Технология плавки алюминия

Технология плавки алюминия

Алюминий представляет собой химический элемент, который занимает лидирующую позицию среди самых распространенных металлов в земной коре, а также наиболее часто используемых.

Его содержание в земле приравнивается к 9%. Встречается только в виде соединений, представленных оксидом алюминия или глиноземом. Именно в глине содержится около 30% такого оксида.

Данный металл выгодно отличается среди остальных видов благодаря своим свойствам.

А это – отличная пластичность, высокие коэффициенты тепло- и электропроводности, небольшая плотность.

Данная статья расскажет вам о технологиях производства и добычи алюминия и его сплавов в мире, а также о важных факторах таких мероприятий.

Для того чтобы добывать глинозем в природных условиях, а затем извлекать из него алюминий, потребуется достаточно большое количество оборудования:

• Машины для проведения раздачи глинозема;
• Катодная ошиновка;
• Установка по газоочистки сухим методом;
• Электролизер;
• Краны монтажного, линейного и технического назначения;
• Оборудование, необходимое для литейного и анодно-монтажного цехов.

Для производства алюминия необходимо не только большое количество оборудования, но и помещение достаточно большой площади, а также мощная электросеть.

Дело в том, что процесс электролиза происходит в специальных ваннах при температуре 9600С и силе тока около 250000 А.

Для организации такого производственного процесса потребуется огромное количество электроэнергии, именно поэтому крупные производители этого металла стараются располагать свои цеха в непосредственной близости от гидроэлектростанций, поставляющих более дешевую энергию. Далее рассмотрено сырье для производства алюминия.

В видео ниже рассказано о производстве алюминия:

Для того чтобы получить алюминий, необходимо в электролизер загрузить анодную массу, глинозем, а также фторсоль.

Во время действия электролиза из глины получается окислы углерода, а также фтористые соединения в газообразном состоянии.

При этом часть анодной массы расходуется в виде пены, которая снимается с поверхности самого электролита.

Чрезмерный расход анодной массы, а также фтористых солей может свидетельствовать о низком качестве самой массы, а также о неправильном обслуживании использованного оборудования.

В теории для получения 1 кг алюминия потребуется 1,9 кг глинозема.

Остальная его часть включает в себя всевозможные примеси и потери в процессе производства.

Однако на практике сырья может потребоваться гораздо больше, в зависимости от типа глины, используемого оборудования и прочих факторов.

Далее рассмотрена технология литья, производства сварки алюминия аргоном.

Технологии производства алюминия

Технология производства (получения) алюминия включает в себя следующие стадии:

1. Добыча глинозема (окись алюминия) из алюминиевых руд.
2. Выделение из окиси алюминия.
3. Полная очистка алюминия.

Получить глинозем можно при помощи кислотного, щелочного и электролитического способа. Первый вариант предпочтительнее использовать при работе с высокими сортами сырья.

Второй способ подразумевает быстрое разложение алюминиевого раствора путем введения алюминиевой гидроокиси.

Образовавшийся после такой реакции раствор подвергается выпариванию с целью последующего использования для глинозема.

Первым этапом добычи алюминия является тщательное дробление боксита с применением едкой щелочи или извести.

Затем происходит помещение сырья в автоклавы, где при температуре 250°С происходит его разложение и выделение алюмината натрия.

Получившийся натриевый раствор проходит этап очистки в специальных сгустителях, где он отделяется от шлама. Очищенный раствор прогоняется через фильтры и направляется в емкости с регулярным помешиванием.

В вакуумных фильтрах и циклонах происходит выделение окиси алюминия, часть которой используется для затравки, а остальное количество направляется на кальцинацию.

Это процесс также называется обезвоживанием и происходит при температуре около 1300°С. В среднем для получения 2 т окиси потребуется энергии до 8,5 кВт/ч.

получившееся достаточно прочное соединение еще не является чистым алюминием.

Про процесс электролиза в производстве алюминия расскажет этот видеоролик:

К ней организуют подведение электрического тока мощностью до 150000 А, а в саму емкость загружают угольные аноды, которые сгорают после выделения чистого кислорода и образовывают окись углерода.

