学术辩论 290 2017 年 9 月 5 铝合金铸造烧损原因分析及降低烧损的措施 李丹丹 李涛 王诗泉 中色（天津）特种材料有限公司，天津 摘要：铝合金铸造过程中，由于铝的氧化以及铝与炉壁、精炼剂等相互作用而产生的无法回收金属的损失称为烧损。烧损与炉渣中所含的金属统称为熔损，烧损水平直接决定铝的收得率。随着铸造过程中炉渣量的增多，铝熔损也随之增加，而炉渣量与冶炼温度、炉料状态、生产工艺等因素有关。因此，我们针对以上因素分析了烧损的原因，并提出了降低烧损的相关措施。 关键词：铝合金；熔铸；烧损；原因分析； 减排措施 中图分类号：V261 文献标识码：A 文章号：1671-5519(2017)09-0290-01 1 1 引言 近年来，我国铝工业发展迅速，原铝产量和消费量均位居世界第一。但铝工业是典型的高能耗行业，国内多数铝加工企业综合收得率在70%左右，与国际先进水平差距较大，如何节能降耗尤为重要。铝铸造是将液态铝经过配料、搅拌、静置、精炼、造渣等工序转化为铝锭、棒或其他形状的成品或半成品。铝及铝合金在熔炼和铸造过程中会因氧化、精炼、造渣等原因遭受不同程度的损失。
采用火焰反射炉熔炼铝合金，因炉料不同，炉渣量为炉料的2%～5%，炉渣中含铝量约占炉渣的40-60%。烧损一般计算公式为：（原铝量-成品量）÷原铝量×100%。烧损越高，成品越少。我公司熔铸车间设计能力为2.3万吨/年，实际年产量约1万吨。如果将烧损降低千分之一，不需增加投资，就能减少10吨铝制品的烧损，这将是一笔可观的社会效益和经济效益。因此，正确处理铝渣，降低烧损具有十分重要的意义。 2 铝合金铸造烧损的原因铸件烧损的主要外在表现可分为两部分：一是以纯铝灰的形式存在，另一部分是以大块铝和缺陷铝、铝渣的形式存在。对金属氧化的热力学研究表明，金属氧化趋势、各合金元素的氧化顺序及氧化程度都是由金属与氧的亲和力大小决定的，并与合金的成分、温度、压力等有关。金属与氧的亲和力越大，其氧化倾向越大，氧化程度越高；温度越高，金属与氧的亲和力越大，其氧化倾向越大，氧化程度越高；氧化物分解压力越小，金属与氧的亲和力越大，其氧化倾向越大，氧化程度越高。在熔化温度范围内，铝对氧的亲和力很大，容易被氧化，氧化后在其表面生成一层Al2O3薄膜。 高于500℃时为亚稳态r-Al2O3，此亚稳态氧化膜向稳定氧化膜转变过程中，发生体积收缩，并进一步氧化开裂。
随着铝液温度的升高和时间的增加，氧化膜增长得更快，氧化量和厚度也明显增加。3 影响铸件损失的因素3.1铸件温度不合理炉内铸件温度达不到控制要求，造成烧损较大。铸件温度过高，造成铝液表面氧化，部分铝液挥发。铸件温度过低，铝渣分离不彻底，渣中铝含量高，造成铸件损失增大。3.2铝液与空气接触强度过大铝液与空气的接触强度越大，铝液与氧的接触强度越大，氧化和烧损越严重，铸件损失越大。 3.3精炼剂选择和使用不当精炼剂选择和使用不当，不能改善炉渣与熔体的润湿性和炉渣与铝界面的表面张力，造成炉渣与铝分离困难。3.4除渣温度过低。除渣时混炉温度达不到标准要求，造成铝渣与铝液分离不畅，铝渣中铝含量过高。4降低铸坯损耗的措施4.1制定合理、有效的工艺操作规程。根据生产实际，不断改进和完善。组织操作人员进行岗位技能培训，使操作人员了解、掌握并自觉执行操作规程。并有效监督和控制操作规程的执行。4.2合理配料，合理控制装炉顺序根据不同合金牌号、铸棒状态、用途，合理确定配料。 根据炉料成分可确定各炉料的配比和熔损率，依据经验可预先预测和控制浇铸过程中的熔损率。
为有效控制铸造损失。合理的装炉顺序对于保证快速熔化、减少金属烧损、提高高炉生产效率和冶炼质量具有重要意义。确定合理装炉顺序的基本原则是：(1)易燃烧的炉料应放在炉底或加入到铝液中；(2)熔点较高的中间合金应放在炉料的上层；(3)大块废料、原始铝锭应放在中层；(4)熔点低、易燃烧的纯金属应在炉料熔化后加入；(5)装炉尽量严密、均匀，在不妨碍火焰正常流动的情况下一次装入。4.3严格控制铝液温度铝的熔点为660℃。 一般来说，原铝的浇铸温度控制在730℃左右，而铝合金流动性较好，相应的浇铸温度比原铝要低，约为710℃-730℃。有效降低铝液温度到相应的浇铸温度，可以减少温度对铸件损耗的巨大影响，所以必须严格控制浇铸过程中的温度，实时监测温度变化，防止过热。火焰喷射应具有一定的角度，以利于快速熔化，缩短熔炼时间。4.4降低铝液与空气的接触强度降低铝液与空气的接触强度，铝液与氧的接触强度越大，氧化和烧损越严重，铸件损耗越大。在满足生产需要的条件下，应尽快使炉内铝液变成成品，最好在班次期间批量生产，不要让铝液在炉内停留时间过长； 合理放置熔铸设备，尽可能缩短流道长度，减少铝液暴露在空气中的时间。同时，可在流道上部加装硅酸铝保温板，起到一定的保温作用，降低流道内氧含量。
4.5正确选择和使用精炼剂，使渣铝充分分离。在铝及铝合金冶炼过程中，除本身的夹杂物外，铝极易与氧发生反应，生成氧化铝或二次氧化铝，导致铝液表面形成一层渣层。它与铝熔体具有一定的润湿性，有相当多的熔体混入渣中。这样就需要使用精炼剂来改变两者的润湿性，增加渣铝界面上的表面张力，使渣铝分离。4.6严格控制除渣温度，落实除渣质量操作方法。除渣时，应控制混炉温度在合理范围内，尽量保持铝渣与铝液的温度达到最佳分离状态，降低铝灰中的铝含量。同时充分发挥铝灰分离器的作用。 虽然加入除渣剂和除渣工序后铝渣中的铝含量有所降低，但炉渣中仍然有部分铝存在。回收利用铝渣的方法有很多种，最简单、最经济的方法是严格控制除渣质量，防止铝液带出，用工具反复研磨铝渣，然后筛分，这样就可以有效回收部分铝渣。5 结语如前所述，虽然在铸造过程中铸造损耗是不可避免的，但制定合理的工艺制度、控制铝液温度、降低铝液与空气的接触强度、控制铝灰中铝含量、减少次品铝量等措施，可以有效减少铸造过程中的铸造损耗，效果显著，也会给企业带来可观的经济效益。在条件成熟时，我公司通过增加炉渣破碎机等铝渣处理技术，可以提高金属液利用率，降低铸造损耗和生产成本，给企业带来更大的经济效益。 参考文献[1]田荣章,柯东杰.铝合金加工手册[M].长沙:中南大学出版社,2000. [2]田荣章.铸造铝合金[M].长沙:中南大学出版社,2000. [3]孙庆富,朱先文.降低铝合金熔化烧损的措施[J].铝加工,1996(3):16-21.