После полного выплавки алюминиевого сплава на поверхности образуется большое количество шламовой пены, состоящей в основном из Al₂O₃ и других оксидов. Эти мелкие шлаковые включения тяжелее расплавленного алюминия, но после агломерации приобретают меньшую плотность. Они всплывают на поверхность, и для их удаления требуется процесс рафинирования алюминиевого сплава. Количество средства для очистки от шлака добавляется в пропорции от 0,21 TP3T до 0,51 TP3T; его равномерно рассыпают по поверхности расплавленного алюминия и тщательно перемешивают на небольшой глубине. Шлак собирают у дверцы печи, закрывают дверцу и оставляют на время. С одной стороны, средство для очистки шлака обладает нагревающим эффектом и способно расплавить расплавленный алюминий, прилипший к наплаву. С другой стороны, оно позволяет эффективно отделить шлак от расплавленного алюминия, что способствует извлечению алюминиевого шлака. Через несколько минут алюминиевый шлак можно без труда извлечь через дверцу печи.
Плавка алюминиевых сплавов — это очень сложный процесс. Содержание различных элементов в расплаве неравномерно. После удаления шлака, перед переливом расплавленного алюминия в ковш, необходимо отобрать пробы для физико-химического анализа, чтобы убедиться, что содержание каждого элемента находится в допустимых пределах до начала дегазации и рафинирования алюминиевого расплава; в противном случае его необходимо соответствующим образом скорректировать.
Процесс рафинирования алюминиевого сплава
В процессе плавки алюминиевого сплава расплавленный алюминий необходимо модифицировать. Модификация проводится перед рафинированием. Перед тем как расплавленный алюминий переливают из плавильной печи в ковш, Модификатор Sr добавляется в нижнюю часть печи в виде сплава, без непосредственного введения метаморфических элементов. В качестве модификаторов обычно используются стержни из алюминиево-стронциевого сплава. Стронций (Sr) является модификатором длительного действия. Процесс модификации может длиться от 6 до 8 часов, в результате чего крупнопластинки кремния преобразуются в мелкодисперсную структуру, что позволяет дополнительно улучшить механические свойства. Такой эффект модификации превосходит добавление в плавильную печь и позволяет снизить уровень окисления и ухудшения качества. После плавления Sr на дне печи следует использовать ротационную дегазацию для равномерного перемешивания с целью уменьшения сегрегации. После модификации Sr расплавленный алюминий быстрее поглощает водород, что приводит к образованию множества микропористостей. Время выдержки после модификации не должно быть слишком длительным. Если оно превышает 1 час, необходимо провести повторное тестирование.
После переливания расплавленного алюминия в ковш необходимо всыпать средство для очистки от шлака и тщательно перемешать, чтобы удалить шлак. Проверьте, достигает ли температура расплавленного алюминия температуры рафинирования. Если температура слишком высокая, необходимо вернуть расплав в печь для охлаждения. Если температура ниже, необходимо подать электричество для повышения температуры. Температура рафинирования поддерживается на уровне 720–740 ℃. Посыпайте поверхность небольшим количеством средства для очистки от шлака до тех пор, пока регулировка не будет выполнена надлежащим образом. Очистка с дегазацией в основном предназначена для удаления газов и водорода. Поскольку при первом интенсивном перемешивании удалось удалить большую часть шлака, но внутри все еще остается небольшое количество алюминиевого шлака, во второй раз необходимо добавить небольшое количество средства для очистки от шлака.