Аноды подразделяются на два вида:

• Полученные путем обжига угольных блоков, масса которых может превышать 1 т.
• Самообжигающиеся, включающие в себя угольные брикеты, распекающиеся при электролизе.

Рафинация металла

Наиболее популярным методом получения алюминия является трехслойный электролиз, который проходит в специальных ваннах, футерованных магнезитом. В качестве анода выступает непосредственно сам расплавленный алюминий. Он находится в самом нижнем слое.

Чистый же металл, который растворяется в анодном слое благодаря процессу электролита, поднимается на поверхность выступая катодом.

Рафинированный алюминий в минимальном соотношении содержит магний, титан и прочие примеси.

И уже на данном этапе получает вид товарной продукции, будь-то слитки, чушки или проволока.

Про Россию и другие страны с заводами по добыче-производству алюминия читайте ниже.

Наиболее крупным производителем алюминия является компания «Русал», которая производит более 4 млн. т алюминия в год. Также в список крупнейших производителей алюминия в России входят:

• Компания «СУАЛ», специализирующаяся на работе с алюминиевыми сплавами;
• АО «БАЗ», работающее на производстве и добыче глинозема и гидрооксида алюминия;
• ВгАЗ, завод по производству первичного алюминия.

Производство алюминия представляет собой сложный процесс, требующий необходимого оборудования, знания технологии, соблюдения особых условий и трудовых затрат. Зато изготовление различных изделий из алюминия — дело популярное.

О перспективах производства алюминия расскажет это видео:

Как отлить деталь из алюминия в домашних условиях

Для многих термин «литейное производство» тесно связано с непосильным трудом и специальными профессиональными умениями и навыками.

 На самом деле отлить деталь из  необходимого металла реально для самого обычного человека без профессиональной подготовки в домашних условиях.

Процесс имеет свои тонкости, но по силам для выполнения в домашних условиях своими руками. Внешне напоминает изготовление свинцовых грузов для рыбалки.

Особенности процесса литья алюминия связаны с техническими характеристиками материала.  

Как отлить алюминий

Характеристика алюминия. Алюминий один из самых распространённых металлов.

Он серебристо-белого цвета, достаточно хорошо поддаётся литью и механической обработке. В силу своих особенностей алюминий оснащён высокой теплопроводимостью и электропроводимостью, а также обладает коррозионной стойкостью.

У технического алюминия температура плавления равна 658  градусам, у алюминия высокой чистоты — 660, температура кипения алюминия составляет 2500 градусов.

Для отливки алюминия домашние  нагревательные приборы вряд ли будут полезны и обеспечат нужной температурой. Нужно расплавить алюминий, нагревая его до температуры свыше 660 градусов.

Литье алюминия: выбор источника тепла

В качестве источника тепла для плавки алюминия можно использовать:

• Очень действенный способ достигается благодаря собственноручной тигельной муфельной печи. В рабочую поверхность данной печи устанавливается тигля (необходимый инструмент для плавки алюминия), в него добавляют сырье. С помощью муфельной печи можно очень просто отлить алюминий.
• Муфельная печь для плавки алюминия своими руками, тут!
• Для получения температуры плавления алюминия достаточно температуры горения сжиженного или природного газа, в этом случае процесс можно выполнить в самодельной печи.
• При небольшом объеме плавки можно воспользоваться теплом, получаемом при горении газа в бытовой газовой плите.
• Необходимую температуру обеспечат газовые резаки или ацетиленовые генераторы, если таковые имеются в домашнем хозяйстве.

Подготовка алюминия

Несмотря на то что процесс плавки будет выполняться в домашних условиях, к нему необходимо отнестись ответственно.

Плавка алюминия в домашних условиях пошаговая инструкция

Алюминий и его сплавы используются почти во всех сферах промышленности, а также в процессе изготовления предметов домашнего обихода.

В условиях комнатной температуры на алюминии образуется тонкая пленка окиси (А12O3), прочно защищающая его от последующего окисления. Время окисления алюминия с ростом температуры резко увеличивается.

