铝合金熔体过滤净化技术
铝及铝合金的熔体净化(baidu)
夹杂物的生成途径主要是： • 从炉村中吸收杂质； • 从熔剂和熔炼添加剂中吸收杂质； • 从炉气中反应并吸收杂质； • 从炉料及炉渣中吸收杂质。
•夹杂物的危害
并不是熔体中的所有异物都是有害夹杂。金属中 非金属异质点的形态和大小，对金属性质有重要影 响。细小，弥散均匀分布的夹杂颗粒，在金属凝固 时，可以成为结晶的异质核心，同时也可以阻碍晶 粒的长大，起到细化晶粒的作用。所以高纯铝较一 般的工业纯铝更容易形成粗大晶粒。
• 非金属夹杂的种类很多，按其化学成分可分为氧 化物（FeO,SiO2,Al2O3,TiO2,MgO,ZnO等）；氮化 物（AlN,ZrN,TiN等）；硫化物（Ni3S2,CeS,Cu2S 等）；氯化物（NaCl,KCl,MgCl2等）；氟化物 （CaF2,NaF等）；硅酸盐（Al2O•SiO2等）。这些 夹杂以不同形态和大小分布在金属熔体中，对金 属性能产生不同影响。
铝及铝合金的熔体净化
• 有色金属及其合金熔体在熔炼过程存在气体、各 种非金属夹杂物等，影响金属的纯洁度,往往会使 产品产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷,影响铸 锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性、阳极 氧化性和外观质量。同时，在有色金属中除气体 和非金属夹杂之外，还含有少量的金属杂质，如 铝合金的钠、钙等低熔点金属。钠在含镁量高的 镁-铝系合金中易引起热裂敏感性，合金热轧时易 产生开裂，通常称之谓“钠脆性”，此外还影响 熔体的流动性和铸造性。
Al中Al2O3夹杂物的形态(两维）
Al中Al2O3夹杂物的形态(三维）
AlN
采用先进的测渣方法捕捉到的夹渣
Refractories
采用先进的测渣方法捕捉到的夹渣
• 夹杂物的来源与危害 • 杂质的吸收和积累主要是熔炼过程中，金属熔体
上海交通大学科技成果——铝熔体电磁净化技术与装备
上海交通大学科技成果——铝熔体电磁净化技术与装备
技术背景
高性能工业铝材生产中必需的关键熔体净化技术，可去除普通过滤方法难以除净的<10μm微细夹杂，显著提高材料的加工性能与表面质量，并改善其塑性、抗疲劳等力学性能。
铝熔体电磁净化系统
技术水平
采用国际铝工业界公认的PoDFA检测装置，分析表明经过电磁净化后夹杂物含量可降低到0.02mm2/kg，达到国际先进水平。
获得7项中国发明专利和1项美国专利。
获得国家技术发明二等奖、上海市技术发明一等奖和中国有色工业科学技术二等奖各1项。
应用领域
铝合金架空导线、OA用高精密挤压铝管、高精度铝板带箔、高强航空铝合金中厚板。
大跨越用铝导线OA用高精密铝管
大飞机用铝合金板锭。
铸造铝合金熔体净化技术及工艺进展杨途才
铸造铝合金熔体净化技术及工艺进展杨途才文章首先简要分析了铝合金铸造中的熔体净化技术，在此基础上对铝合金熔体净化技术的工艺进展进行论述。
期望通过本文的研究能够对铝合金铸造质量的提升有所帮助。
标签：铝合金熔体；铸造；净化技术1铝合金铸造中的熔体净化技术分析在对铝合金进行铸造的过程中，受熔炼工艺的影响，使得熔体当中不可避免地会存在一些气体、夹杂物及金属杂质等，由此可能会导致铸造出来的铝合金出现裂纹、气孔等质量缺陷，对铝合金制品的整体强度、抗蚀性以及外观品质会造成影响。
熔体净化技术的出现，为这一问题的解决提供了途径，在铝合金铸造中，常用的熔體净化技术有两类，一类是吸附净化，另一类是非吸附净化。
下面分别对这两类技术进行分析。
1.1吸附净化技术。
此类技术主要利用熔体与吸附剂进行直接接触，通过吸附剂的理化和机械作用，去除铝合金熔体当中的气体和杂质。
