ADC12稀土鋁合金熔煉工藝的優(yōu)化＊

車海亮 雒衛(wèi)廷 田澍 任小文 杜永利

（山西呂梁學(xué)院，山西呂梁 033000）

1. ADC12稀土鋁合金的基本特性

ADC12稀土鋁合金在實(shí)際的生產(chǎn)中具有較高的使用價(jià)值，其性能較好，性質(zhì)穩(wěn)定，耐腐蝕并且強(qiáng)度較高，可以在鑄造的過程中實(shí)現(xiàn)多種形態(tài)的改變。在ADC12稀土鋁合金的結(jié)構(gòu)中，由于其為鋁合金，因此Al元素含量相對較高，其中所含的Mg、Cu元素可以為相應(yīng)的稀土鋁合金提供有效的耐腐蝕保護(hù)以及力學(xué)性能方面的提升。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)注意ADC12稀土鋁合金與Fe元素的相互接觸與反應(yīng)，這兩種元素在接觸的過程中會(huì)出現(xiàn)相互之間的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而造成最終鑄造的鋁合金元件出現(xiàn)性能下降的情況，影響其實(shí)用價(jià)值[1]。

2. ADC12稀土鋁合金的熔煉方法選擇

2.1 化料方法

在ADC12稀土鋁合金的熔煉過程中，需要對鋁合金進(jìn)行相應(yīng)的熔煉，其中涉及多種方法的使用。比較常見的熔煉化料方法有電解方法和燃?xì)夥纸夥椒ǎ@兩種方法在ADC12稀土鋁合金的熔煉化料過程中都能起到較好的作用，發(fā)揮出較好的效果。在電解熔煉化料方法中，會(huì)使用到電解鋁液來實(shí)現(xiàn)對于稀土鋁合金的熔煉效果，一般會(huì)將電解鋁液的溫度提升到700℃～800℃，將其注入爐內(nèi)，之后將鋁合金材料放入到爐內(nèi)，使兩者之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而促使相應(yīng)的稀土鋁合金逐漸開始融化，繼而實(shí)現(xiàn)對于ADC12稀土的熔煉以及化料操作。而且這種方式進(jìn)行化料操作消耗的能源相對較少，成本相對較低。但是由于電解鋁液具體的形式為液體，并且ADC12稀土鋁合金在實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的雜質(zhì)以及氣體，這會(huì)導(dǎo)致最終ADC12稀土鋁合金的化料完成后出現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的雜質(zhì)堵塞問題[2]。

在燃?xì)饣戏绞椒矫?，可以?shí)現(xiàn)對于ADC12稀土鋁合金的有效化料，其化料效率與電解化料方式差別不大，主要使用的是天然氣為原材料進(jìn)行鋁合金的化料操作，由于這種方法的使用原料為氣體，因此在實(shí)際的操作過程中，稀土鋁合金的實(shí)際操作中不會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，并且對于化料之后的鋁液質(zhì)量也有一定的提升作用，但是在過程中的能耗相對較大，與電解方式相比能耗要上升20%左右。

2.2 配料要求

在ADC12稀土鋁合金的熔煉過程中，除了化料之外，還需要將稀土鋁合金的鋁液進(jìn)行定型操作，這需要使用到廢料作為準(zhǔn)備材料參與到實(shí)際的定型中，因此在配料的準(zhǔn)備方面需要進(jìn)行嚴(yán)格的考慮。在廢料的選擇方面，可以將廢料分為3個(gè)等級，一級廢料在實(shí)際應(yīng)用中需要達(dá)到板材厚度為1mm～1.5mm，相對厚度較大，二級板材厚度為0.3mm～1.0mm，三級廢料的板材厚度為0.03mm～0.3mm。在廢料的選擇中，需要根據(jù)最終的鋁合金熔煉結(jié)果以及加工生產(chǎn)產(chǎn)品的種類進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，一般最終生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度與稀土鋁合金的實(shí)際廢料厚度有關(guān)。

3. ADC12稀土鋁合金的材料控制

在現(xiàn)今的ADC12稀土鋁合金熔煉過程中，材料準(zhǔn)備的鋁錠在質(zhì)量以及處理方面都有一定的要求。部分稀土鋁合金采用的鋁錠是純度相對較高的鋁錠，這種原材料在實(shí)際的應(yīng)用過程中不會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)較多的情況，可以實(shí)際投入到熔煉過程中。但是由于該種原材料相對的成本過高，因此需要在實(shí)際的稀土鋁合金熔煉過程中實(shí)現(xiàn)對于稀土鋁合金的回爐鋁合金的質(zhì)量檢查，保證鋁錠在實(shí)際的應(yīng)用中可以滿足鋁合金熔煉操作中的國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。由于回爐鋁錠的實(shí)際質(zhì)量相對不佳，因此需要做好對于鋁合金原材料的除渣以及精煉的操作，保證鋁合金材料的質(zhì)量前提下才能將相應(yīng)的ADC12稀土鋁合金原材料放入設(shè)備中進(jìn)行熔煉操作。