Именно по этой причине в процессе плавки алюминия и его сплавов в плавильных печах поверхность расплавляемого материала и зеркало ванны очень быстро покрывается пленкой окиси.

Печи для плавки алюминия

Зачастую в производстве вторичного алюминия используют отражательные (подовые) печи. Такой тип печей для плавки алюминия отличается большим количеством модификаций. Однако все они приспособлены под стандартную отражательную печь, под специальные условия работы и особую шихту.

Не меньшей популярность пользуются и тигельные печи, в особенностях, на малых производствах.Производства вторичного алюминия часто используют в качестве плавильных печей роторные печи, в особенности для того, чтобы переплавить лом с высокой удельной поверхностью, к примеру, алюминиевую стружку, а также очень грязный алюминиевый лом.

Всех производителей вторичного алюминия делят на две категории:

• компании, создающие литейные сплавы для изготовителей алюминиевых отливок
• компании, создающие алюминий для раскисления стали. 

Обе категории компаний используют в качестве сырья «старый» лом и производственные отходы литейных заводов.

На таких заводах помимо введения легирующих составляющих для доводки определенного сплава используют оснащение для очистки алюминиевого расплава и ликвидации нежелательных химических элементов и прочих примесей. Роторными плавильными печами пользуются именно эти переработчики алюминиевого лома.

Плавление алюминия на литейных предприятиях, которые занимаются производством алюминиевых отливок из вторичного литейного алюминия, осуществляется главным образом в тигельных печах – газовых и электрических, индукционных и сопротивления, и для плавки, и для выдержки алюминия, а также для разливки алюминиевого расплава в подготовленные формы.

Температура плавления окиси алюминия составляет примерно 2050° С, что почти в три раза выше, чем градус плавления алюминия металлического. На сегодняшний день наиболее популярной является плавка алюминия в пламенных отражательных печах, которые работают на углеродистом топливе, и в электрических печах.

В ходе плавки алюминия в отражательных пламенных печах и в камерных электропечах сопротивления прогрев обособленных кусков садки стартует в области самых высоких температур, т. е. в верхней части. В тоже время поверхность садки с большой скоростью окисляется и поглощает много газов.

Внутри канальной индукционной электропечи расплавление кусков алюминия осуществляется в области наивысших температур под слоем жидкого металла, поверхность которого накрыта пленкой окиси алюминия. Области наивысших температур в канальных электропечах расположена в узком канале и в прилегающих к нему частях шихты.

Металл на поверхности шахты имеет самую низкую температуру, вследствие чего получившиеся отливки из канальных электропечей, имеют в своем составе более низкое количество окислов, чем отливки из печей других видов.

Таким же преимуществом отличаются тигельные индукционные электропечи, в которых по технологическим требованиям в тигле по окончанию каждой плавки остается некоторое количество жидкого металла, примерно 20—35% от емкости тигля печи.

Важное свойство жидкого алюминия и его сплавов заключается в его способности поглощать газы, в особенности водород. В пламенных печах много водорода собирается в топочных газах.

Помимо этого, в плавильные печи всех видов его можно внести сырой шихтой.

Жидкий алюминий является хорошим растворителем для многих металлов, к примеру, железа. При этом образуются хрупкие соединения FeAl2 и Fe2Al7, которые снижают качество отливок.

Плавление алюминия в домашних условиях

Очень печально, если в доме выходят из строя маленькие, но важные функциональные составляющие, к примеру, направляющие рольставен или раздвижных дверей (могут лопнуть), фурнитура и прочее. Чаще всего такие элементы создают из алюминия.

Искать им замену проблематично, а иногда ликвидировать поломку в функционале двери или окна нужно немедленно, хотя бы временно. Если вы имеете опыт паяния, но большую часть поломок алюминиевой фурнитуры или профиля можно устранить самостоятельно.

https://www..com/watch?v=rcZmVavQ1kg

Основная проблема – это получение рабочего материала, то есть расплавленного алюминия, при помощи которого будет осуществляться пайка сломанных деталей.Многие не знают, какая температура плавления алюминия. Она составляет около 660 градусов. Стандартная газовая плита не способна разогреть металл до такой температуры.