具体包括以下几种方法：过滤法、气泡浮游法和溶剂法。
1.1.1过滤法。
以具有一定活性的材料制成过滤容器，将铝合金熔体置于其中，从而将悬浮在熔体当中的固态夹杂物分离出来，进而达到净化的目的。
这里所指的活性材料有陶瓷泡沫、玻璃丝布、微孔陶瓷管等等。
在上述几种材料中，最为常用的是以玻璃丝布制作成的过滤网，其优点是制作成本低、结构简单、实用性强，但在实践中发现，这种净化方法存在一些不足，其中最为突出的是过滤效果的稳定性欠佳，在过滤时，只能凭借滤网的网眼将一些尺寸较大的夹杂物去除掉，而比较微小的夹杂物则很难有效去除，并且每个滤网仅能使用一次，不可以重复利用。
陶瓷泡沫虽然净化效果比较好，并且使用也比较方便，但它的空隙率比较高，净化效率一般。
陶瓷管具有良好的过滤除渣能力，可将小到微米级的夹杂物过滤掉，但这种方法只适用于高质量铝合金制品的生产。
1.1.2气泡浮游法。
该方法也被称之为吹气法，可有效去除铝合金熔体当中的氢气，除此之外，在处理过程中，气泡上浮还可以吸附少部分氧化夹杂物，具有除杂的效果。
铝及铝合金的熔体净化及晶粒细化
铝及铝合金的熔体净化和晶粒细化摘要：综述了铝合金熔体净化的技术特点，重点分析了气泡浮游法、过滤法、熔剂法等几种常见的熔体吸附净化方法的工作原理和工艺改进，介绍了新型的旋转脉冲喷吹工艺、超声波净化工艺和电磁净化工艺，并展望了熔体净化工艺研究发展的趋势；综述了晶粒细化剂的发展历史及细化剂的细化机理和各种细化剂的比较，并着重介绍了新一代的Al-Ti-C晶粒细化剂。
关键词：铝合金；熔体净化；细化剂；细化机理1综述近年来铝合金材料大致向两个方向发展：一是发展高强高韧等高性能铝合金新材料，以满足航空航天等军事工业和特殊工业部门的需要；二是发展一系列可以满足各种条件用途的民用铝合金新材料。
与国外相比，我国铝合金研究的整体水平还比较落后，基础理论研究和技术装备水平及其完善程度都与国外的差距很大。
目前，铝合金研究的重点之一是研究和采用各种先进的熔体净化与变质处理方法，去除铝液中的气体和夹杂物，降低杂质含量，提高铝熔体的纯度，细化铝的晶粒从而改善铝合金的性能。
这也是可持续发展战略中废铝回收亟待解决的技术难题。
熔体净化是保证铝合金材料冶金质量的关键技术，引起企业界的广泛关注。
铝合金熔体净化的目的，主要是降低熔体中的含气量和非金属夹杂物含量。
对熔体纯洁度的要求，一般铝合金制品的含气量应小于0.15ml/100gAl，特殊的航空材料要求在0.10ml/100gAl以下；钠含量应在5ppm以下；非金属夹杂物不允许有1～5Lm尺寸的颗粒和聚集物，夹杂物含量越低越好。
可见，对铝合金熔体的纯洁度要求是非常严格的。
要达到上述要求，需采用各种先进的净化处理技术。
铝及其合金组织的微细化，可显著提高铝材的力学性能和加工工艺性能。
晶粒细化处理是使铝及其合金组织微细化，获取优质铝锭，改善铝材质量的重要途径。
铝加工工业的迅速发展促进了各种铝晶粒细化剂的开发与生产。
本文将在初步总结和分析国内外熔体净化和晶粒细化剂生产实践及文献资料的基础上，较全面地讨论各种铝合金熔体净化技术及其发展趋势，讨论各种晶粒细化剂及发展趋势。
铝合金熔体净化工艺概述
陶瓷泡沫是近年来发展起来的新型陶瓷过滤材料，它是由氧 化铝和氧化铬等组成的陶瓷浆料，借助聚氨酯泡沫成型，再经干 燥、烧结而成。孔隙率高达 80%～90%。它的特点是使用方便， 过滤效果好，过滤时不需要很高的压头，价格便宜。
但陶瓷泡沫较脆，易破损，通常只能使用一次。为了增加过 滤效果，可采用双级过滤法，如DFU法等。
3、熔剂法
熔剂法是将熔剂加入到熔体内部，通过一系列物理化学作用，达到除气 除杂的目的。
熔剂的除杂能力是由熔剂对熔体中氧化夹杂物的吸附作用和溶解作用以 及熔剂与熔体之间的化学作用所决定的。因为氧化夹杂物是不被铝液润湿的， 二者之间的界面张力很小。