Методы ротационной дегазации и очистки
Распространенные методы ротационная дегазация и очистка к ним относятся дегазационная очистка и очистка методом распыления порошка. Принцип заключается в пропускании инертного газа или очищающий агент на дно печи. Очищающий агент имеет очень низкую плотность, и инертный газ или очищающий агент начинают подниматься со дна печи. Удаляют водород и накипь из расплавленного алюминия для достижения цели очистки расплавленного алюминия. Деаэратор, используемый при дегазационном рафинировании, приводит в движение фланцевую пластину с помощью двигателя, а фланцевая пластина соединена с графитовым ротором, который вращается. Обычные графитовые роторы имеют относительно короткий срок службы и подвержены коррозии и разрушению. В связи с этим графитовые роторы погружают в среду при высокой температуре и давлении, а затем подвергают спеканию и затвердеванию для увеличения их срока службы. Графит этого типа в основном импортируется и является дорогостоящим.
Эффективность очистки с помощью распыления порошка во вращающемся роторе выше, однако при этом легко происходит забивание графитового ротора. В производстве для очистки используется сухой инертный газ или азот высокой чистоты. Газ подводится к фланцу. Фланец начинает вращаться под действием привода от двигателя. Графитовый ротор вращается вместе с фланцем со скоростью 400–600 об. /мин, расход инертного газа (аргона) поддерживается на уровне 15–25 л/мин, азота — 20–40 л/мин, давление составляет (0,4±0,1) МПа. Во время работы сначала открывают газовый клапан, затем медленно опускают дегазатор до тех пор, пока расстояние между графитовым ротором дегазатора и дном ковшовой печи не составит 100–150 мм, и, наконец, включают двигатель для начала дегазации и рафинирования. Время рафинирования составляет 10–20 мин. Чтобы избежать образования вихря, вызванного высокоскоростным вращением графитового ротора, с одной или обеих сторон графитового ротора устанавливается отбойная пластина, которая снижает турбулентность расплавленного алюминия во время вращения. При дегазации с помощью графитового ротора пузырьки имеют небольшой размер, высокую степень дисперсии и обеспечивают хороший эффект. Таким образом, можно гарантировать эффективность дегазации, при этом пузырьки не разрушают поверхностную оксидную пленку, что предотвращает вскипание и позволяет избежать вторичного всасывания.
По завершении дегазации выключите двигатель, поднимите графитовый ротор над поверхностью жидкости, а затем закройте газовый клапан. Поскольку средство для очистки шлака добавляется на поверхность до начала дегазации, алюминиевый шлак плавает на поверхности во время процесса дегазации, поэтому необходимо удалить шлаковую золу. С помощью специального инструмента вычерпайте фильтрат из литейного ковша. Рекомендуется выливать его быстро и ровно на расстоянии менее 50 мм от поверхности жидкости в два специальных тигля. Один из тиглей закаляется при нормальном давлении; второй тигель быстро накрывают стеклянным колпаком и создают в нём вакуум. Давление вакуума должно достигать 8 МПа, а время вакуумирования составляет 3–4 минуты. Поместите тигель в воду для охлаждения, извлеките и вытрите насухо, сначала измерьте плотность при нормальном давлении, а затем — при вакууме. Чем меньше эквивалент плотности, тем ниже содержание водорода в расплавленном алюминии и тем лучше эффект дегазирования и рафинирования. К эквиваленту плотности предъявляются разные требования в зависимости от продукта, и если эквивалент плотности не соответствует требованиям, необходимо провести повторное рафинирование.
Процесс рафинирования алюминиевого сплава сопровождается изменением состава элементов. Например, в процессе производства A356 модификатор Sr добавляется в количестве 0,025% перед дегазацией; содержание Sr после рафинирования и дегазации составляет 0,012%～0,02%, а содержание Sr в отливках составляет 0,008%～0,018%. После рафинирования необходимо провести физико-химический анализ, а в случае несоответствия требованиям — внести корректировки. Посыпание покрывающим веществом производится после того, как и показатель плотности, и результаты физико-химического анализа соответствуют требованиям. Функция покрывающего агента заключается в изоляции от воздуха и предотвращении окисления. В случае короткого времени выдержки насыпать покрывающий агент не требуется. Перед окончательной перевалкой очистите покрывающий агент и используйте его.
