喷入炉内熔体。精炼器净化的操作步骤是：

1、检查确认精练器与进氧气管、出料管的连接牢固无松动。

2、接通氮气，检查确认各部位完好无泄漏。

3、关闭氧气，向精炼器料桶中加入精练粉（精练粉必须干燥，加入数量不超过料桶容量的2/3）。

4、关紧料桶盖后接通盖后接通氮气，将不锈刚管插入炉内熔体，开始精练。

5、完成精练后，将剩余精练粉倒出，接通氮气吹扫一便，以防精练粉受潮后堵塞管路。

（三）、在线除气净化。

在线除气净化使用专门的装置，采用氧气或混合气体（如N2

+CI2 ）净化法。除气操作主要是通过操作盘（或触屏）控制以下几个参数：

1、各种气体的压力。

2、各种气体的流量。

3、旋转喷嘴的转速。

4、装置内部熔体温度。

在线氮气除气装置的操作步骤为：

1、操作前接通氮气检查各氮气管路、接头以及旋转喷嘴的氮气出口是否畅通无堵塞、无泄露；确认加热管完好无破损；确认控温热电偶、装置密封件完好。

2、开启氮气开关并调整压力到要求的范围。

3、设定喷嘴旋转速度后开启喷嘴旋转开关。

4、确定铸造准备工作完成后，开启加热电源。

5、待温度显示装置内部温度650℃以上时，可以将熔体放入装置（开始浇铸）。

三、相关知识

（一）、铝熔体的净化方法

铝熔体的净化方法有很多种，不同的方法有各自的优缺点，产生中应根据产品的质量要求选择适当的方法。

1、惰性气体净化法

这里所说的惰性气体，是指不与熔融铝中的气体及杂质起化学反应，又不溶解于熔融铝中的气体。通常使用氮气或氩气。氮气被吹入铝液后，形成许多细小的气泡，气泡在铝熔体中通过的过程中，氧化物夹杂被吸附在气泡的表面，氢不断吸入气泡中，随气泡上浮到熔体表面，氧化物夹杂停留在熔体表面，H 逸出而进入大气中，使用氮气精练时除气速度较慢，也不可能将金属内的气体完全除净，对于非金属杂质的净化作用很小，且在高温下与铝反应成氧化铝，因此氮气净化法只适用于对铸锭的含氮量要求不太高的铸造生产。

2、活性气体净化法

对铝来说，活性气体主要是氯气，活性气体能与溶解在金属的气体及夹杂物发生化反应，生成不与金属起反应也不溶于金属的气体和化合物；或者活性气体与金属反应生成另一种气体，它不再溶于金属

中只吸收氢气，并上浮将金属中的氢原子带出。

氯气本身不溶与铝中，但氯与铝及溶解于铝液中的氢迅速发生化学反应。

CI2+H2→2HCI↑+184、8KJ

3CI2+2AI→2AICI3↑+1、6MJ

反映生成物HCI和AICI3（沸点183度）都是气态，不溶于铝液，和未参加反应的氯一起都能起净化作用，净化效果比氮气要好的多，但氮气有剧毒，对人体有害，污染环境易腐蚀设备及加热元件，且易使合金铸锭组织粗大，使用时应注意通风及防护。

（3）、混合气体净化法

单纯用氮精练效果差，用氯又对环境及设备有害，所以多采用混合气体精练，以提高精炼效果减少其有后害作用。

混和气体有两种气体混合，N2-CI2，混合比例多采用9：1或8：2效果好；也有三种气体混合N2-CI2-CO，混合比例一般为8：1：1。混合气体在铝液中反映如下：

AI2O3+6CI2→4AICI3↑+3O2↑

3O2+6CO→6CO2↑

AI2O3+3CI2+3CO→2AICI3↑+3CO2↑

生成的AICI3和CO2都有精炼作用，又能部分分解氧化铝，所以明显地提高精炼效果。

（4）、溶剂净化法

溶剂的精炼作用主要是靠其吸附和溶解氧化夹杂的能力，铝及铝合金的溶剂一般由碱金属及碱金属的氯化物和氟化物组成，溶剂除渣作用主要是利用溶剂对溶体中的氧化铝渣发生吸附来实现的，实践证明溶剂除气效果比气体净化除气的效果要差，而除渣效果比气体净化要好的多。

（5）、气体-溶剂混合净化法

惰性气体（氮氩）中，常含有一定量的氧水分。净化铝熔体时，在吹入的气泡表面形成很薄但很致密的氧化膜，往往覆盖全部气泡表面阻

碍从熔体中析出的氢气入气泡，降低净化效果，在净化气体中加入少量细粉溶剂，夹带溶剂的气泡进如熔体后，粉状溶剂溶化，以液体溶剂膜形包围着气泡表面，将气泡表面的氧化膜溶解，吸附使其瓦解，这时氢从熔体中经熔炼剂膜扩散进入气泡中，要比经过氧化膜的速度快得多，同时也防止了熔体与净化气体中的水分直接接触，此法净化效果突出，能达到较低的含氢量，且由于溶剂膜提高了气泡表面的活性，加强了吸附除渣的能力，除渣效果也好。

