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(2) 熔化處理(Melt Treatment)
鋁壓鑄商處理熔化的目的不一樣, 所使用的工藝過程也有很多, 其中包括加化渣粉、除气、化渣粉射入和過濾過程.加化渣粉包括在中央熔爐以及傳送澆包中使用化學化渣粉. 在熔爐中有很多种不同的化渣粉可用. 可以使用一層化渣粉, 在加料過程中添加, 化渣粉熔化時在熔化金屬表面形成屏障. 這樣就起到保護作用, 防止熔化金屬和添加材料時直接氧化. 在熔爐中添加衝水口后的廢料, 合金錠以及鑄造廢料時, 一層化渣粉可進一步用作吸收清潔劑. 爐壁清潔化渣粉可用來軟化熔爐壁上堆積的氧化物, 便于鏟或棒這些工具在耐火材料上清除氧化物. 浮渣化渣粉可以直接添加到浮渣層中使浮渣層更易破裂, 而且使浮渣中可回收的金屬含量返回到熔化槽中.
加化渣粉的實踐一般應包括如下內容: (1)為完成任務要使用合適的化渣粉; 有很多化渣粉成分可以從許多有聲譽的制造商哪里購買; 保証使用正確的化渣粉. (2)盡可能將化渣粉材料儲存在原裝容器之中, 并在干淨、干燥、室溫條件下保存. (3)一定要使用建議數量的化渣粉, 并遵守化渣粉制造商建議的程序或者由本公司工藝開發人員決定其用量. (4)保証徹底撇取已使用過的化渣粉以及熔爐或作業鑄勺留下的殘余物.
一般情況下, 良好的化渣粉實踐既是一种工藝又是科學. 例如: 在爐襯內使用清潔化渣粉或除浮渣的化渣粉時, 正常實踐是給熔化槽表面均勻添加合適數量的化渣粉, 并徹彽攪拌混合. 之后關閉熔爐門并升高熔爐溫度, 讓化渣粉反應完成. 然后打開門進一步混合化渣粉(不要把新鮮金屬帶入浮渣層內), 然后用一個多孔的撇渣工具撇取已反應的材料. 這樣一個多孔的撇渣工具可以使曾經夾帶進浮渣中的熔化金屬再次會聚返回到熔化槽內. 當在一個開口熔爐、側面爐缸或傳送澆包上處理浮渣時, 和浮渣一起攪拌或混合熔劑一樣應小心使用.
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化渣粉產生的氣体
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氫氣
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夾雜物
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圖示3-10. 加化渣粉產生的氣体
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多孔擴散器的噴管. 在一個有效的除氣過程中, 會涉及到某些原理, 由于氫氣才能溶解于
熔化的鋁中, 因此其他氣体、清除或收集氣体一般都可使用或在熔化中產生. 有時稱為化渣粉氣体的清除氣体起著及時 “運載”的作用, 而且對氫原子形成氫气分子提供位置, 對固体夾雜物附著在氣泡上提供位置, 如圖示3-10所示. 氫气有助于吸收這些氣泡, 擴散到它們當中去, 而且由于清除氣泡比熔化鋁自身的重量輕, 因此它們會上升到表面, 氣体就可以釋放出來了, 固体化學除氣劑要么根据碳的分解產生二氧化碳, 要么含有氯化物. 例如, 六氯乙烷分解在熔化金屬中立刻產生形成三氯化鋁, 它自身以亞穩定狀態的氣体存在.
除气也可以用噴管, 或者配備有多孔擴散器的噴管. 常用的噴管材料包括石墨或敷有陶瓷的鑄鐵. 在更大的容器或傳送澆包中, 現在常用的除气方法是旋轉除气法. 多孔擴散器和旋轉除气法都具有的明顯優點是: 產生更多更細小的清除气泡. 气泡越細小, 表面面積越大. 氣泡的數量越多, 滯留時間越長. 所有這些因素都增強了除氣效率.
在金屬傳送期間, 由于熱量損失的緣故金屬的溫度下降就會自然發生向外排气現象, 溫度越低, 熔化鋁中溶解的氫气就會越少.