在除渣過程中，需要對鋁合金進(jìn)行詳細(xì)的操作。由于稀土鋁合金的性質(zhì)相對比較活潑，因此在實(shí)際的除渣過程中，想要采用鋁液靜止懸浮的方式除渣是不可行的，需要使用相應(yīng)的除渣劑進(jìn)行稀土鋁合金的雜質(zhì)消除。除渣劑中含有的特殊鹽成分對于稀土鋁合金來說具有分離作用，其能夠與鋁合金中的Al2O3發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)鋁渣的初步分離，將其吸附后排出。并且在渣排出之后，還需要對相應(yīng)的稀土鋁合金進(jìn)行炒灰處理，進(jìn)一步將其中的鋁液排出，并將其中相應(yīng)的渣進(jìn)行清除。在進(jìn)行除渣的過程中需要按照5∶6的比例進(jìn)行除渣劑以及鋁錠原材料的投入，并且在實(shí)際的除渣過程中需要以恒定的速度攪拌20min左右。在過程中，鋁液會(huì)逐漸升溫至700℃，需要在過程中注意相應(yīng)的防燙措施，以避免出現(xiàn)事故。

在鋁合金的原材料中，想要保證熔煉之后的鋁合金的質(zhì)量，還需要進(jìn)行精煉。由于鋁原材料在制作過程中會(huì)出現(xiàn)氣泡產(chǎn)生，因此在實(shí)際的稀土鋁合金制作中，需要將相應(yīng)的稀土鋁合金進(jìn)行精煉，將其中的氣泡去除干凈。需要使用到氮?dú)鈦碜鳛榫珶挼脑牧希诓僮鬟^程中，將氮?dú)獯虺晌⑿馀莺髧娙朐牧现?，之后均勻控制旋轉(zhuǎn)除氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，對原材料進(jìn)行全面地精煉，氮?dú)鈮毫ΡM量保持在0.2MPa左右，整個(gè)精煉的過程需要持續(xù)3min～5min，期間不能夠中斷，這需要相應(yīng)人員注意，保證原材料可以與氮?dú)庵g有著充分的接觸。

4. ADC12稀土鋁合金的熔煉過程

4.1 稀土鋁合金的保障爐檢查

ADC12稀土鋁合金在熔煉過程中的主要設(shè)備應(yīng)用就是保障爐，在保障爐中，可以實(shí)現(xiàn)對于稀土鋁合金材料的反應(yīng)與熔煉工作。因此需要對保障爐的質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保保障爐的質(zhì)量可以達(dá)標(biāo)。在進(jìn)行熔煉之前，要對保障爐中進(jìn)行清理操作，避免在進(jìn)行鋁合金熔煉操作之前對保障爐造成污染，并且還要對過程中使用到的鋁合金保障爐各類工具進(jìn)行清理，保證相應(yīng)的工具能夠滿足ADC12稀土鋁合金的熔煉需求。需要在保障爐的內(nèi)壁上涂刷一層氮化硼來維持熔煉過程中的穩(wěn)定性，避免在熔煉過程中出現(xiàn)保障爐與材料之間的交互。在保障爐的材料投入方面，需要保證廢料與材料之間的比例為5:6，并且廢料與材料中并不含有任何雜質(zhì)，進(jìn)而保證保障爐在進(jìn)行稀土鋁合金的熔煉之前的清潔程度。

