试论炉料质量对铝合金熔铸质量的影响及其应对措施

刘 彬

（中铝山东工程技术有限公司，山东 淄博 255000）

铝合金的应用越来越广泛，主要是因为铝合金与其它合金和金属单质相比，不仅具有合金硬度大、密度小的特点，还具有铝制品专有的易在表面形成致密的氧化铝保护膜特性，从而具有很好的抗腐蚀性能。小到普通家庭中的铝合金门窗，大到各类飞机、火箭、汽车和船只的制造都会用到铝合金，它应用到人民生活的各个方面，这也决定了铝合金的重要性。因此不断的改善铝合金制造生产工艺，提高铝合金熔铸质量是非常必要的。相关人员可以将关注点放到炉料质量上，从根本上解决铝合金熔铸质量问题。

1 炉料质量对铝合金熔铸质量影响

1.1 炉料中电解铝液的影响

在制作铝合金的炉料中，主要包括了电解铝液以及一些废料，为了更好地形成防腐蚀的特点，还有其他的合金添加剂。其中电解铝液是最重要的炉料，也是占据分量最大的铝合金熔铸用炉料。因此要研究炉料质量对铝合金熔铸质量的影响，首先要研究炉料中电解铝液对铝合金熔铸质量的影响。从化学角度分析，制取铝的电解液种类繁多，这里用到的电解铝液主要是让冰晶石作为电解质的溶剂，因为冰晶石能够通过改变自身结构作为很好地助溶剂；溶质是三氧化二铝，在进行制取铝的过程中，将单质碳作为电极的阳极，与三氧化二铝发生氧化还原反应，从而使氧化铝中的铝的化合价降低生成单质铝，单质碳的化合价升高形成二氧化碳。在参加反应的物质中，会掺杂很多不需要的杂质，对炉料中电解铝液的质量造成影响。当电解铝液中出现水、氧化钙、氧化钠、氧化铁、氧化镁等杂质时，对炉料的质量以及铝合金熔铸的质量造成的影响主要体现在这几个方面。第一个方面是温度问题，因为制取单质铝的过程会需要较高的温度，经过电解质溶液分解出的电解铝液的温度大概在九百二十摄氏度左右，再通过专用的电解铝液运输工具运到下一个工艺流程处，在这个运输过程中，因为运输工具不是完全密闭的，会经过一部分的散热过程，让电解铝液的温度下降大概七十摄氏度，这样进入下一个流程进行熔炼时电解铝液的温度就是八百五十摄氏度，因为熔炼过程的温度大概在七百五十摄氏度，这就造成了电解铝液的温度过高。温度过高对于熔炼的影响是让熔体的氧化过程变长，氧化更加剧烈，会造成铸锭的体积变得更大，因此会使铸锭开裂的可能性增大，影响铝合金熔铸质量。第二个方面是电解铝液的氢元素含量较多，在进行单质铝的制取过程中，因为溶剂中会有水，水经过电解过程会出现大量的氢气和氧气，其中氢气会溶解在电解质溶液中，在进行熔铸的流程时，因为氢气属于气体而且密度是最小的物质，导致制取的铝合金出现很多的气孔，让整个结构不能有很好的紧密性。氢气含量过多也会让熔铸件出现氧化分层的现象，导致“氢脆”的缺陷和问题。第三个方面就是包含的杂质含量过多、杂质种类过杂的现象。因为电解铝液没有经过专业的净化除杂过程，会导致其中的各类金属氧化物和水含量过多，在这些杂质中含量最多的就是水晶石分离出的钠元素。在这些杂质中，钠元素因为具有较脆的特性，会导致铝合金相关的成品中出现断裂的现象增加；因为铁元素和硅元素的相对原子质量较大，同时体积过大硬度过大的元素进入铝合金的制品中，也极有可能让熔铸后的铝合金制品出现部分裂痕；水的影响是会造成成品的密度更小，但是不均匀的气泡出现，会导致整个成品的坚韧度遭到破坏，从而易造成铝合金制品更容易被破坏。还有一些不容易去除、不易溶解的杂质，会一直存在于铝合金制品中，影响铝合金熔铸质量。最后是在镁元素和钠元素的影响下，其粘合度会相应增大，使铝合金的制品在铸造时没有很好的可塑性，使形状不能够很好地确定。总而言之，无论是电解质溶液中出现哪种杂质，过量的情况下都会对铝合金熔铸质量造成不同程度的影响。

