铝合金液净化除气及熔体处理概述
铝熔炼废气处理工艺
铝熔炼废气处理工艺铝熔炼废气处理工艺介绍•铝熔炼是一个重要的工业过程，产生大量废气•废气中含有有毒有害物质，对环境和人体健康造成威胁•废气处理工艺能够有效去除有害物质，降低环境污染常见废气处理工艺1. 除尘•熔炼过程中产生大量尘埃•利用除尘设备，如静电除尘器、袋式过滤器等，去除废气中的颗粒物•提高空气质量，防止尘肺病等职业病的发生2. 脱硫•熔炼过程中产生二氧化硫等有害气体•通过脱硫设备，如湿法脱硫、干法脱硫等，将有害气体转化为无害物质•降低废气中的有害物质排放量，减少酸雨的形成3. 尾气处理•铝熔炼中产生大量有机废气•通过尾气处理工艺，如吸附、催化、燃烧等，对有机废气进行处理•减少有机废气的排放，减少甲醛等有害物质对人体健康的影响4. 烟气脱酸•铝熔炼中产生的烟气含有酸性物质，如氯化氢、氟化物等•通过烟气脱酸设备，如湿法脱酸、干法脱酸等，去除酸性物质•减少大气酸化，保护生态环境废气处理工艺的重要性•铝熔炼废气处理工艺能有效去除有害物质，改善环境质量•减少大气污染，保护生态系统的平衡•提高工作场所的空气质量，保护员工的健康•符合环保要求，提升企业形象和竞争力结论•铝熔炼废气处理工艺是保护环境和人体健康的重要措施•除尘、脱硫、尾气处理和烟气脱酸是常见的废气处理工艺•应重视和加强铝熔炼废气处理工艺的应用和研发•通过科技创新，实现更高效、更环保的废气处理工艺优化废气处理工艺的发展趋势•近年来，随着环保意识的提高，对废气处理工艺的要求日益严格•传统的废气处理工艺效率低、投入成本高，需要不断进行优化和改进•新型废气处理装置、新材料的应用和工艺技术的创新是优化废气处理工艺的主要方向新型废气处理装置•采用催化剂和吸附剂等新型材料，提高废气处理效率•引入高效的反应器，增加反应时间和反应表面积，增强处理效果•利用智能控制技术，实现自动化操作和监测，提高处理效率和稳定性新材料的应用•开发高效的脱硫脱酸剂，降低废气中有害物质含量•制备高性能的除尘滤料，提高去除颗粒物的效能•开发新型吸附剂，提高对有机废气的吸附能力工艺技术的创新•利用生物技术处理废气，实现废气的生物降解和生物转化•开发高效的氧化技术，对废气中的污染物进行氧化分解•利用膜分离技术，对废气进行精细处理和回收利用应用前景展望•随着环保意识的不断提高，对铝熔炼废气处理工艺的需求会持续增加•新型废气处理装置、新材料的应用和工艺技术的创新将进一步推动废气处理工艺的发展•强化技术研发和合作交流，加大推广和应用力度，促进废气处理技术的转化和商业化参考文献1.刘海燕, 等. 高温高湿环境下熔炼铝意外事故高效废气处理技术研究[J]. 环境工程学报, 2019, 13(4): .2.魏宇, 等. 熔炼工业废气处理技术进展及研究[J]. 中国建筑技术, 2018, 48(8): 67-71.3.赵京. 熔炼废气处理技术的研究与应用进展[J]. 中国资源综合利用, 2019, 37(2): 43-46.以上参考文献仅为示例，请根据实际情况自行补充。
铝熔炼废气处理工艺
铝熔炼废气处理工艺铝熔炼是指将铝矿石经过冶炼过程转化为金属铝的工艺。
在铝熔炼过程中，会产生大量的废气，其中包括氧化铝粉尘、氟化氢、挥发性有机物等有害气体。
这些废气对环境和人体健康造成潜在危害，因此需要进行有效的废气处理。
铝熔炼废气处理的工艺可以分为物理处理和化学处理两个方面。
物理处理是指通过物理手段来去除废气中的固体颗粒物。
常用的物理处理方法包括重力沉降、过滤和电除尘等。
重力沉降是指利用气体中颗粒物的重力沉降速度不同的原理，将颗粒物从废气中分离出来。
过滤是利用过滤介质的孔隙来截留颗粒物，常见的过滤介质有布袋、陶瓷过滤器等。
电除尘则是利用电场力将颗粒物从废气中除去，适用于细小颗粒物的去除。
化学处理是指通过化学反应来将有害气体转化为无害物质。
铝熔炼中产生的氟化氢是一种有害气体，对人体呼吸系统和眼睛有较强的刺激作用。
因此，常采用碱液吸收法来处理氟化氢废气。