4.2 熔煉過程

在熔煉過程中，最先需要使用700℃的溫度將保障爐烘烤約9min左右的時(shí)間，保證保障爐中的水汽蒸發(fā)，提前進(jìn)行預(yù)熱[3]。在實(shí)際的操作中，需要預(yù)先將鋁合金材料放在爐中進(jìn)行熔化，過程中需要保證鋁合金熔化的溫度一直保持在730℃～750℃，最高不得超過760℃，一旦超過這個(gè)溫度，鋁合金在實(shí)際的熔煉過程中就會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)，造成最終熔煉的鋁合金質(zhì)量以及成色出現(xiàn)問題。在鋁合金融化至液體形態(tài)之后，向其中注入Cu、Fe等金屬參加熔煉反應(yīng)，保證鋁合金最終的熔煉成色，加入相應(yīng)的廢料之后，爐內(nèi)的溫度會(huì)有所下降，大約下降至700℃左右，此時(shí)需要讓其與鋁合金溶液充分融合，實(shí)現(xiàn)對鋁液內(nèi)雜質(zhì)的充分去除，需要進(jìn)行相應(yīng)的攪拌，避免兩者之間的反應(yīng)不充分。時(shí)間約1min，之后需要將溫度提升至740℃，繼續(xù)加強(qiáng)對于鋁合金溶液的雜質(zhì)去除。此時(shí)可以加入除渣劑與精煉劑，兩者的含量約為1%即可。在加入相應(yīng)的反應(yīng)劑來促使稀土鋁合金發(fā)生反應(yīng)過程中，需要保證在加入之后進(jìn)行適當(dāng)攪拌，攪拌需要保持勻速，速度不能過快，很容易導(dǎo)致鋁液濺出，該過程整體需要維持2min～3min即可，之后進(jìn)行扒渣操作，將浮在表面的雜質(zhì)殘?jiān)M(jìn)行清理，保證鋁液熔煉之后的純度。在熔煉除渣之后，將升溫至750℃的稀土鋁合金放入水冷銅模中進(jìn)行冷卻塑形。

4.3 燒損率控制

在稀土鋁合金的熔煉過程中，由于鋁的化學(xué)性質(zhì)相對活潑，并且稀土鋁合金的熔煉溫度掌握變動(dòng)范圍相對較大，因此，在鋁合金熔煉過程中經(jīng)常出現(xiàn)熔煉燒損的情況，很容易導(dǎo)致稀土鋁合金熔煉工作的成本增加，不利于鋁合金熔煉工作的進(jìn)一步發(fā)展。在對稀土鋁合金的燒損率進(jìn)行控制中，需要對熔煉工藝方面進(jìn)行控制優(yōu)化。最先就是對稀土鋁合金中的裝料過程進(jìn)行控制，在電解化料的方法中，需要使用電解鋁液，在進(jìn)行熔煉之前，將電解鋁液以常溫形態(tài)注入爐中，之后再將原材料放進(jìn)其中，在相對低溫下，兩者之間的反應(yīng)速率相對較小，因此，稀土鋁合金的實(shí)際熔煉效果波動(dòng)也并不大，可以保證燒損率的控制。一般正常的燒損率都會(huì)在52%左右，但是能夠通過工藝的改進(jìn)之后，其燒損率可以下降約4%左右。

對燃?xì)饣戏ǘ裕谌蹮捴翱梢韵葘U料放入保障爐中，之后在保障爐中放入稀土鋁合金以及其他原料。這種工藝的使用方法可以讓材料之間實(shí)現(xiàn)相互充分的融合，并且在實(shí)際應(yīng)用中可以保障爐內(nèi)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行熔煉的時(shí)候，需要將溫度控制在760℃以下，避免鋁出現(xiàn)氧化反應(yīng)導(dǎo)致燒損情況出現(xiàn)，并且需要在過程中不斷地?cái)嚢?，以保證鋁液與其他材料之間的充分反應(yīng)與融合，并且在鋁合金熔煉中降低氧化反應(yīng)出現(xiàn)的概率，讓鋁合金在實(shí)際的熔煉過程中保持自身狀態(tài)的平穩(wěn)。通過對攪拌2min～3min與攪拌1min的鋁液反應(yīng)情況最終的燒損率情況來看，前者的燒損率相對于后者的燒損來說下降了1.2%。在精煉過程中需要控制精煉劑的質(zhì)量，由于精煉劑對于實(shí)際的鋁合金精煉會(huì)起到重要的影響作用，因此在實(shí)際的使用過程中，需要嚴(yán)格控制精煉劑的種類以及精煉劑的使用劑量。使用兩種質(zhì)量不同的精煉劑，對過程中的燒損率進(jìn)行對比，質(zhì)量較好的精煉劑在燒損率方面達(dá)到了2%，而對于質(zhì)量相對不佳的精煉劑的熔煉使用過程中，其燒損率達(dá)到了2.7%，兩者之間的燒損率對比具有一定的差距，可以對稀土鋁合金熔煉過程中的成本進(jìn)行控制，以提升ADC12稀土鋁合金的實(shí)際熔煉效果。