熔剂吸附熔体中的氧化夹杂后，能使系统的表面自由能降低，因此，熔 剂具有自动吸附氧化夹杂的能力，这种吸附作用是熔剂除杂的主要原因。熔 剂和夹杂物之间的界面张力愈小，而溶剂和金属的界面张力及铝液和夹杂物 之间的界面张力愈大，则熔剂的吸附性愈好，除杂作用愈强。
5、提高铝熔体净化效果的主要途径
避免片面追求低氢含量的倾向，才有利于开发研制更为有效的铝液净化新 技术。
在以除杂为主的净化方法中，过滤法一般是在除气后浇注前进行的（如 过滤网安放在浇口或流槽等处），其除杂机理主要是机械的和物理的作用， 对悬浮在熔体中微细夹杂的排除作用并不显著，并且该法难以实现先排杂后 除气的原则；
熔剂对氧化物的溶解作用是由熔剂的本性所决定的，通常，当熔剂的分 子结构与某些氧化物的分子结构相近或化学性质相近时，在一定温度下可以 产生互溶。
熔剂的除气作用主要表现在三个方面： 1）随络合物的除去而除去被氧化夹杂所吸收的部分络合氢； 2）熔剂产生分解或与熔体相互作用时形成气态产物，进行扩
散除氢，如产生AlCl3、N2、CO2和SiF4等； 3）由于熔体表面氧化膜被溶解而使得溶解的原子氢向大气扩
铝熔体在线电磁净化技术及设备
铝熔体在线电磁净化技术及设备1何向问2张昌兵3疏达1中色科技股份有限公司，河南洛阳，邮编4710392上海中跃能源科技有限公司，上海，邮编2001253上海交通大学，上海，邮编200240摘要：铝熔体净化的种类根据熔体位置和净化机理可以分为不同类型，本文着重介绍了铝熔体在线电磁净化技术和设备，描述了该设备的组成及其工作原理，最后通过将其与目前市场上常见的陶瓷板过滤装置、管式过滤装置和深床过滤装置进行对比，分析其优势和缺点，指出了其光明的前景。
关键词：铝熔体净化电磁净化技术陶瓷板过滤管式过滤深床过滤铝熔体净化的主要目的是除去其中的气体（主要是游离态的氢）、碱金属（主要为钠离子、钾离子等）和非金属夹杂物（主要为氧化铝等）。
一般情况下，铝熔体中的气体和非金属夹杂物可以同时去除，只是每种技术和设备的侧重各不相同，而碱金属的去除则需要特殊的精炼剂（或气体）进行专门的去除。
1铝熔体净化技术铝及铝合金熔体内氢含量、碱金属含量和氧化铝含量的多少对产品质量有着至关重要的影响。
因此，人们为了从源头上提高铝及铝合金产品的质量，开发出了多种铝熔体净化技术。
根据铝熔体处理的位置不同可以分为炉前预处理、炉内处理和炉外在线处理；根据净化的机理可以分为吸附净化技术和非吸附净化技术。
吸附净化技术主要是依靠精炼剂（精炼气体）或其他介质对铝熔体中的氢和非金属夹杂物进行吸附，达到净化铝熔体的目的；非吸附净化技术是除此之外依靠其他物理化学作用，达到铝熔体净化的目的。
炉前预处理，主要是指在加入熔铝炉之前对铝熔体的净化。
目前国内外很多铝及铝合金产品的生产厂家采用电解铝液作为原料。
电解铝液虽然能大大减少配料和熔化时间，节约能源，但熔体中却存在“二多、一少、一高”的现象，即氢含量多、夹杂物多、活性晶核少、铝熔体温度高，非常容易造成铸坯的冶金缺陷，如气孔、夹渣、晶粒粗大等，对最终产品质量产生不良影响。
为确保原料的纯净度，必须对电解铝液提前采取净化处理。
铝合金熔体净化工艺
铝合金熔体净化工艺3Ξ上海交通大学 蒋海燕ΞΞ 孙宝德 倪红军 丁文江摘 要 分析总结了各种铝合金熔体净化方法的技术特点,并简要介绍了最新发展的新工艺。
在旋转喷吹除氢的基础上,提出了一种脉冲进气法,可使喷吹出的气泡尺寸减小至μm 级,大大提高了气泡在熔体中的比表面积,与传统的恒压进气方式相比较,脉冲进气法可增加进气压力,减小转子转速,使熔体液面平稳并可削弱合泡现象。
