有色金属熔炼与铸锭4-2.ppt

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有色金属熔炼与铸锭4-2.ppt

大型铝合金铸件 . 合金熔化及炉外精炼 有色合金 材冶学院:张国志 第一章.铸造铝合金的熔炼 铝合金熔炼要求铝液: (1).成分合格,均匀; (2).气体少,夹杂物少;(比铸铁和铸钢要求严格) (3).变质良好;(细化组织) (4).温度适宜。 铝合金的熔炼特点: (1).易氧化;(2).易吸气;(3).易夹渣;(4)合金元素比重差大,熔点差别大,易偏析. 要获得质量良好的合金液,要控制许多环节:熔炼工艺,加料;精炼;变质;炉前检验等;其中主要是精炼和变质. 铝合金熔炼用炉主要有: 焦炭坩埚炉; 煤气炉; 电阻炉; 火焰反射炉;电阻反射炉;感应炉(工频; 中频) 铝合金熔炼用炉 (1)焦炭坩埚炉. 优点: 适应性强,投资少,结构简单,适合于中小车间.(地下) 缺点: 易氧化; 不易控温, 工作环境差, 产量小. 焦炭反射炉 单设燃烧室,高温炉气加热坩埚 . (2)煤气炉 优点:熔化快,温度比焦炭炉容易控制,合金液质量好,工作条件好.容量150千克,需2~3小时熔化. 倾转式煤气熔铝炉 . (3)火焰反射炉 通过喷嘴,烧重油,用于大型连续铸锭.熔十几吨铝液. . (4)电阻炉 优点:炉气中性,不易氧化,容易控温,劳动条件好. 20~200千克,大的可容500千克. 缺点:耗电多,成本高,熔化慢. (5)电阻反射炉 (硅碳棒式,电阻丝式) 优点:炉气稳定,吸气少,铝液质量好,条件好, 缺点:耗电多,不能在炉内进行变质处理. . (6)感应炉 无芯工频感应电炉 优等:氧化少,控温好,劳动条件好,容量变化大,熔化速度快. 缺点:设备投资大,用电多.成本高. 一般工厂用电阻炉;焦炭炉;煤气炉,油炉多. 大容量的用火焰反射炉. 有芯感应电炉 . 1-2铸造铝合金的精炼 (1)精炼的目的:去除氧化夹杂,Al2O3,除H2气. (2)氧化夹杂的来源: N2;O2;CO2; CO不溶于铝液中,形成化合物; Al+3/4O2 =1/2Al2O3 Al+1/2N2=AlN (T900℃) Al+3/2H2O =Al2O3+3H2 Al+3/4CO2 =1/2Al2O3 +3/4C Al+1/2CO =Al2O3 +1/6Al4C3 Al的上述反应都形成Al2O3 (3) H2的来源及在Al中的溶解: H2 →2[H] H的原子半径R H =0.37A; R Al=1.428A,铝中空气体的20~80%是H2, 空气中H2的分压很低, 5X10-5 H2主要来自水蒸气反应: Al+H2O → Al(OH)3+3/2H2 炉料中含有水分易形成H2, 油类C.H化合物:Al+CmHn →m/3Al4C3+n/2 H2 铝合金炉料要防水,防油. H2在铝中的溶解度与温度有关,也与H2分压有关,溶解度S, 单位ml/100g S=m√PH2O .EXP(ES/2RT) M—常数; T—绝对温度; R—气体常数; ES —H2的克分子溶解热. 从上式可看出: PH2O↑, T ↑,则S ↑,吸H2增加. (4)影响H2在铝中溶解的因素: 1).铝的氧化膜保护合金熔体;Al-Cu;Al-Si;Al-Zn合金不需覆盖,Mg,Ca形成疏松的氧化膜加入0.03~0.07%Be,优先氧化,填补MgO的空隙,有效地防止氧化. 2).合金元素的影响,Si增加,氢的溶解度增加. 3).熔炼速度的影响,快速熔炼,不允许过热,减少吸气. (5)铝液中H2的析出. 1). PH2O 和T温度的影响 T=700℃时, PH2O=100汞柱时, H2溶解度:0.426ml/100g 10 0.135 T=600℃时 PH2O=100汞柱时, H2溶解度:0.139ml/100g 降低PH2O 和T,则溶解的H减少. 2).铝液中H2的析出的动力学.形核,析出,扩散,逸出,要去除铝液中的气体,需要一定的条件. PH2 P外= PA+ PM + 2σ/R PH2 –气泡压力; P外–气泡外部压力, PA –炉气压力; PM –金属静压力. R –气泡半径; σ –表面张力, 由于有氧化物作为核心, 2σ/R可以略去. 在真空条件下,外压低,有利于H2的析出 降低原始H2含量的工艺措施. 1)炉料干燥脱水,设备工具预热,控制水蒸汽不与铝液接触. 2)真空熔炼;惰性气体保护熔炼. 3)精炼除气. (6).铝合金熔体的精炼. 精炼的目

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