Что же делать?Для начала необходимо приобрести алюминиевую чушку, но можно и использовать обрезки старого профиля. Чтобы расплавить алюминий понадобится портативная газовая горелка или паяльная лампа. Разные модели этих устройств способны дать температуру в пределах 1000 – 1300 градусов.

Подготовленный материал нужно положить в тугоплавкую емкость, к примеру, из нержавеющей стали. Кроме этого, нужна прокаленная стальная пластина или еще одна емкость, в которую мы будем выливать расплавленный металл.

Последовательность работы:

• создание небольшого «колодца». Сверху нужно будет поставить емкость для плавки
• розжиг костра в «колодце». Это необходимо для поддержания тары в нагретом состоянии, после использования горелки. Также костер поможет прогреть алюминий снизу
• после образования жарких углей можно установить емкость с алюминием. Время плавления алюминия таким образом составляет примерно 15 – 20 минут. Тут же вы можете оставить прогреваться и вторую емкость или пластину
• далее нужно включить газовую горелку на максимум и греть алюминий сверху
• плавка металла начинается почти мгновенно, но цель еще не получена. задача – получение однородного прогрева. Чтобы этого добиться нужно периодически встряхивать емкость
• в процессе плавки образуется оксид алюминия, формирующий окалину
• после этого расплавленный металл нужно вылить на прокаленную стальную поверхность, аккуратно, чтобы не высыпалась окалина. Теперь расплавленный алюминий готов к дальнейшей работе.

Плотность алюминия при 20°С

Степень чистоты, %	99,25	99,40	99,75	99.97	99,996	99.9998
Плотность при 20°С, г/см3	2,727	2,706	2,703	2,6996	2,6989	2,69808

Плотность расплавленного алюминия при 1000°С

Степень чистоты, %	99,25	99.40	99.75
Плотность, г/см3	2,311	2,291	2,289

Зависимисть температуры плавления алюминия от чистоты

Степень чистоты, %	99,2	99,5	99,6	99,97	99,996
Температура плавления, °С	657	658	659,7	659,8	660,24

Как расплавить алюминий дома?

Алюминиевые и дюралевые отходы нетрудно расплавить буквально в домашних условиях. И для этого не нужно строить доменные печи, создавать тягу, как это принято в соответствии со стандартными условиями.

Плавим алюминий в половнике

Автор метода плавления алюминия на газовой плите использует в качестве тигля половник из нержавейки. Температура плавления алюминия 660 градусов. Газовая плита не может обеспечить такого нагрева.

Сначала, в течение 15-ти минут тигль с содержимым прогревается, затем включается газовая горелка, которая обеспечивает температуру, нужную для плавления алюминия. Готовые плавильные печи в этом магазине.

Мастера покупают изобретения в лучшем китайском интернет-магазине.

Внимание! Не используйте такой неустойчивый тигль, как на этом видео. Используйте обязательно вытяжку, оставляйте открытой форточку и не работайте дома с расплавленным алюминием часто.

Что можно сделать, используя подобные плавильные печи? Например, как в другой статье на нашем сайте, можно изготовить алюминиевую модель оружия. Для этого нужен пенопласт, песок и плавильня. Кстати, в статье есть также ссылка на аналог плавильни, которая представлена здесь.

Флюс для плавки алюминия состав — Справочник металлиста

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Назначение флюса	Состав, % по массе
NaCl	KCl	Na3AlF6	MgCl2KCl	NaF	CaF2
Покровно-защитный для переплавки отходов и стружки	39	50	6,6	–	–	4,4
50	35	15,0	–	–	–
40	50	–	–	10	–
Для рафинирования сплавов систем Al-Si, Al- Si -Mg, Al-Cu, Al-Si-Cu	30	47	23,0	–	–	–
Для рафинирования сплавов систем Al-Mg, Al-Mg-Si, Al- Mg- Zn	–	–	–	80	–	20,0
–	–	–	60	–	40,0

Покровный флюс (2-3 % от массы шихты) сразу же после загрузки шихты в печь засыпается на ее поверхность. Флюс предохраняет поверхность расплава от окисления и взаимодействия с газами печной атмосферы.