关键词:铝合金 净化 工艺中图分类号:TF111.18 文献标识码:A 文章编号:1001-2449(2001)02-0048-02图1 连续净化装置示意图1 熔体净化方法铝合金净化方法按其作用原理可分为吸附净化和非吸附净化两个基本类型。
吸附净化是指通过铝熔体直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质)相接触,使吸附剂与熔体中的气体和固态氧化夹杂物发生物理化学的、物理的或机械的作用,达到除气、除杂的目的。
属于吸附净化的方法有:吹气法、过滤法、熔剂法等等。
非吸附净化是指不依靠向熔体中加吸附剂,而通过某种物理作用(如真空、超声波、密度差等),改变金属2气体系统或金属2夹杂物系统的平衡状态,从而使气体和固体夹杂物从铝熔体中分离出来的方法。
属于非吸附净化方法的有:静置处理、真空处理、超声波处理等。
1.1 吹气法吹气法又称气泡浮游法,它是将惰性气体(如氮气、氩气等),通入到铝熔体内部,形成气泡,熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中,并随气泡的上浮而被排除,达到除气的目的。
气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂,起到除杂的作用[1,2]。
吹气法是20世纪70年代发展起来的铝熔体净化工艺[3],主要用于除氢,按其气体导入方式,可分为单管吹气法、多孔喷头吹气法、固定喷吹法、旋转喷吹法。
吹气法的效果一方面取决于惰性气体的性质和纯度,更主要的取决于气泡的大小和气泡在熔体中的分散程度,如果吹入的气泡直径越小,分布越均匀弥散,则气泡比表面积越大、熔体中的氢扩散进气泡的路程越短、气泡上浮越慢、除气率越高,另外,还取决于吹气时间、吹气压力、吹气温度等工艺参数[4,5]。
铝及铝合金熔体净化处理
铝及铝合金熔体净化处理铝料的表面都有一层厚薄不均的氧化膜，有时还吸附水分，夹杂灰沙，粘有油污，涂有油漆等。
在熔化时，铝料在高温环境中进一步氧化，氧化膜厚度增加，并与气氛中的水分起化学反应，生成氧化铝和氢，使氧化夹杂和气体含量增加。
所以，铝料熔化以后，必须进行净化处理，以清除铝液内部的杂质和气体。
用于净化铝液的物质统称为熔剂。
熔剂在室温多数是固体或气体，也有个别熔剂是液体，如CCl4。
固体熔剂的优点是体积小，容易运输和储存，但都具有较强的吸湿性，必须密封包装。
为了提高固体熔剂的净化效果，可将熔剂压紧成紧密小块用铝箔包裹，放入长柄的钻孔容器内插入熔池底部。
对以NaCl和KCl的混合盐为基体的熔剂，可先按配比将混合盐熔化后，加入难熔组分，例如Na3AlF6，经搅拌冷却后注入密封铁箱内。
熔剂使用前应存放在室温较高的干燥地点，如熔炉旁，以防受潮。
在熔炉内施加覆盖熔剂，可以减少熔化消耗，阻止铝液从炉膛气氛中吸收气体，但覆盖熔剂的耗用量大(约相当于铝料重量的10%)，使生产成本提高，中小型铝加工厂一般不采用。
净化熔剂的使用通常是在铝料熔化以后将按配比混合的粉状熔剂撒在熔池表面，然后用长柄工具搅动铝液促使灰渣上浮。
在搅动过程中，部分熔剂加入熔池内部，与铝液发生化学反应，生成不溶于铝的气态物质，在气泡上升过程中起除气和除灰的作用。
使用较多的一种熔剂是2份冰晶石与1份氯化铵混合的粉末，其净化铝液时的化学反应如下：Na3AlF6＋Al→2AlF3＋3NaNH4Cl＋2Al→AlN＋AlCl＋2H2AlF3＋2Al→3AlFAlCl3＋2Al→3AlCl6AlF＋3O2→2Al2O3＋2AlF36AlCl＋3O2→2Al2O3＋2AlCl3以上化学反应中所生成的Al2O3，AlN和H2，连同铝液中原有的Al2O3和H2一起被AlF3和AlCl3气泡带出液面。
