試論爐料質量對鋁合金熔鑄質量的影響及其應對措施

劉 彬

（中鋁山東工程技術有限公司，山東 淄博 255000）

鋁合金的應用越來越廣泛，主要是因為鋁合金與其它合金和金屬單質相比，不僅具有合金硬度大、密度小的特點，還具有鋁制品專有的易在表面形成致密的氧化鋁保護膜特性，從而具有很好的抗腐蝕性能。小到普通家庭中的鋁合金門窗，大到各類飛機、火箭、汽車和船只的制造都會用到鋁合金，它應用到人民生活的各個方面，這也決定了鋁合金的重要性。因此不斷的改善鋁合金制造生產工藝，提高鋁合金熔鑄質量是非常必要的。相關人員可以將關注點放到爐料質量上，從根本上解決鋁合金熔鑄質量問題。

1 爐料質量對鋁合金熔鑄質量影響

1.1 爐料中電解鋁液的影響

在制作鋁合金的爐料中，主要包括了電解鋁液以及一些廢料，為了更好地形成防腐蝕的特點，還有其他的合金添加劑。其中電解鋁液是最重要的爐料，也是占據(jù)分量最大的鋁合金熔鑄用爐料。因此要研究爐料質量對鋁合金熔鑄質量的影響，首先要研究爐料中電解鋁液對鋁合金熔鑄質量的影響。從化學角度分析，制取鋁的電解液種類繁多，這里用到的電解鋁液主要是讓冰晶石作為電解質的溶劑，因為冰晶石能夠通過改變自身結構作為很好地助溶劑；溶質是三氧化二鋁，在進行制取鋁的過程中，將單質碳作為電極的陽極，與三氧化二鋁發(fā)生氧化還原反應，從而使氧化鋁中的鋁的化合價降低生成單質鋁，單質碳的化合價升高形成二氧化碳。在參加反應的物質中，會摻雜很多不需要的雜質，對爐料中電解鋁液的質量造成影響。當電解鋁液中出現(xiàn)水、氧化鈣、氧化鈉、氧化鐵、氧化鎂等雜質時，對爐料的質量以及鋁合金熔鑄的質量造成的影響主要體現(xiàn)在這幾個方面。第一個方面是溫度問題，因為制取單質鋁的過程會需要較高的溫度，經(jīng)過電解質溶液分解出的電解鋁液的溫度大概在九百二十攝氏度左右，再通過專用的電解鋁液運輸工具運到下一個工藝流程處，在這個運輸過程中，因為運輸工具不是完全密閉的，會經(jīng)過一部分的散熱過程，讓電解鋁液的溫度下降大概七十攝氏度，這樣進入下一個流程進行熔煉時電解鋁液的溫度就是八百五十攝氏度，因為熔煉過程的溫度大概在七百五十攝氏度，這就造成了電解鋁液的溫度過高。溫度過高對于熔煉的影響是讓熔體的氧化過程變長，氧化更加劇烈，會造成鑄錠的體積變得更大，因此會使鑄錠開裂的可能性增大，影響鋁合金熔鑄質量。第二個方面是電解鋁液的氫元素含量較多，在進行單質鋁的制取過程中，因為溶劑中會有水，水經(jīng)過電解過程會出現(xiàn)大量的氫氣和氧氣，其中氫氣會溶解在電解質溶液中，在進行熔鑄的流程時，因為氫氣屬于氣體而且密度是最小的物質，導致制取的鋁合金出現(xiàn)很多的氣孔，讓整個結構不能有很好的緊密性。氫氣含量過多也會讓熔鑄件出現(xiàn)氧化分層的現(xiàn)象，導致“氫脆”的缺陷和問題。第三個方面就是包含的雜質含量過多、雜質種類過雜的現(xiàn)象。因為電解鋁液沒有經(jīng)過專業(yè)的凈化除雜過程，會導致其中的各類金屬氧化物和水含量過多，在這些雜質中含量最多的就是水晶石分離出的鈉元素。在這些雜質中，鈉元素因為具有較脆的特性，會導致鋁合金相關的成品中出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象增加；因為鐵元素和硅元素的相對原子質量較大，同時體積過大硬度過大的元素進入鋁合金的制品中，也極有可能讓熔鑄后的鋁合金制品出現(xiàn)部分裂痕；水的影響是會造成成品的密度更小，但是不均勻的氣泡出現(xiàn)，會導致整個成品的堅韌度遭到破壞，從而易造成鋁合金制品更容易被破壞。還有一些不容易去除、不易溶解的雜質，會一直存在于鋁合金制品中，影響鋁合金熔鑄質量。最后是在鎂元素和鈉元素的影響下，其粘合度會相應增大，使鋁合金的制品在鑄造時沒有很好的可塑性，使形狀不能夠很好地確定?？偠灾?，無論是電解質溶液中出現(xiàn)哪種雜質，過量的情況下都會對鋁合金熔鑄質量造成不同程度的影響。