4.4 稀土合金的凝固作用機(jī)制

在稀土鋁合金的熔煉過程中，最終需要涉及鋁合金的熔鑄以及凝固，因此在實(shí)際容量中添加相應(yīng)的元素來促使鋁與其之間的相互融合，有利于提升鋁在熔煉過程中的質(zhì)量以及效果提升。在鋁合金的凝固機(jī)制中，一般經(jīng)常采用的元素是Cu、Mg等物質(zhì)，這部分物質(zhì)在加入到鋁合金溶液中時(shí)具備較好的溶解度，在650℃的溫度條件下可以實(shí)現(xiàn)0.05%左右的溶解度。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，Y元素對于鋁合金熔煉中的溶解度方面具有更加顯著的效果，其在實(shí)際的熔煉中可以起到溶解度的提升作用。在650℃的溫度條件下，其在鋁合金中的溶解度為0.19%，相對于Mg、Cu等物質(zhì)來說具有更卓越的溶解度。這是因?yàn)閅原子與Al原子之間的互補(bǔ)性，由于Al原子中的結(jié)構(gòu)是一種晶粒形狀，其表面有縫隙，并不規(guī)則，但是Y原子在與Al原子相互反應(yīng)之后會(huì)在原子表面實(shí)現(xiàn)相互之間的契合。這種情況能夠讓兩者之間形成微小晶粒，保證其在鋁合金熔煉過程中的凝固性能。Y元素在鋁合金熔煉中具有良好的凝固作用，對現(xiàn)今的稀土鋁合金發(fā)展具有重要意義。

4.5 鋁溶體中雜質(zhì)凈化工藝

4.5.1 雜質(zhì)種類

在鋁合金的熔煉過程中，會(huì)出現(xiàn)鋁合金溶液中的雜質(zhì)問題，會(huì)導(dǎo)致最終水冷凝固的鋁模塊出現(xiàn)內(nèi)氣泡或者邊緣斷裂的情況，對實(shí)際的ADC12稀土鋁合金熔煉的質(zhì)量產(chǎn)生不佳的效果。因此，在鋁合金熔煉過程中，一般會(huì)出現(xiàn)的雜質(zhì)種類有：一是鋁合金的溶體夾渣，這是因?yàn)樵阡X合金的熔煉過程中溫度超過750℃，導(dǎo)致鋁合金的原子與分子出現(xiàn)顏色改變，進(jìn)而造成了夾渣的出現(xiàn)；二是鋁溶體含鎂夾渣，這種夾渣是因?yàn)樵阡X合金中出現(xiàn)了氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋁合金中的鎂出現(xiàn)燒損狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致雜質(zhì)的出現(xiàn)。

4.5.2 吹氣法

想要凈化鋁合金在熔煉過程中出現(xiàn)的相應(yīng)的雜質(zhì)，可以使用吹氣法，這種方法在實(shí)際使用中比較常見，通過氫氣在鋁溶體中的擴(kuò)散與反應(yīng)使氫氣向著上部逐漸擴(kuò)散，以此來實(shí)現(xiàn)對于過程中的鋁溶體中雜質(zhì)的吸附與上浮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋁熔煉過程中雜質(zhì)與氣體的清除。

4.5.3 過濾法

過濾法是采用各類材料來實(shí)現(xiàn)對于鋁合金溶液中雜質(zhì)的去除，在材料的選擇與使用方面，最好使用相應(yīng)的中性材料，避免在過濾過程中出現(xiàn)鋁合金與其之間的反應(yīng)，在實(shí)際的過濾法使用過程中，可以對鋁合金中的雜質(zhì)進(jìn)行有效的過濾，實(shí)現(xiàn)鋁合金熔煉的最終純度提升。但是其對于鋁合金溶體中的氣體清除相對效果有限，需要使用到相應(yīng)的吹氣法來實(shí)現(xiàn)兩者之間的相互操作，從而促進(jìn)整體的鋁合金熔煉純度的提升。

4.5.4 溶劑法

溶劑法去除雜質(zhì)的方式在稀土鋁合金熔煉過程中的使用比較常見，不論是精煉還是除渣劑的使用，本質(zhì)上都是一種溶劑法進(jìn)行雜質(zhì)去除的使用方法。在實(shí)際的溶劑法使用過程中，其主要是依靠使用過程中的溶劑分子張力以及溶劑與雜質(zhì)之間的相互吸附實(shí)現(xiàn)對于雜質(zhì)的去除。

4.5.5 非吸附凈化法

這種方法在稀土鋁合金的熔煉過程中的使用頻率相對較低，因?yàn)槠湓硎峭ㄟ^鋁合金與雜質(zhì)之間的密度不同，通過真空或者靜置的形式方法將相應(yīng)的稀土鋁合金中的雜質(zhì)排除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)的去除。

5.結(jié)論

ADC12稀土鋁合金在熔煉過程中的工藝優(yōu)化，能夠保證鋁合金的熔煉成品的質(zhì)量以及純度，從全方位多角度對鋁合金的成品質(zhì)量進(jìn)行提升。稀土鋁合金熔煉工藝需要在各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化與控制，去除雜質(zhì)、溫度、材料處理等方面都需要做到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母倪M(jìn)，以保證ADC12稀土鋁合金的熔煉質(zhì)量。