该方法是将废气通过喷淋装置与碱液接触，氟化氢会与碱液中的氢氟酸反应生成无害的氟化钙。
挥发性有机物是另一种常见的有害气体，对环境造成污染且易燃易爆。
处理挥发性有机物废气常采用活性炭吸附法，即将废气通过活性炭床层，有机物被吸附在活性炭表面而得到去除。
除了物理和化学处理方法外，还可以采用生物处理来处理铝熔炼废气。
生物处理是指利用微生物对废气中有害物质进行降解和转化的方法。
例如，可以利用生物滤床来处理铝熔炼废气中的氨气。
生物滤床是由一层特定的生物载体构成，载体上附着着一种或多种能够降解氨气的细菌。
废气通过滤床时，细菌利用氨气作为能源进行生长代谢，将氨气转化为无害物质。
铝熔炼废气处理工艺涉及物理处理、化学处理和生物处理等多种方法。
通过合理选择和组合这些方法，可以有效去除废气中的固体颗粒物、有害气体和挥发性有机物，从而保护环境和人体健康。
在实际应用中，还需要根据具体的废气成分和排放标准，选择适合的处理工艺和设备，确保废气处理效果达到预期目标。
铝熔体在线除气装置的特性及其改进
铝熔体在线除气装置的特性及其改进铝合金熔体的炉内精炼处理其净化效果是有限的，而且熔体在流送过程中易产生二次污染，因此难以控制熔体中的杂质(氢、碱性金属、非金属夹杂)，尤其是每年6月～9月高温多雨季节，铸锭中气孔、夹杂等严重影响其内部质量，导致铝材成品率降低。
因此，在线除气装置一自是我公司熔铸分厂重点研究和改进的对象，近几年先后对几条铸造线进行了技术改造，加装了三种不同的在线除气装置：(1)在一号铸造线和25 t生产线采用Aplur旋转喷嘴除气装置，此后在引进装备的基础上，根据生产实际具体情况，与供货厂家共同设计了经济实用且方便的除气装置。
(2)在5#铸造线上我们加装了自己研发的简单实用的除气装置，它是在流槽上用多个小转子进行精炼，转子间用隔板分隔，使铸次间无金属存留，无需加热保温，运行费用大幅降低，除气效果非常好；这种除气装置避免了一般除气装置金属容积大，铸次间放干料多或需加热保温，运行费用高等问题。
(3)制造出紧凑型除气装置。
其宽度和高度与流槽接近，在侧面下部安装固定嘴供气。
该装置占地极小，放干料少，操作简单，除气效率高，在采用氩气情况下除气率达到36％以上，造价仅仅为传统除气装置的1／4～1／3，运行费用降低30％以上。
今后我们将大量采用这种除气装置。
这几套装置经过在生产中运行证明不仅净化效果好，而且不污染环境。
下面仅对Aplur旋转喷嘴除气装置进行详细介绍，其他除气装置的原理、流程等与其相似。
1 除气工艺流程和原理精炼气体流程：惰性气体储气罐→在线除气装置气体控制柜→石墨转子喷头→处理的铝合金熔体→进行净化除气处理。
工作原理：在保温炉和铸造机之间放置除气装置，在除气处理池中通过旋转的石墨转子将吹入铝合金熔体的氮气切碎，形成大量的弥散气泡，使铝合金液与氮气在处理池中充分接触，根据气压差和表面吸附原理，气泡在熔体中吸收熔体中的氢，以及吸附氧化夹渣(大的以碰撞的方式，小的以径向拦截方式)之后上升到熔体的表面形成浮渣。
浅析提高铝合金熔体纯净度的方法
浅析提高铝合金熔体纯净度的方法铝及铝合金在熔炼过程中，表面极易被氧化生成Al2O3, 同时也极容易吸进气体，特别是氢气。
由于氢和氧化夹杂物的存在，会影响铸棒的纯净度，使铸棒产生气孔、夹渣等缺陷，容易造成后工序成品缺陷，特别是大铸锭铝棒，如果含氢量高或杂质含量高，极易在挤压过程中发生氢脆和膛模现象，对产品质量和生产效率有很大的危害。
因此，在实际生产中，我们需采用合理的净化方法提高铝熔体的纯净度，为后工序提供优质的铝棒。
铝熔体净化方法铝合金熔体的净化方法按其作用原理可分为吸附净化与非吸附净化两个基本类型。
吸附净化是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及固体氧化夹杂物发生物理化学、物理或机械的作用, 达到除气除杂的目的。
如吹气法、过滤法、熔剂法等。
