Получение качественных расплавов алюминиевых сплавов - опыт и современные технологии

Cтатья №1 серии
"Современное цветнолитейное производство и переработка отходов цветных металлов"

Теоретические предпосылки для получения качественного расплава алюминия рассмотрены широко в некоторых статьях и книгах, однако информации о практике применения современных технологий крайне мало. "САС инженерная компания" как лидер рынка материалов, оборудования и современных технологий в области цветнолитейного производства накопила большой технологический опыт и предлагает самые эффективные технические решения для:

• Производства сплавов из лома и отходов цветных металлов.

• Подготовки расплава при производстве качественных отливок.

При определенных отличиях и первая и вторая задача требуют высокой эффективности - минимальных затрат энергоресурсов и трудовых сил, получения максимально-возможного выхода годного, получения продукции наивысшего качества.

Общеизвестно, что алюминиевые сплавы при нагревании и последующем плавлении активно взаимодействуют с окружающей атмосферой. В результате этого возникают две основные проблемы:

1. Образование оксида алюминия при взаимодействии с кислородом или влагой:

4Al+3O2 → 2Al2O3
2Al+3H2O → Al2O3+3H2

• Выход "годного". Определенная часть оксида алюминия и других неметаллических включений при выдержке расплава образуют на поверхности расплава шлак. Количество образованного шлака зависит от вышеизложенных параметров и в среднем находится в интервале от 3% до 40%. В необработанном флюсами шлаке содержание алюминия составляет до 60-85%. При грамотной обработке шлак содержит менее 30% алюминия.

• Брак отливок. Оксид алюминия, имея плотность близкую к плотности расплава алюминия является неметаллическим включением, приводящим к браку отливок по причине заметного ухудшения механических и физических свойств отливок, ухудшения чистоты поверхности, ухудшения обрабатываемости отливок и т.д.

Также следует отметить, что оксид алюминия в виде окисной пленки различной толщины постоянно присутствует на любом сплаве алюминия, на любом типе шихты еще до нагревания и плавления алюминия.

2. Насыщение расплава алюминия водородом

• Брак отливок. Водород образует скопления (газовая пористость) что также приводит к браку отливок по причине заметного ухудшения механических и физических свойств отливок, ухудшения чистоты поверхности, ухудшения обрабатываемости отливок и т.д.

И первый и второй процессы зависят от многих параметров:

• типа шихты (марка сплава, геометрические размеры, степень подготовки шихты и др.);

• типа плавильной печи (тигельная печь, печь ванного типа одно- или двух зонная или роторная, электрическая или газовая, др.);

• технологического процесса (плавка и раздача в одной печи, перелив в транспортный ковш, температурно-временная выдержка и т.д.).

Литейщики и переработчики лома во всем мире стараются минимизировать эти проблемы при помощи грамотно выбранного оборудования, оптимально подобранной технологической цепочки и современных расходных материалов.

Основными средствами борьбы с неметаллическими включениями и растворенным водородом на сегодняшний день можно назвать:

• Обработка расплава флюсами (препаратами).

• Продувка расплава инертными газами или продувка совместно с перемешиванием расплава.

• Фильтрация расплава.

• Ультразвуковая обработка расплава.

• Вакуумирование расплава.

Первые три способа получили наибольшее распространение в мире, причем первый способ сегодня наиболее экономически выгоден в большинстве случаев. Широкому коммерческому применению флюсов для алюминиевых сплавов - уже более 60 лет. За это время производители флюсов существенно улучшили химический состав своей продукции для получения максимальной эффективности.

Сегодня "САС инженерная компания" предлагает самые эффективные решения в области обработки расплава алюминия современными флюсами.

Рассмотрим некоторые практические аспекты применения современных флюсов для обработки расплавов алюминиевых сплавов.

Флюсы (препараты) для обработки расплавов алюминия фирмы "Schafer" (Германия) - мирового лидера отлично зарекомендовали себя на украинских предприятиях. Приведем несколько примеров по применению современных покровно-рафинирующих флюсов марки Probat Fluss AL 224 и Probat Fluss AL 2126.