Соли, входящие в состав флюсов, следует предварительно просушивать при температуре 150-200 С (для удаления гигроскопической влаги) и размалывать.

Широкое применение нашли покровно-рафинирующие флюсы с повышенным содержанием фторидов. Эти флюсы не только защищают расплав от воздействия атмосферы, но и способствуют его дегазации и очистке от оксидных включений.

Рафинирующее воздействие флюсов заключается в том, что они способны адсорбировать до 10 % по массе окcида алюминия. При этом происходит и дегазация расплава, так как водород, образующий комплексы с оксидом алюминия, удаляется вместе с частицами Al2O3. Основной рафинирующей солью большинства флюсов является криолит Na3AlF6.

Сплавы с повышенным содержанием магния в качестве неметаллических включений содержат, в основном, оксид магния, на который криолит не оказывает адсорбирующего воздействия. MgO хорошо адсорбируется хлористым магнием, поэтому рафинирование сплавов на основе системы Al-Mg производится флюсом, содержащим карналлит MgCl2KCl.

Покровно-рафинирующий флюс (табл.1) в количестве 0,1-0,2 % от массы шихты засыпается на поверхность расплава. При температуре рафинирования производится замешивание флюса в глубь расплава для более полного взаимодействия с металлом. Время замешивания и последующего отстаивания расплава под флюсом устанавливается опытным путем.

Все адсорбционные методы рафинирования обладают одним общим недостатком: рафинирующие газы практически не могут охватить весь объем рафинируемого металла и очищают только те участки расплава, через которые они проходят.

Особую группу составляют универсальные флюсы, оказывающие одновременно защитное, рафинирующее и модифицирующее воздействие на сплавы (табл.2).

Состав универсальных флюсов

Номерфлюса	Состав, % по массе	Температурамодифицирования, С
NaF	NaCl	KCl	Na3AlF6
1	60	25	—	15	800-820
2	40	45	—	15	750-780
3	30	50	10	10	720-740

Введением в расплав небольших количеств металлов или их лигатур органических или неорганических соединений можно существенно повлиять на процесс кристаллизации сплавов.

В зависимости от природы и количества модификаторов, а также скорости кристаллизации можно достигнуть значительного измельчения зерен твердого раствора основы сплава или первичных кристаллов вторых фаз, или эвтектики, или всей структуры сплава. Например, сплавы, содержащие более 7 % кремния (рис.

2); после рафинирования перед разливкой в формы рекомендуется подвергать модифицированию для получения мелкозернистого строения эвтектики  + Si с целью повышения механических свойств сплавов. Для модифицирования эвтектики применяется натрий, который обычно вводится в сплав из смеси галоидных солей натрия и калия.

При оптимальном содержании в сплаве натрия (0,08-0,1 %) из жидкости кристаллизуется тройная эвтектика. При этом фазой, ведущей кристаллизацию тройной эвтектики, является алюминий. Дендриты алюминия захватывают в процессе роста кристаллы кремния.

В отличие от двойной эвтектики  + Si, где кремний кристаллизуется в грубой, пластинчатой форме, в тройной эвтектике  + Si + NaAlSi4 он кристаллизуется в виде мелких округлых частиц, что способствует повышению прочности и особенно пластичности сплава.

Введение в расплав натрия осуществляется при взаимодействии плавящегося модификатора (смеси солей) с расплавом по реакции

3NaF + Al = AlF3 + 3Na.

Предварительно переплавленный, размолотый и просеянный модификатор в количестве 1,5-2 % от массы шихты насыпается на поверхность расплава. Расплав выдерживается под флюсом в течение 10-12 мин.Затем флюс замешивается в расплав на глубину 100-150 мм в течение 2-3 мин.Время после окончания модифицирования до конца разливки сплава не должно превышать 25-30 минво избежании выгорания натрия.