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) , 改变金属与气体系统或金属与夹杂物系统的平衡状态, 从而使气体或固体夹杂物从铝熔体中分离出来。
如静置处理、真空处理、超声波处理等。
1 吹气法吹气法又称气泡浮游法, 是20世纪70 年代发展起来的铝熔体净化工艺，尤其对除氢有良好的效果。
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。
随着对熔体纯净度要求的提高，除氢技术也在不断的改善和发展，已从原始的单管喷吹到多孔吹头，发展到目前的旋转喷头。
20世纪80年代以来，采用旋转喷头吹气处理方法已成为国外先进的铝液净化技术的主要发展趋势，如美国联合碳化物公司研制的SNIF法，即旋转喷嘴惰性气体浮游法。
该设备设有两个石墨制的气体旋转喷嘴，气体通过喷嘴的转子形成细小分散的小气泡，同时随着转子搅动的熔体使气泡均匀的分散到整个熔体中，增加了气体与液体之间的接触面积，延长了气泡在铝液中的运动距离和停留时间，使气体体积增加，吸附熔体中的气体和氧化夹杂物浮游到熔体表面，从而达到除气、除杂的净化效果。
合金熔体的处理(part1)
由外压减小和氢的原子数增加产生的气泡直径 增大过程分析
PH2V H2=nRT 理想气体方程
nRT
V H2 = PH2
V
H2 =
4 r3
3
（气泡呈球形）
PH2= Pat + 0.1ρMH （忽略气泡/熔体表面张力）
4 r3
nRT
=
3
Pat
+
0.1 H M
4 r3
nRT
=
3
Pat
+ 0.1 H M
r3 =
设：气泡内PH2 + PF=1atm
dVF
=
-
dVH2
(
1+ PH2 PH2
)
将氢的标准m3换算为cm3/100g
dVF
=
-
100 m
1+ PH2 PH2
dCH2
m – 合金熔体的重量，t; CH2–合金熔体中的氢 浓度，cm3/100g。
由西华特定律：
PH2 =
CH2 K H2
2
K
2 H2
C dCH2
C C0
2 H2
VF
=
100 m
K
2 H
2
(1C
1 C0
)
除氢所需精炼气 体的最小体积 （简化公式）
如果惰性气体用量一定时，可算出脱气程度。
▪实际操作中，气泡上浮速度较快，未达到平衡
状态时便已逸出。因此所需惰性气体量常大于平 衡计算值。
2.有化学反应的除气热力学
加入元素与气体原子之间的反应式可写为（例如Al液加 RE元素）
通常情况下，第三阶段进行得很快（扩散速度快）， 不会成为控制环节。因此，这里只分析第一和第二阶段的 传质系数。
铝合金熔炼
Al2O3夹杂
1. 来源 铝液与炉气发生氧化反应，O2,CO2,CO,H2O. 2. 氧化铝形态及其特性
形态 η γ 存在条件 低温、短期静置 所有温度， 700~850℃最多 850℃以上
℃
α
3. 铝液中的氢气含量与Al2O3夹杂的关系
夹杂物含量越高，氢含量越高，针孔率越高。
铝合金熔体处理
精炼
③ Cl2 效果好，与氢气和铝液反应生成HCl,AlCl3气体
④ 氯盐
ZnCl2 吸湿，用前重熔脱水 工艺：690~720 ℃，加入铝液，加0.15~0.2%,
静置3-5min
除气原理
铝合金细化和变质
精炼
细化，变质处理
目的 除气，除杂
细化，变质
细化晶粒，改，加变质剂
铝合金液精炼方法
熔剂法
通氮法
通氩法
吸附精炼 精炼方法
浮游法
过滤法 真空精炼
通氯法
氯盐精炼法
非吸附精炼
振动去气除渣处理
吸附精炼
定义：精炼剂，清除氧化夹杂及氢，界面处发生
1. 浮游法
（1）原理 通入惰性气体→产生气泡→氢分压产生
除气除杂
气体来源：铝液与炉气中的水汽反应。 1. 铝液与水汽反应
3 A l 3H O A l OH H2 气 T<250℃ 2 气 固 3固 2
T=400℃
2Al OH 3固 Al2O3固 3H2O 气
T>400℃
Al液 +3 2H2O气 =Al2O3固 3 2H2气