有时也用Na2SiF6作为熔剂，但其净化效果不如Na3AlF6。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铝合金熔体过滤净化技术
类型：点击次数：1306
金属中的夹杂物、气体对材料的强度疲劳抗力、耐腐蚀性、应力腐蚀开裂性能等均有重大影响。
有效地控制熔体的氧化夹杂物，以提高铸棒和轧板的质量已成为各国冶金、铸造及材料丁业共同追求的目标。
目前广泛采用过滤净化方法去除铝合金熔体中的夹杂物。
１铝合金中夹杂物的形成
铝合金中的夹杂物一部分直接来自炉料，而大部分则是在熔炼和浇注过程中所形成的，主要是氧化物夹杂。
在铸造前的所有夹杂物称为一次氧化夹杂，根据尺寸大小可分为两类：一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物，它使合金组织不连续，降低铸件的致密性，成为腐蚀的根源和裂纹源，从而明显降低合金的强度和塑性；另一类是细小的
弥散夹杂，这类夹杂物经过精炼也不能完全去除，它使金属熔体粘度增大，降低凝固时铝液的补缩能力。
二次氧化夹杂物主要是在浇注过程中形成的，在浇注时，铝液和空气接触，氧与铝作用形成氧化夹杂物。
铝合金在熔炼过程中与炉气中各种成分接触，生成AL2O3等化合物。
铝液中的Al2O3会增加铝合余熔体的氢含量，所以，铝液中的AL2O3(含量对铝铸件中气孔的形成有很大的影响。
2 过滤净化方法
泡沫陶瓷过滤技术于20世纪70年代问世，在美国、加拿大、日本、法国、澳大利亚、瑞士等同家迅速得到广泛应用。
采用泡沫陶瓷过滤板过滤口前是清除铝熔体中夹杂的最有效方法。
近年来，国内外还研究厂一些净化铝液的新技术，如真空动态处理、超声波连续去气净化和刚玉质陶瓷过滤器，收到了很好的效果。
但这些工艺方法较为复杂，成本很高，难以在上业牛产中大量推广。
至于金属过滤网、纤维布过滤，只能除去铝合金熔体中的大块夹杂，但对微米级以下的夹杂无法去除，而且金属滤网还会污染铝合金。
采用泡沫陶瓷过滤板，能滤除细小夹杂物，显著提高铸件的力学性能和外观质量。
３过滤原理
泡沫陶瓷过滤板具有多层网络、多维通孔，孔与孔之间连通。
过滤时，铝液携带夹杂物沿曲折的通道和孔隙流动，与过滤板泡沫状骨架接触时受到直接拦截、吸附、沉积等作用。
当熔体在孔洞中流动时，过滤板通道是弯曲的，流经通道的熔体改变流动方向，其中的夹杂物与孔壁砧撞而牢固的粘附在孔壁上。
4 过滤板的使用和选择
泡沫陶瓷过滤板安装在炉口与分流盘之间的过滤箱里，过滤箱由“中耐五号”耐火材料制成，它能经过于行次激冷激热而不开裂，打着强度高、保温性能好等优点，是目前制作过滤箱、流槽等最好的材料过滤箱离分流盘越近越好，原因是这样能缩短铝液过滤后的流动距离而减少或避免氧化物的再次产生。
铝液从炉口流出经过过滤箱，再通过流槽流八分流盘。
过滤装置起动时，熔体过滤前后的落差约50mm，随着过滤时间的延长，过滤板表面和孔壁上夹杂物增加、过滤流量减小、前后蒋差增加，至铸造结束时，落
差增加至60—120n皿。
选择过滤板必须根据铝液流量而定，其次，应考虑熔体的清洁度、夹杂物最高含量和熔体总通过量(见表1、表２)
过滤板的过滤效果主要山它的尺寸和孔隙度来保证，过滤板的孔隙越大，除渣效果越差，对于要求很严格的铝铸件，应选择孔隙小的过滤板。
如选用4０~45孔／英寸(1 7707L／m)的过滤板。
5 过滤装置的设计
设计过滤装置时，应根据被选过掂板的规格，以及考虑炉口、分流盘的落差，必须保证过滤板在熔体铸造时浸没在铝液内。
此外，还必须考虑到安装和拆卸很安全方便，在熔体铸造完后能把过滤箱内的铝液全部流完(见图1)。
6 过滤效果
实践证明，泡沫陶瓷过滤板是目前除去名熔体中的氧化夹杂的最有效工具。
一般的纤维过滤只能除去大块夹杂，而泡沫陶瓷过滤板可同时滤除大块夹杂和细小夹杂物(见表3)。