【摘 要】介紹高溫電解鋁液凈化的原理及主要方法，然后進(jìn)行凈化工藝進(jìn)行說(shuō)明，了解其重要性，讓我們可以更加的深入的去了解凈化工藝。熔體凈化已經(jīng)成為鋁合金熔鑄工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，凈化技術(shù)對(duì)于確保鋁合金的冶金質(zhì)量，提高產(chǎn)品的最終使用性能具有非常重要的意義。

　　【關(guān)鍵詞】高溫電解鋁液;凈化工藝;鋁合金

　　引言

　　鋁是僅次于鋼鐵的第二大金屬，廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、交通運(yùn)輸、電力、航空、艦船等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。鋁熔體質(zhì)量影響鋁制品質(zhì)量，潔凈的液體金屬是獲得優(yōu)質(zhì)鋁制品的保證。氫和Al2O3等非金屬夾雜物是影響鋁熔體冶金質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在鑄錠中，非金屬夾雜物大都以顆粒狀或膜狀存在，破壞鋁。基體的連續(xù)性，降低基體強(qiáng)度，惡化了鋁材的塑性加工性能，降低了鋁材的耐腐蝕性能和抗斷裂韌性，為疲勞裂紋的萌生提供了核心，所以高溫電解鋁液凈化工藝尤為重要，研究?jī)艋に嚳梢愿纳其X的組織性能，使鋁的使用大大提升。

　　高溫電解鋁液存在的問(wèn)題：電解鋁液的主要特點(diǎn)除了高溫外，氫和Al2O3等非金屬夾雜物也是影響鋁熔體冶金質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在鑄錠中，非金屬夾雜物大都以顆粒狀或膜狀存在，破壞鋁基體的連續(xù)性，降低基體強(qiáng)度，惡化了鋁材的塑性加工性能，降低了鋁材的耐腐蝕性能和抗斷裂韌性，為疲勞裂紋的萌生提供了核心。為了保證鋁材質(zhì)量，避免和減少產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量缺陷，在熔鑄過(guò)程需要采取專門的工藝措施除去鋁合金中的氣體、非金屬夾雜物和其他有害金屬。所以我們要采取一些凈化工藝對(duì)這些有害物質(zhì)進(jìn)行去除。

　　高溫電解鋁液時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣和非金屬夾雜物，所以我們要采用一些工藝手段去消除這些雜質(zhì)。最主要的特點(diǎn)歸納起來(lái)就是除氫氣+除夾雜(凈化);合金化+溫度成分均勻化+晶粒細(xì)化;在此基礎(chǔ)上節(jié)能降耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，所謂的凈化這里理解為除氣+除夾雜。

　　高溫電解鋁液是會(huì)產(chǎn)生很多的氣體和夾雜物，使鋁的的性能會(huì)大大降低，造成了鋁的銷售降低，客戶購(gòu)買率減少，所以對(duì)電解鋁液進(jìn)行凈化是必不可少的。凈化工藝的改善使得鋁的性能大大提升，我們對(duì)鋁的運(yùn)用也就越來(lái)越多，鋁作為僅次于鋼鐵的第二大金屬，它的存在是非常有意義的，因此對(duì)凈化工藝的研究是特別有必要的。

　　1.凈化原理及途徑

　　在鋁及鋁合金加工領(lǐng)域，材料的純凈度高低對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響非常大，目前在進(jìn)行熔體精煉凈化時(shí)，一般采用的方法是向熔體中吹入惰性氣體，利用熔體中的氣泡與氫存在分壓差的特點(diǎn)擴(kuò)散進(jìn)這些氣泡中，使溶體中細(xì)小的氧化鋁、氧化鎂、氧化鍶等氧化物附著在氣泡壁上并隨氣泡的上浮而被排除，從而達(dá)到除氣、除渣的目的，A356鋁合金作為鋁合金的一種，其凈化也得到廣泛的重視。如圖1所示：通入惰性氣體到高溫的鋁合金溶液時(shí)，因?yàn)槎栊詺怏w范學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與鋁業(yè)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通入后產(chǎn)生大量細(xì)小的不溶于鋁合金溶液的氣泡，鋁合金熔體中的夾雜物被吸附在惰性氣體氣泡的表面，隨氣泡慢慢上升到鋁液表面，形成鋁渣，撈出即可達(dá)到除渣的目的，從而凈化鋁液。同時(shí)，氫也會(huì)隨著氣體上浮到鋁液表面，進(jìn)到空氣中，達(dá)到去氫的效果。

