(1). 熔化過程(The Melting Process)

 
楼主  收藏   举报   帖子创建时间:  2009-10-28 08:41 回复:0 关注量:340
 

熔化鋁第一步開始就要明白把固態轉變為液態需要能量輸入. 這鐘情況表示在圖示3-2中, 而且被稱為熔解潛熱. 普通合金元素硅、銅、鎂、鋅和鐵的出現對這种能量要求的影響很小. 而且原則上任何差異都可以合理地被忽略. 不同類型的熔爐給要熔化的金屬提供能量在效率方面不同. 在所有熔爐中首先發生的熱傳遞是熱輻射, 之后當 ‘熔化’ 正在進行之中時, 液体和固体內部及液体和固定之間就會發生熱傳導. 小熔爐中的攪動和大熔爐中使用的熔化金屬汲取裝置都會改善熔化金屬的熱傳遞速度, 減少表面氧化物的堆積. 而且既改善了合金成分的同質性, 又改善了熔堝內整個深度范圍內溫度的均勻性. 為減少重金屬元素 --- 鐵、

圖示3-4. 氫在液体和固体中的溶解度
錳、鋅、銅在熔化過程中的分離采用机械方法良好混合特別重要.

熔化期間兩种其他的狀況特別重要. 鋁太易受氧化且易受氫的吸收. 注意圖示3-3, 它表明氧化隨著溫度的升高而加劇. 不要讓熔爐的溫度升高失去控制.
氫僅為能溶于熔化鋁中的氣体, 而且它很少能溶于固態鋁中, 如圖3-4所示. 對許多現代壓鑄產品來說, 清除產品中的氣体顯得尤為重要. 如果熔化金屬中有太多氣体, 或者氣体沒有清除掉, 那么在壓鑄件的凝固期間, 夾雜的氣体聚集在空腔內就會形成孔隙或微孔. 因此, 熔化期間充分控制減少氧化(物)和氫吸進熔化金屬中去的過程是必要的.
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1      雜質(Impurities)
在所有的熔化鋁中存在的雜質主要有兩种類型 – 夾雜物和氣体. 夾雜物包括金屬化合物和非金屬化合物, 它們基本上都是氧化物.
當所給金屬元素的濃度超過鋁所能夠溶解的量時, 金屬夾雜物就產生了, 并且形成沉淀. 最常見的是沉渣, 當熔化溫度變低和重金屬元素的濃度升高時, 錳和鉻与鋁和硅一起形成沉淀. 非金屬夾雜物包括總會存在的氧化物, 有時會存在的碳化物和其他耐火材料的碎片. 耐火材料夾雜物是由于熔爐或澆包襯里, 坩堝或其他金屬收集容器和運輸容器的磨損都會夾帶進熔化金屬堝(槽)內.
氫和氧的來源包括: 髒的工具, 潤滑劑殘留物, 礦物(化石)燃料分解, 潮气, 化渣粉, 回爐物及加料混合中不想要的雜質. 應當注意的是所有鋁材都有一層鋁氧化皮.
浮渣實質上是鋁在熔化作業過程中形成的, 浮渣是熔化過程中形成氧化物的累積, 或者是每次投料帶進去的. 因為浮渣的密度或比重低于熔化鋁自身的密度或比重, 因此它會浮在熔化坩堝的上面. 當熔化金屬表面變得太熱, 或者熔爐溫度變得過熱時, 熔化金屬表面就會發生劇烈的氧化. 如圖示3-3所示, 浮渣層會明顯增加. 熔化鋁時總會出現一層薄的氧化皮, 實際上多少起一點保護作用, 防止熔化金屬過度氧化, 太厚的氧化層或浮渣是有害的兩大原因. 首先, 在熔化區域或熔爐的預熱室出現厚的浮渣時, 會嚴重延遲熱傳遞. 其次, 浮渣中富含鋁金屬 – 金屬合金成分約為85%– 大部分合金成分要采用二次加工處理進行回收.
1      浮渣的處理(Dross Processing)
在熔化、澆注或除气(在本章后面談論)過程中形成的浮渣在大多數壓鑄鑄造厂里都是非常重要的.  “白色”浮渣或 “濕”浮渣富含金屬 – 通常含有85%的鋁 – 大部分可加以回收. 這樣壓鑄商就可節約一部分金屬. 熔化過程中產生浮渣的數量根据所加材料的狀況(髒材料与干淨材料), 熔化比及熔爐的實際情況可以少到1%, 多到5-6%, 更高的熔化溫度和熱量會導致更多的浮渣形成.
浮渣可以直接在熔爐中使用合适的化渣粉進行處理, 或者在一個諸如葉輪攪拌的容器中處理, 或者在浮渣壓力机中處理. 浮渣在進行熱處理時使用這些輔助工藝可以在浮渣中回收
回來約80%的鋁. 把熱浮渣耙進一個沒有經過適當處理的接收鍋或模具中會導致浮渣 “鋁熱劑”或自燃 . 這樣就把一次可回收的金屬鋁轉化成了不可再回收的氧化鋁. 圖示3-5和3-6分別為不含化渣粉(富含金屬)和含化渣粉的浮渣.