Применение тройного модификатора (62,5 % NaCl, 25 % NaF и 12,5 % KCl) позволяет снизить температуру модифицирования до 725-740 С.

Лабораторное оборудование. Электрическая печь, нагреватели для сушки шихты и флюсов, вспомогательное оборудование для брикетирования мелких отходов и измельчения флюсов, лабораторный микроскоп и химико-аналитическое оборудование.

задания.Сведения об используемых шихтовых и флюсовых материалах, рекомендации по технологии плавки, составу и количеству конечного сплава.

Порядок работы

1. В соответствии с заданием выбрать и обосновать технологический режим, необходимый для заготовительно-рафинировочной плавки указанных материалов.

2. Провести расчет количества отдельных компонентов шихты для приготовления сплава данного состава или вторичного алюминия.

3. Для принятой технологической схемы плавки приготовить необходимое количество флюса и модификатора.

4. Мелкие компоненты шихты окусковать путем проковки или брикетирования.

6. По окончании плавки разлить металл с получением слитка в металлической изложнице или отливки в разъемной металлической форме – кокиле.

Разливка металла производится в присутствии преподавателя с соблюдением необходимых мер техники безопасности и противопожарной безопасности.

Металлические формы должны быть предварительно очищены от нагара и ржавчины, а также подогреты до температуры 150-200 С.

7. После охлаждения отливки механически очистить ее от шлака и остатков флюса и взвесить. Определить выход годного металла и его угар.

8. Выполнить микроскопическое исследование отливки и сделать заключение о наличии неметаллических примесей и особенностях кристаллической структуры.

9. Провести химический анализ сплава на содержание железа (по указанию преподавателя).

С какими флюсами можно паять алюминий

Алюминий – это особенный металл, пайка которого требует специальных знаний. На его поверхности легко образуется очень прочная оксидная пленка, плавящаяся при высоких температурах.

Сам металл плавится при 660 градусах, но у сплавов этот показатель может понижаться до 500 ℃ . При пайке есть опасность перегрева алюминиевого изделия, при котором он теряет свою прочность.

Дополнительная сложность процесса обусловлена низкой способностью алюминия к взаимному растворению. Полученное соединение может не иметь требуемых прочностных характеристик. Обеспечить хороший результат может грамотно выбранный флюс для пайки алюминия. Используют преимущественно активные марки.

Подготовка к работе

Навыки пайки алюминия пригодятся при ремонте проводки, электрооборудования, каких-то бытовых предметов и небольших самодельных конструкций.

Процесс нужно проводить в несколько этапов. Сначала поверхность моют, протирают, чистят при необходимости. Затем выравнивают дефекты шлифовкой. При этом нужно достичь слоя самого металла. После небольшой паузы можно нанести флюс. Затем поверхность нагревают.

Следует учесть, что у алюминия хорошая теплопроводность. Он будет быстро остывать.

Размеры нагревательного прибора должны соответствовать размерам зоны пайки. Удобны в работе паяльники с регулируемой температурой нагрева. Непосредственно перед спаиванием следует поместить в место соединения припой. Это дополнительно предотвратит реакции окисления.

Для средних и низких температур

Существует большое количество готовых составов для работы с алюминиевыми изделиями. Большинство из них имеет в маркировке букву А, указывающую на предназначение. Флюсы могут иметь жидкую, мазеобразную, гелеподобную или твердую консистенцию.

Активный флюс Ф-59А рекомендуется для пайки алюминия и его сплавов в диапазоне температур от 150 до 320 градусов. В его составе преобладает триэтаноламин, к которому добавлены борфториды кадмия, цинка, аммония.

Близкий состав имеет средство ФТБФ-А, более концентрированный, чем предыдущий аналог. Массовая доля борфторида кадмия варьируется от 9 до 11 %; цинка – от 2,5 до 3,5 %; аммония – от 4,5 до 5,5 %. Всю остальную часть составляет триэтаноламин. Работу с таким флюсом проводят при температурах от 270 до 350 °С.