（6）、炉外连续处理

因炉内处理不仅除渣效果不佳，而且熔体又有二次污染的可能，可了提高净化处理的效果和保证熔体质量的稳定可靠，炉外连续净化处理得到迅速发展，炉外连续净化处理是在金属熔体从熔炼炉放出，铸造成型之前进行，也称熔体在线处理或联机处理，主要是采用过滤和通入气体并使之在熔体中快速旋转等方法实现。

此外，熔体净化还有动态真空处理，静置法，振动法等，一般在工厂中常用的净化方法主要是通入氮气和加入溶剂。

（二）、过滤、除气装置的工作原理

1、脱气原理

从气体溶解和析出过程可知，影响熔体中气体溶解度的因素主要是压力和温度。因此，适当地控制好这两个因素，就可以达到除气的目的。通常我们都是采用分压差脱气原理，即利用气体分压对其溶解度影响的原理，控制体系中氢的分压，造成熔体中的气体与外界存在很大的分压差，这样就产生较大的脱气驱动力，使氢很快排除。

2、除渣原理

（1）、澄清除渣原理。

（2）、吸附除渣原理。

（3）、溶解除渣原理

（4）、过滤除渣原理。

因为除渣的一般方法都不能将熔体中氧化物夹杂分离干净，遗留一些微小的夹杂也会给产的质量带来不良影响，所以这里主要介绍一

下过滤除渣原理。

过滤装置很多，大致可分为机械除渣作用和物理化学除渣作用两种，机械除渣作用是流体动力的作用下，熔体在流经过滤介质的机械阻挡作用，磨擦作用及布郎扩散作用，使杂质沉积和阻滞于过滤介质的孔隙越小，厚度越大，金属熔体流速越低，过滤效果越好。

过滤装置的净化，是使流经该装置的熔体通过一层（或几层）过滤板，所用的过滤板可截留几何尺寸大于某一数值的固相浮渣，从而净化熔体。

专门的除气净化装置，靠一个（或几个）可旋转的气体喷嘴将纯净的氮气喷入熔体。喷嘴的出气口处呈叶轮形状，不停旋转的叶轮不断地将氮气打散成微小的气泡散布到熔体各个部位，熔体中的氢就扩散进入氮气气泡，并随气泡的自动上升，从熔体上表面逸出而脱离熔体，达到除气净化的目的

（三）、炉底感应式电磁搅拌

炉底感应式电磁搅拌是一种完全不与铝溶液接触而靠电磁搅拌的装置，完全可以替代人工及机械等外力装置，基本上可实现闭门操作，利用电磁搅拌，主要优点是：首先可以提高各种合金尤其是金属的整体均匀性，在某些情况下，它可以达到人工搅拌所达不到的效果；其次可以减少整体偏析，缩短熔化时间，减少金属烧损，提高产品质量，大大减轻炉前工的劳动强度。

特点：

1、操作方便：搅拌时只需按动几个按钮即可，搅拌器可按设定的程序自动搅拌，自动停止。

2、搅拌充分均匀：整炉熔体的化学成分的偏差可控制在0、3%以内。

3、不污染铝液，在熔炼高纯铝时有重要的意义。

4、熔体温度均匀：熔体的上、下部温差可控制在10°C 以下，因而可降低熔炼温度。

5、可减少烧损。

6、不破坏氧化膜，可减少氧化渣，减少清炉次数，减少熔体吸气。

7、可使氧化渣定向移动，便于清渣。

8、可减轻工人的劳动强度。

炉底感应式电磁搅拌的组成。

电磁搅拌器由感应器、变频电源、冷却系统和拖动系统等几部分组成。

1、感应器主要由线圈、铁芯两部分组成，线圈固定在铁芯上，当线圈中通过正交低频电流时，产生相应的行波磁场。

2、变频电源有变压器、进线控制及变频柜组成。其作用是将三相工频交流电转变为两相正交的低频交流电。

3、冷却系统有水泵、冷却水池、输水管、电接点压力表以及水流开关等组成；冷却水流入感应器线圈中，使感应器强行冷却，依保证感应器正常工作。

4、拖动系统，使感应器在炉底内外行走以便使感应器在需要搅拌使开进炉底，不需要搅拌时可以退出炉底可延长感应器的使用寿命，同时便于维护于检修。

炉底感应式电磁搅拌器的工作原理：

变频柜把三相工频电源变换成一定频率可调，相为互差900的两相低频电源，该电源通入感应器线圈产生相应的低频交变磁场，称为行波磁场，铝液在行波磁场的作用下产生地磁作用力，使铝液产生位移，电磁搅拌器是按一定规律改变行波磁场的方向及大小即可达到对铝液进行搅拌的目的。

四、注意事项

1、炉内管吹氮气净化熔体时，应尽量覆盖整个炉内所有熔体，氮气压力已翻起铝液高于液面10——15厘米为宜。

2、过滤净化要按要求及时更换过滤板。

3、使用氯器净化是注意通风，防止中毒。