1.2 爐料中合金添加劑的影響

合金添加劑雖然在爐料中所占的比例較小，但是因為其在鋁合金熔鑄過程中起到關鍵的作用，也應該在對鋁合金熔鑄過程質量研究過程中給予重視。在鋁合金的鑄造過程中一般需要的合金添加劑主要是鋁銅合金、鋁鐵合金、鋁鎂合金等，它們的質量會嚴重影響爐料和鋁合金的質量。合金添加劑對于爐料質量的影響主要體現(xiàn)在純凈度和組織結構上，從組織結構方面分析，在對合金添加劑進行冷卻的過程中需要嚴格的掌控冷卻的時間和溫度，這樣才能夠避免合金添加劑中的組織結構過于粗糙，從而影響鋁合金熔鑄質量。從純凈度方面分析，如果在選擇合金添加劑供貨商時，沒有經(jīng)過對供貨材料嚴謹?shù)臋z查，或者貪圖便宜購進質量較低、雜質含量較多的產品，會導致引入爐料的雜質隨之增多，電解液中雜質含量過多對鋁合金熔鑄質量造成不良的影響。在對合金添加劑的熔煉方面，因為添加劑種類繁多，會導致熔煉溫度不好控制，如果加熱時間過長、加熱溫度過高就會出現(xiàn)產品質量下降的問題。在合金添加劑的除雜過程中，如果沒有很好地除雜設施，也會讓鋁合金成品的質量出現(xiàn)問題。

2 如何解決爐料質量對鋁合金熔鑄質量的影響問題

2.1 針對爐料中電解鋁液的解決方法

對于爐料中電解鋁液對其質量影響的解決方法有以下幾種，第一種是在電解鋁液投入下一個流程之前，進行提前處理的方式，通過這種方式進行雜志的去除和電解鋁液的凈化，能夠從根源上保證鋁合金熔鑄的質量。實際的操作方式是運用化學試劑相互反應的原理，將被石墨細化的氟化鋁固體溶解在要進行熔鑄的物質里，他會和熔體里面的雜質發(fā)生一系列反應，再依靠稀有氣體氬氣也能進入到熔體里，因為它具有很強的吸附能力，因此會把反應后生成的不可溶性雜質吸附出來，從而去除雜質達到凈化的目的。通過氟化鋁和氬氣結合進行除雜后，會有效的去除鈉元素，從而不會讓鑄造的鋁合金制品變脆，保證了生產的產品的質量。

2.2 改變傳統(tǒng)的電解鋁液進入熔爐的過程

以前普遍采用的將電解鋁液放進熔煉爐的方式是進行直接傾倒，這種方式因為沒有相應的保護措施和密封措施，在將液體倒入后，電解鋁液避免不了和金屬儲存?zhèn)}內壁的碰撞和接觸，這種情況會導致一些熔鑄設備上的金屬物質混入電解鋁液中。在倒入后直到電解鋁液在重力的影響下，全部落到儲存?zhèn)}底部需要一個較長時間的過程，這個過程中不斷的與空氣接觸，空氣中有大量的氧氣、氫氣、水蒸氣等氣體和雜質，這些物質也會在下落過程中融入電解鋁液中，從而導致鑄造件的質量不過關。對電解鋁液入爐過程進行改善，可以給傾倒液體周圍進行密封處理，防止更多的空氣雜質與電解鋁液混合。還可以引進先進的吸入電解鋁液的設備，給電解鋁液入爐過程增加一個動力，從而能夠和重力相配合，縮短電解鋁液進入熔煉爐的時間，也減小電解鋁液與設備的碰撞面積。

2.3 加強合金添加劑的采購監(jiān)督

在進行合金添加劑的采購中，要選擇專業(yè)能力較強、經(jīng)驗豐富的工作人員對采購的廠家進行產品的比對，可以先讓每一位供貨商提供一些樣品，通過對雜質含量和成分的檢驗，選擇更加合適的供貨商。并進行小規(guī)模的投產實驗，從鋁合金鑄造產品的質量分析合金添加劑是否滿足工藝要求。對于爐料中其他原材料的采購也可以仿照這種方式，從而保證鋁合金的熔鑄質量。

3 結語

在不同種類合金的生產過程中，都是以爐料為前提和基礎的，保證爐料的質量能夠在基礎上對合金的鑄造過程進行保障?，F(xiàn)階段生活和生產中對于鋁合金的性能存在依賴性，因此鋁合金生產廠家必須要保證鋁合金熔鑄的質量，這樣才能使軍事設備和民生設備更好的服務于人民。因為爐料組成較為復雜，因此要致力于研究和改善提高爐料的純度和質量，通過相應的措施保證鋁合金的熔煉質量。