Пример 1.

Плавка собственных отходов - стружка сплава А380 и А319 в газовой тигельной печи емкостью 400 кг по алюминию. При переплаве флюс не применялся. Сплав разлит в чушки по 10 кг. Далее 1-ю часть данных чушек снова переплавляют без флюса, а 2-ю часть переплавляют используя современные флюсы. Сравнительный результат приведен в таблице.

Рис. 1. Просвечивающая рентгеноскопия образцов: а - плавка №1 - без флюса, b - плавка №2 - с флюсом. Образец №2 - гораздо большая плотность.

Таким образом, применение современных флюсов при плавке сплавов алюминия является обязательным и приводит к существенной экономии: - выход годного увеличивается с 77,5% до 91,8% на 14,3% (т.е. получено дополнительных 143 кг сплава с 1тн. шихты), качество металла существенно выросло - (прочность выросла на 52%, пластичность - на 88,3%, уровень газовой пористости снизился на 74%).

Плавка №1 - без флюса, срез, увеличение 43х	Плавка №2 - с флюсом, срез, увеличение 43х
Рис. 2. Оптическая микроскопия поверхности среза алмазным режущим инструментом различных образцов.

Пример 2.

Переплав отходов - профиль Д16.

Результат - выход годного увеличивается с 85% до 94% на 9% (т.е. получено дополнительных 90 кг сплава с 1тн. шихты), качество металла существенно выросло.

Рис. 3. "Мокрый" шлак, светло-серый, с большим содержанием металла	Рис. 4. "Сухой" шлак, черный порошкообразный

Пример 3.

Переплав отходов - шлак после плавки без флюсов.

Результат - выход годного увеличивается с 28% до 59,5% на 31,5% (т.е. получено дополнительных 310 кг сплава с 1тн. шихты).

Работая в тесном контакте с заказчиками, "САС инженерная компания" также разработала несколько специальных продуктов - новую серию флюсов (препаратов) повышенной плотности для защиты расплава от окисления, выведения металла из шлака и рафинирования расплава. Данная серия флюсов продолжает современную тенденцию к улучшению морфологии флюсов - от порошка к гранулам и далее к флюсу повышенной плотности. Это обеспечивает: расход на кг шихты ниже, эффективность работы выше, выбросы в окружающую среду значительно ниже.

Высокая эффективность достигается благодаря:

• Однородному составу флюса.

• Минимальной температуре плавления.

• Простоте и максимальной эффективности ввода (удельная плотность флюса 2,3 г/см3 близка к плотности расплава алюминия, тогда как у обычных порошкообразных флюсов насыпная плотность 1-1,3 г/см³).

• Флюс не склонен к адсорбированию влаги - содержит минимально возможное количество влаги. Удобен в хранении - не боится влаги.

Данный (флюс) препарат разработан специально для:

• отражательных газовых и жидкотопливных печей, где порошкообразный флюс может быть захвачен потоком продуктов сгорания;

• ванных печей, где нет введения порошкового флюса вдуванием инертным газом;

• при плавке "мелкого" лома, насыпная плотность которого довольно низка.

ВЫВОДЫ

Применение современных технологий, оборудования и материалов ООО "САС Иженерная Компания" позволяет производителям сплавов и литья из алюминия значительно увеличить рентабельность производства и повысить качество продукции. 

Сведения об авторах:

• Сезоненко Антон Юрьевич - к.ф.-м.н., главный инженер ООО "САС Инженерная Компания", т./ф.: +38 (044) 424-25-03, 423-82-99; e-mail: sas@tsua.net

• Сезоненко Юрий Дмитриевич - директор ООО "САС Инженерная Компания", т./ф.: +38 (044) 424-25-03, 423-82-99; e-mail: sas@tsua.net

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №9 (121), 2010 г.