剛玉(corundum)是在熔爐中形成的另外一种特殊形式的夾雜物. 它是一种具有特殊密度和硬度的氧化鋁. 這种物質一旦帶進鑄造爐及后來的鑄件中, 會引起特別的机械加工難度, 熔爐溫度過高, 負向熔爐壓力使空氣吸入, 高硅耐火材料, 熔爐耐火材料維護和清洁不當都有助于剛玉的形成. 一旦在耐火材料壁上形成剛玉, 它就會快速增大, 而且不能使用机械方

圖示3-7. 一塊由α氧化鋁組成的剛正
法很好清除掉. 圖示3-7中就顯示出了剛玉的例子.

沉渣一般是由于碎片的比重或密度比熔化鋁合金的比重或密度更大, 在熔化和控制熔爐過程中沉積形成的. 沉渣會包括很重的氧化鋁, 而且還涉及到一种含有鐵、錳和鉻的特殊金屬間复合而成的沉淀物. 在低溫條件下, 當沉渣成分因素超量時, 這种复合物就形成了. 這种沉渣成分因素的公式表達為:

熔爐控制溫度
溫度 °F
容許的熔爐沉渣
沉渣因素
圖示3-8. 實際出現的沉渣因素決定最低的熔爐控制溫度
因素太高 – 沉渣出現在熔爐中
圖示3-9. 小的沉渣結晶會在鑄勺和/或壓射室中形成.
Fe + 2Mn + 3Cr ≤ 1.8

當這种因素超量時, 沉渣就會形成, 特別是鑄造爐的溫度低于正常溫度時更易形成. 這种關系描述在圖示3-8和圖示3-9中, 這些圖表定義出了在延長控制時間或鑄造期間為保証不形成沉渣而必須控制的最低溫度. 因此為評估沉渣因素通過分析熔爐中的金屬, 來料認証中的金屬, 以及控制爐和鑄造爐中的金屬就顯得尤為重要.
所有的氧化夾雜物, 剛玉、沉渣和浮渣對于壓鑄件的性質都是有害的. 鑄造流動性、机械性質、表面處理過程以及壓鑄件的机械加工性能都要綜合考慮.
     金屬的傳輸(metal Transfer)
現代壓鑄厂輸送熔化金屬有很多种方法. 熔化金屬從熔煉車間傳送到承接容器或鑄造爐要么使用排液口, 熔化金屬泵、流槽, 要么使用澆包. 為避免或減化澆注操作中的紊流應遵守簡單的規程. 否則, 金屬在傳送過程中會明顯地被氧化且有氫气吸入. 例如, 在給一個傳送澆包裝料時, 金屬流的高度或深度應減小. 當金屬傳送裝置使用流槽時避免這种問題, 應定期檢查被加熱和被覆蓋的流槽, 而且有必要實施維護清除氧化物的堆積, 熔爐排液口的碎片, 澆注或傳送操作產生的浮渣都應徹底從接收容器中全部撇取.