铝合金熔炼设备
坩埚炉
反射炉
铝合金熔炼工艺流程
配料计算 → 炉料准备 → 熔炉、工具准备
铝合金熔体处理之精炼非吸附法综述
铝合金熔体处理之非吸附精炼法
制作人：张保林 陕西工业职业技术学院
铝合金铸件铸造技术课程
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铝合金未精炼前组织
铝合金精炼后组织
如何提高 铝合金的 力学性能 呢？
可以看出，铝合金的精炼处理明显减小了缺陷大小，改善了组
织，从而提高了铝合金的质量。
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THANKS
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浮游法
Байду номын сангаас超声波处理
吸附精炼法
过滤法
非吸附精炼法
直流电精炼
真空精炼
联合精炼法
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超声波处理
原理：向铝液通入弹性波时，弹性振荡经过液体介质（熔液) 传播产生空穴现象，使液相连续性破坏，在铝液内部产生了 无数显微“空穴”，溶入铝中的氢逸入这些空穴中，成为气 泡核心，继续长大成为气泡，逸出铝液，达到精炼目的。 效果：枝晶振碎，成为结晶核心，因而能够细化晶粒。
精炼处理的方法
铝合金液
精炼处理
根据精炼机理，可分为吸 附法和非吸附法两大类。
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非吸附法
依靠其他物理作用达到精炼目的的精炼方法， 统称非吸附精炼法。它对全部铝液有精炼作用，因 此效果比较好。
铝合金铸件铸造技术课程 铝合金铸件铸造技术
种以上的精炼工艺。
联合精炼法的使用
联合
精炼法
为了进一步提高铝液质量。 或者某些牌号铝合金要求严格
铝合金熔体处理之精炼吸附法PPT幻灯片课件
铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技16造术技课术程
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过滤法常用过滤材料
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铝合金熔体现场精炼操作视频
铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技18造术技课术程
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1－高压瓶；2－降压阀；3－橡胶管；4－干燥器； 5－压力表；6－去氧器；7－铁管；8－铝液 铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技9造术技课术程
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通氩精炼
将惰性气体氩气通入，产
生的气泡显著细小，并且
铝液流动性大，气泡总表
面积增加，提高了与气泡
接触的效率，因此除气效
旋转除气示意图
过滤法
过滤法的具体过程
可用非活性过滤物（石墨 粉、镁硅碎屑、玻璃丝网等 ）和活性过滤物（NaF、 CaF、Na3A1F6等）
铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技15造术技课术程
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铝合金的过滤装置示意图
1—反射炉；2—出铝槽；3—铝液；4—铝矾土； 5—铝矾土球； 6-坩埚; 7-过滤容器; 8-浇注器
精炼处理的方法
铝合金液
根据精炼机理，可分为吸