　　使用電解鋁液的鋁熔鑄生產(chǎn)過(guò)程中最主要的特點(diǎn)歸納起來(lái)就是 除氫氣+除夾雜(凈化);合金化+溫度成分均勻化+晶粒細(xì)化;在此基礎(chǔ)上節(jié)能降耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，所謂的凈化這里理解為除氣+除夾雜。首先，可以對(duì)氣體進(jìn)行凈化，熔體中主要存在的氣體是氫氣，但氫氣不與鋁形成實(shí)際化合物，可是氫氣在鋁當(dāng)中可以形成很大的溶解，可知鋁中的氫不是來(lái)源于大氣或爐氣中 呈游離狀態(tài)存在的氫氣，而主要來(lái)源于水蒸氣。因此影響鋁熔體中氫含量的因素可總結(jié)為：熔體溫度和水蒸氣分壓;合金成分;熔體中氧化夾雜物的含量和性質(zhì);熔煉時(shí)間;鋁熔體中的含氫量。此外，還與爐料原始狀態(tài)，爐襯、熔劑、工具等的干燥程度及操作質(zhì)量等因素有關(guān)。我們可以采用分壓差脫氣原理、預(yù)凝固脫氣原理和振動(dòng)脫氣原理對(duì)氣體進(jìn)行脫氣。分壓差原理就是通過(guò)氣體的溶解度不同，然后控制氫氣的壓強(qiáng)與其他氣體壓強(qiáng)不同進(jìn)行分壓，使得氫氣分離出來(lái)，并快速排出去。預(yù)凝固脫氣原理是利用氣體溶解度隨著金屬溫度的降低而減小，特別是熔點(diǎn)溫度變化最大的特點(diǎn)，讓熔體緩慢冷卻到 凝固，就可使溶解在熔體中的大部分氣體自行擴(kuò)散析出，然后在快速重熔，使鋁中的氫氣減少。振動(dòng)脫氣原理是采用氣體在極高的頻率下發(fā)生位移運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的頻率不一樣，使得在振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生微小孔洞，讓金屬當(dāng)中的氣體從孔洞當(dāng)中溢出去，從而進(jìn)行脫氣凈化。這三種方法都可以有效的去除氫氣，讓鋁的性能提升。

　　2.實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)中所采用的原材料為純鋁、Si、Mg、鋁鈦硼中間合金、塊狀六氯乙烷、耐火材料等。A356鋁合金試樣中主要組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表1所示，各成分分別為：Si(7%)、Mg(0.4%)，余量為Al。實(shí)驗(yàn)所需的主要設(shè)備有：Nabertherm坩堝熔煉爐(型號(hào)：A25;溫度范圍：30～1300℃)、加熱電阻爐(型號(hào)：SX2-8-10;最高上升溫度為1000℃)、澆注模具、溫度計(jì)及扒渣工具、鐘罩、攪拌棒、澆注工具等。將預(yù)先稱好量的純鋁放入熔煉爐內(nèi)，緩慢加熱到750℃。純鋁完全熔化后，把稱好的Al-Si放到熔煉爐中，待Al-Si完全熔后，再把事先用鋁箔包好的Mg加入爐中(Mg用鐘罩罩住，完全浸入鋁液中，不停地旋轉(zhuǎn)鐘罩，不能讓Mg與空氣接觸，防止Mg在高溫中燃燒)。待中間合金完全融化，保溫20 min，加入六氯乙烷除氣，扒渣，靜置半個(gè)小時(shí)。

　　從圖a和b為鋁合金熔體未經(jīng)凈化處理的試樣與圖c和d 鋁合金熔體經(jīng)過(guò)凈化處理后的試樣對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)凈化處理后的試樣在金相顯微鏡下觀察到的試樣微觀組織雜質(zhì)含量少，在晶界處含雜質(zhì)、鋁渣含量較少，這說(shuō)明經(jīng)凈化處理的試樣熔體在澆注成型過(guò)程中大大減少了雜質(zhì)的參入，能有效地提高熔體的質(zhì)量。 要對(duì)鋁當(dāng)中的夾雜物進(jìn)行除渣，針對(duì)鋁熔體的凈化除渣原理主要包括澄清除渣原理、吸附除渣原理和過(guò)濾除渣原理。其中澄清除渣利用部分金屬氧化物與金屬本身密度差以及氧化物夾雜的粒徑，在一定的過(guò)熱條件下，金屬的懸混氧化物渣可以和金屬分離;吸附凈化主要是利用精煉劑的表面作用，當(dāng)氣體 精煉劑或溶劑精煉劑在熔體中與氧化物夾雜相遇時(shí)，雜質(zhì)被精煉劑吸附在表面上，從而改變了雜質(zhì)顆粒的物理性質(zhì)，隨精煉劑一起被除去;過(guò)濾除渣原理是近代發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，從過(guò)濾方式的除渣機(jī)理來(lái)看，大致可分機(jī)械除渣和物理化學(xué)除渣兩種。機(jī)械除渣作用主要是靠過(guò)濾介質(zhì)的阻 擋作用、摩擦力或流體的壓力使雜質(zhì)沉降及堵滯，從而凈化熔體。物理化學(xué)除渣作用主要是介質(zhì)表面的吸附和范德華力的作用。用著三種方法進(jìn)行除渣可以有效的去除鋁當(dāng)中的雜質(zhì)。

　　3.結(jié)論

　　對(duì)這些除氣和除渣的方法進(jìn)行研究，雖然現(xiàn)在還是沒(méi)有很大的程度上完全除掉鋁當(dāng)中的雜質(zhì)，但是我們知道最大的除氣效果，可純凈惰性氣體的連續(xù)過(guò)流中得到，而最充分的除渣處理可通過(guò)過(guò)濾來(lái)保證。我們可以從這個(gè)方面入手。

　　(1)除氣工藝：在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中可以采用保溫靜置爐，爐旁放置精煉小車，精煉小車有除氣的功能，通過(guò)噴吹惰性氣體利用分壓差原理除去熔體中的氫氣。其二是靜置工序的設(shè)置，有利于熔體中的氣泡的 上浮，從而達(dá)到除氣的目的。

　　(2)除渣工藝：在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中可以采用設(shè)置了保溫靜置爐，其作用有三方面，其一是利用澄清原理靜置除渣的作用，要求其靜置時(shí)間大于15min;其二是加入精煉劑和熔劑等進(jìn)行爐內(nèi)除渣處理;其三是在爐側(cè)設(shè)置了精煉小車，該精煉設(shè)備具有除渣的功能，主要是除堿金屬的功能。

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　　基金資助：2019年度廣西高校自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目201910609076。

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