通過投射化渣粉除气的方法壓鑄商用的更廣泛, 通過投射的方法比人工添加化學化渣粉的方法更好, 更利于環境控制. 而且由于混合地更徹低, 所以化學反應會更好, 當化渣粉投射伴隨著轉子擴散一起進行時, 這种狀況特別真實. 化渣粉的投射要求一种諸如氫气這樣的運載氣体, 從容器中用加壓的運載氣体傳送顆粒狀的化渣粉要么通過噴管進入熔化金屬中, 要么用一個空心軸和轉子旋轉化渣粉進入熔化金屬中, 有時使用轉子擴散時, 化渣粉也可以人工添加到處理容器中, 化渣粉投射/轉子擴散過程的關鍵優點是現場處理浮渣. 也就是, 浮渣中夾帶的鋁隨著使用合适的化渣粉, 而再次返回到熔化金屬中去.
除气和投射化渣粉的第二大優點是有效的清潔金屬, 當清除氣体(氮气或氬气)或化渣粉投射運載氣体的氣泡 “穿過”熔化金屬時, 一定數量的非金屬夾附物就可以通過浮選從熔化金屬中清除, 使用活性氣体 (最常用的氯氣或六氟化硫)時, 進一步的有利影響是活性成分降低了夾附物和熔化金屬之間的表面張力. 因此, 使它們變得更易和熔化金屬分离開.
在使用除氣葯片或噴管時, 必須使用鎚頭工具放置葯片, 或者噴管的底端盡量接觸處理容器的底部, 便于取得最佳的結果, 在使用前保証預熱鎚頭工具或噴管.
當使用化渣粉噴射法除气或轉子除氣時, 要根据制造商的建議設置轉子速度、噴射壓力和化渣粉/氣体的用量. 保証所有軟管和設置都處于良好的狀態, 為使轉頭在處理容器中實施其最佳的運作, 應在建議的深度處固定旋轉除气轉子. 保持并監控處理參數(時間、結果)与所要求的特殊工藝結果相一致. 這种狀況可以在壓鑄厂范圍內隨著特殊鑄造要求變化而變化.
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圖示3-11. 過濾器安進中央反射爐的輸出口, 或安進鑄造爐的鑄造部分或加料部分(三室)的例子.
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垂直過濾器
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爐膛
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流動方向
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汲取口
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加工表面處理如: 陽极氧化、磨光和電鍍
中出現的表面缺陷負責. 另外, 夾附物在凝固期間或熱處理過程中, 由于鑄造應力釋放、均一化作用或產生更高机械性質的老化作用形成了有核孔隙.通過在過濾器的輸入面上以及過濾裝置的机体上截獲夾附物的方法從液体熔化金屬中清除固体夾附物. 前者稱為 “蛋糕” 過濾, 后者是 ‘深度’ 過濾, 過濾裝置隨粒度(孔隙大小), 孔隙率的高低(孔隙數量), 過濾裝置的材料和外形及效率的變化而變化. 一般來說, 過濾是一種几率過程, 過濾效率越高, 就要求通過過濾器的流動率越慢, 孔的尺寸更細, 可用的過濾表面積更大.
在壓鑄射料過程中, 不可能直接過濾掉金屬, 相反, 熔化爐中或鑄造爐中的過濾器還需要持續使用. 所有的陶瓷過濾器都要求被熔化金屬持續使用. 所有的陶瓷過濾器都要求被熔化金屬持續浸潤或 “濕潤” 以便持續使用. 被過濾的金屬一般通過過濾放出口的放流、或安裝有過濾器的熔化金屬泵, 或通過安裝有過濾室的流槽系統從中央熔爐獲得, 呈隔板或 “閘口”狀的附加過濾器(圖示3-11), 耐火材料或所有超過濾作用的中間容器之后都被用于鑄造爐中, 在鑄造爐中, 机械手或人工操作的鑄勺就會直接從過濾容器中帶走被過濾的金屬.
使用過濾器時, 要至少預熱到一定的溫度, 而且某些過濾器要直接安裝進已填滿熔化金屬的熔爐中. 襯墊、密封墊、固定件和其他作業附件都要利于過濾器的安裝和去除. 一段時間以后, 過濾器上金屬堆積, 熱量增加, 阻礙金屬流過過濾器, 此時就需把已有磨損的過濾器變為新的.
有關鋁合金以及鋁壓鑄合金的熔化和處理的附加信息可以在NADCA(北美壓鑄學會)的文件EC-302 “鋁金屬熔化和處理”中找到, 可通過NADCA的網站WWW.diecasting. Org. 查詢.
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