附法和非吸附法两大类。
精炼处理
铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技4造术技课术程
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吸附法
吸附精炼法是依靠精炼剂产生的吸附作用达 到除去氧化夹杂和气体的目的。精炼作用仅发生 在吸附界面上，不能对全部铝液发生作用，效果 受到限制。
铝铝合合金铸金件铸铸件造铸技12造术技课术程
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14
针孔
化合态
熔体测氢含量
5
铝熔体测氢含量方法
直接法 间接法
减压凝固检验法
优点： 设备简单、快速； 装置维护也比较简单； 缺点： 灵敏度较低； 结果是铝合金熔体中 含氢量与夹杂物含量 的综合反映。
6
铝合金熔体中的夹杂物含量与 含氢量具有很大的相关性
7
旋转喷吹除气法
分压差脱气原理
借助于专门设计的吹头向金属液 中通入惰性气体，通过吹头的旋转作 用，在熔体深处形成快速运动的气、 水涡流，使气泡尺寸变得细小、分布 均匀，从而实现浮游精炼的目的。
• Al-Ti-B-RE（有前景） RE---具有变质、精练、净化、除气等作用
10
• 目的：改变共晶硅形貌和尺寸的过程。 使共晶硅由粗大的针、板状变成细小的纤维状或层片状。
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• 初晶Si变质处理 P--- AlP可以作为Al-Si合金初晶Si结晶的异质核心 低熔点P-Cu 中间合金--- “绿色变质剂” • 共晶Si变质处理 Sr---以Al-Sr 形式加入，影响共晶Si的生长以达变质效果 缺点：变质过程有严重的吸气倾向，合金容易产生疏松，使 铸件的致密性有所降低。
12
净化 除气
气体（H2） 检测---减压 凝固
熔体 处理
细化处理
除气---旋转 喷吹
变质处理
13
• • • • • • • • •
叶锦华. 含氢量对铝合金致密性检测的影响[D].沈阳理工大学，2008. 贾征，张志强，乐启炽，崔建忠. 铝、镁合金中氢含量检测方法研究进展[J]. 特种铸造及有色合金，2011，06:571-575. 黄良余，张少宗. 铝合金熔体处理及炉料处理的若干问题——铝合金熔体处理 部分[J]. 特种铸造及有色合金，2001，04:36-39+1-0. 李杰华. 铝合金熔体旋转喷吹除气净化技术的研究[D].西北工业大学，2006. 闫红涛. 铝熔体除氢净化理论与工艺的研究[D].中南大学，2007. 李西前. 铝熔体快速定量测氢系统的研究开发及应用[D].华中科技大学，2006. 袁灿. 熔体处理对356合金凝固特性的影响[D].南京航空航天大学，2012. 孙小平，石路，管仁国，王顺成，戚文军. 铝合金晶粒细化的研究进展与发展 趋势[J]. 有色矿冶，2010，05:32-35. 卫少波，王璠，牛志鹏，祁晓乾. 铝合金晶粒细化剂的研究进展[J]. 铸造技术， 2013，01:89-91.
8
一定量的Ti、B、Zr等中间合金或熔剂
共晶铝硅合金熔体
改善合金的 补缩能力
初晶α(A1) 粗大树枝晶变成细小等轴晶
减少热裂倾向
减小针孔的尺寸
和数量
9
• Al-Ti-B中间合金 B---增强细化能力，提高稳定性和长效性
块状形式加入
（细化效果衰退）
中间合金线材
钛和硼利用率高 细化效果均匀、稳定 细化作用快，细化能力强
北京有色金属研究总院
先进控制凝固与成形工程技术研究中心
• 铝合金液中气体和夹杂物来源及 其检测方法 • 铝合金液体净化工艺及方法 • 铝合金熔体的细化处理 • 铝合金熔体的变质处理
2
3
Байду номын сангаас
密度小 比强度高 塑性好
气体
铝合金
净化除气
夹杂物
熔体处理
熔体质量控制
4
原子态（约90%） 分子态（约10%）