铝合金锭生产工艺的关键步骤如下:
原料准备与预处理
准备原料:根据铝合金的类型和所需成分,准备相应的铝锭、其他合金元素(如铜、锌、镁、硅、铁、锰、铬、钛等)以及熔剂和覆盖剂。若采用铝土矿为原料,需**行开采(露天或地下开采),再将大块铝土矿石破碎成小颗粒,接着放入浸出槽,加入热水和氢氧化钠,使铝土矿中的铝酸盐溶解,得到含有铝酸盐的溶液,之后经过过滤、洗涤、氧化与分解、除杂与提纯、焙烧等步骤生产出氧化铝。
配料及装炉:主要根据生产铝合金基材的合金牌号及熔炼炉装炉量,将铝锭、镁锭以及部分回炉料按比例配比装炉。先将挤压、锯切等过程中产生的未经表面处理的废型材投入熔炼炉中垫底,保护炉底,再投入铝锭等原料。配料装炉过程约0.5h/批次。
熔炼
加热熔化:将原料放入熔炼炉中加热至熔化状态。工业上常用的熔炼炉有感应电炉、电阻式电炉、燃气炉和电加热炉等。例如采用单室熔炼炉,侧壁2个烧嘴喷入天然气,在炉膛内燃烧,热量通过炉壁反射作用加热炉料,熔池温度约750 - 780℃,炉膛温度900 - 1000℃,单批次熔炼时间约10h。熔炼过程中需控制好熔炼温度和时间,一般在600℃至800℃之间,同时不断搅拌熔化的合金料,保证混合均匀。
成分调整:在熔炼过程中,由于各种原因会使合金成分发生改变,导致熔体真实成分与配料计算存在偏差。因此炉料熔化后需要取样进行快速分析,使用取样勺深入铝液内舀出铝液,采用光谱仪进行成分分析,结合预先计算的配置方案及时调整成分,根据合金牌号要求在熔体内补充添加镁、硅等进行搅拌混合,确保铝液成分达到产品要求,取样后的铝液返回熔炼炉。
精炼:熔化后的铝合金液需要经过精炼处理,以去除杂质和气体,提高铝合金的质量。常见的精炼方法有电解精炼、化学精炼等。电解精炼是通过电解槽将铝锭中的杂质转化为阳*泥,从而提高铝锭纯度;化学精炼则是通过化学反应去除铝锭中的杂质。此外,还可通过添加精炼剂等方式,去除铝液中的气体(如氢气)和其他微小杂质。同时,通入氮气等惰性气体进行喷吹,将杂质和气泡从熔液中排出。待炉内固体金属物料熔化成溶液后,通入氮气还可排出空气,减少铝液和空气中的氧发生氧化反应,从而减少氧化渣的产生量。
浇铸
连续浇铸:可分为混合炉浇铸和外铸两种方式,均使用连续铸造机。混合炉浇铸是将铝液装入混合炉后,由混合炉进行浇铸,主要用于生产重熔用铝锭和铸造合金;外铸是由抬包直接向铸造机浇铸,主要是在铸造设备不能满足生产,或来料质量太差不能直接入炉的情况下使用。浇铸时要注意控制液流和换模,保证液流稳定,避免涡旋和飞溅。
竖式半连续铸造:主要用于铝线锭、板锭以及供加工型材用的各种变形合金的生产。铸造前需根据合金要求加入中间合金进行脱氧、细化处理等,浇铸前做好结晶器等相关准备工作,浇铸开始时控制好铝液的流入速度和量。
准备铸模:将铸模清洗干净,确保表面光滑,涂抹一层分离剂,以避免铸锭与铸模粘连,然后把模具放置在预定的位置上,确保稳定。铸模通常由耐高温材料制成,根据铝锭的形状和尺寸要求进行准备。
浇注铝合金:当铝合金熔化且温度达到要求时,将炉内的铝合金转移到浇注容器,控制铝液的浇注速度和压力,避免气泡和其他缺陷的产生,确保铝液均匀地进入铸模,并保持适当的浇注温度。常用的浇铸方式分为连续浇铸和竖式半连续浇铸。
冷却和结晶
铝合金液在结晶器中冷却并逐渐结晶成固态铸锭,这个过程需要控制好温度和时间,以保证铸锭的内部结构和性能。例如,控制冷却速度可以影响铸锭的晶粒大小和组织结构,一般可采用自然冷却或强制冷却(如喷水)的方式。竖式半连续铸造中,铝液在底盘上冷却,铸造机内部设计有冷却系统,通过冷却水循环来控制铝锭的冷却速度。
表面处理
铸锭冷却后,可能需要进行表面处理,如扒渣、打磨、去氧化皮、去油污等,以去除表面缺陷,提高铸锭的外观质量。例如,铸造后的铝合金锭表面可能会有氧化膜、杂质等,通过扒渣去除表面的氧化膜,打磨等操作使表面更加光滑。
检查和质量控制
对铸造出的铝合金锭进行质量检查,包括化学成分分析、力学性能测试、外观检查、尺寸检查等,确保产品符合标准要求。只有合格的产品才能进行入库,准备后续加工或使用。
入库与后续处理(可选)
合格的产品进行入库,部分铝合金锭可能还需要进行后续处理,如热处理(固溶处理、时效处理等)以改善铝合金锭的力学性能和耐腐蚀性,然后进行包装(如钢带捆扎或木箱等),便于运输和储存。
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