1.2 炉料中合金添加剂的影响

合金添加剂虽然在炉料中所占的比例较小，但是因为其在铝合金熔铸过程中起到关键的作用，也应该在对铝合金熔铸过程质量研究过程中给予重视。在铝合金的铸造过程中一般需要的合金添加剂主要是铝铜合金、铝铁合金、铝镁合金等，它们的质量会严重影响炉料和铝合金的质量。合金添加剂对于炉料质量的影响主要体现在纯净度和组织结构上，从组织结构方面分析，在对合金添加剂进行冷却的过程中需要严格的掌控冷却的时间和温度，这样才能够避免合金添加剂中的组织结构过于粗糙，从而影响铝合金熔铸质量。从纯净度方面分析，如果在选择合金添加剂供货商时，没有经过对供货材料严谨的检查，或者贪图便宜购进质量较低、杂质含量较多的产品，会导致引入炉料的杂质随之增多，电解液中杂质含量过多对铝合金熔铸质量造成不良的影响。在对合金添加剂的熔炼方面，因为添加剂种类繁多，会导致熔炼温度不好控制，如果加热时间过长、加热温度过高就会出现产品质量下降的问题。在合金添加剂的除杂过程中，如果没有很好地除杂设施，也会让铝合金成品的质量出现问题。

2 如何解决炉料质量对铝合金熔铸质量的影响问题

2.1 针对炉料中电解铝液的解决方法

对于炉料中电解铝液对其质量影响的解决方法有以下几种，第一种是在电解铝液投入下一个流程之前，进行提前处理的方式，通过这种方式进行杂志的去除和电解铝液的净化，能够从根源上保证铝合金熔铸的质量。实际的操作方式是运用化学试剂相互反应的原理，将被石墨细化的氟化铝固体溶解在要进行熔铸的物质里，他会和熔体里面的杂质发生一系列反应，再依靠稀有气体氩气也能进入到熔体里，因为它具有很强的吸附能力，因此会把反应后生成的不可溶性杂质吸附出来，从而去除杂质达到净化的目的。通过氟化铝和氩气结合进行除杂后，会有效的去除钠元素，从而不会让铸造的铝合金制品变脆，保证了生产的产品的质量。

2.2 改变传统的电解铝液进入熔炉的过程

以前普遍采用的将电解铝液放进熔炼炉的方式是进行直接倾倒，这种方式因为没有相应的保护措施和密封措施，在将液体倒入后，电解铝液避免不了和金属储存仓内壁的碰撞和接触，这种情况会导致一些熔铸设备上的金属物质混入电解铝液中。在倒入后直到电解铝液在重力的影响下，全部落到储存仓底部需要一个较长时间的过程，这个过程中不断的与空气接触，空气中有大量的氧气、氢气、水蒸气等气体和杂质，这些物质也会在下落过程中融入电解铝液中，从而导致铸造件的质量不过关。对电解铝液入炉过程进行改善，可以给倾倒液体周围进行密封处理，防止更多的空气杂质与电解铝液混合。还可以引进先进的吸入电解铝液的设备，给电解铝液入炉过程增加一个动力，从而能够和重力相配合，缩短电解铝液进入熔炼炉的时间，也减小电解铝液与设备的碰撞面积。

2.3 加强合金添加剂的采购监督

在进行合金添加剂的采购中，要选择专业能力较强、经验丰富的工作人员对采购的厂家进行产品的比对，可以先让每一位供货商提供一些样品，通过对杂质含量和成分的检验，选择更加合适的供货商。并进行小规模的投产实验，从铝合金铸造产品的质量分析合金添加剂是否满足工艺要求。对于炉料中其他原材料的采购也可以仿照这种方式，从而保证铝合金的熔铸质量。

3 结语

在不同种类合金的生产过程中，都是以炉料为前提和基础的，保证炉料的质量能够在基础上对合金的铸造过程进行保障。现阶段生活和生产中对于铝合金的性能存在依赖性，因此铝合金生产厂家必须要保证铝合金熔铸的质量，这样才能使军事设备和民生设备更好的服务于人民。因为炉料组成较为复杂，因此要致力于研究和改善提高炉料的纯度和质量，通过相应的措施保证铝合金的熔炼质量。