Несколько отличается составом средство Ф-61А. В нем присутствуют фторбораты цинка и аммония, а преобладающим компонентом является триэтаноламин. Флюс рекомендован для плавки рабочей зоны в температурном интервале от 150 до 320 °С.

Средство можно использовать при работе паяльником с терморегуляцией, проведении индукционного нагрева. Допустимо погружение детали в припой, который следует предварительно расплавить.

Для пайки алюминиевых проводов с изоляцией используют флюсы нескольких составов:

• тетрафторбората цинка и триэтаноламина;
• фторгидрата анилина и канифоли;
• триэтаноламина, фторбората кадмия, фторида аммония, канифоли.

Первый из них применяют при температуре, не превышающей 350 ℃; второй — 250 ℃; третий — 150 ℃.

Для пайки алюминия с медью, оцинкованным железом, некоторыми бронзами применяют флюс из растворенных в этиловом спирте двух компонентов: триэтаноламина и салициловой кислоты.

Паять алюминиевые изделия можно составами, содержащими высшие органические кислоты. Известна смесь из иодида титана, канифоли и капроновой кислоты.

Применяется флюс, составленный из канифоли, бромида висмута и спирта; иодида титана, канифоли, капроновой кислоты. Температура использования таких композиций не превышает 450 °С.

Особенности высокотемпературного процесса

Популярен активный флюс с маркировкой Ф-34А. В его состав входят фторид натрия, хлориды лития, калия, цинка.

Pereosnastka.ru

Плавка и разливка алюминиевых сплавов

Категория:

Литейное производство

Плавка и разливка алюминиевых сплавов

Для плавки алюминиевых сплавов используют тигельные печи, обогреваемые различными видами топлива, стационарные пламенные и электрические — сопротивления и индукционные.

1. Шихтовые материалы

В качестве исходных шихтовых материалов применяют первичные и вторичные металлы и сплавы, оборотные сплавы и лигатуры.

Первичный алюминий поставляется по ГОСТ 11069—74 в виде чушек массой 5, 15 и 1000 кг. Для производства алюминиевых сплавов обычно используют алюминий марок А5, А6 и АО, а для изготовления отливок высокоответственного назначения — алюминий особой и высокой чистоты.

Вторичные алюминиевые сплавы получают переплавкой и рафинированием лома и отходов. Они поставляются в виде чушек различных марок по ГОСТ 1583—73.

Свежие металлы. В состав алюминиевых сплавов входят цинк, магний, кремний, марганец, медь, бериллий, никель, железо, титан и другие элементы. Для алюминиевых сплавов обычно применяют цинк марок Ц1 и Ц2. Магний поставляется по ГОСТ 804—72 в чушках массой 8,0±1 кг.

Ввиду большой склонности его к коррозии поверхность чушек подвергается антикоррозионной обработке. Кремний вводят в алюминиевые сплавы в виде чушкового силумина (сплав кремния с алюминием), поставляемого по ГОСТ 1521—76, а марганец —в виде лигатуры алюминий — марганец, содержащей около 10% марганца.

Для приготовления лигатур используют марганец марок Mp1, Мр2 и Мр3.

Качество отливок в большой степени зависит от тщательности подготовки шихтовых материалов к плавке и способов их хранения. Они должны храниться в сухих крытых помещениях раздельно по маркам сплавов. Оборотный сплав должен очищаться от песка в очистных барабанах.

Лигатуры. При плавке алюминиевых сплавов, как правило, применяют двойные лигатуры — сплавы из двух компонентов. Введение лигатур обеспечивает получение сплава с точным содержанием элементов, что особенно важно для сплавов, содержащих магний, так как даже малые добавки его сказываются на свойствах сплавов.

2. Расчет шихты

Шихта для приготовления алюминиевых сплавов может состоять из чушкового алюминия, силумина, оборотного металла, лигатур и чистых металлов.

Рассмотрим пример расчета шихты для сплава АЛ5 при плавке в тигельной печи. Средний химический состав этого сплава: 5% кремния, 0,4% магния, 1,25% меди, остальное — алюминий. Допустимое содержание железа при заливке в металлические формы не должно превышать 1%. Расчет ведем на 100 кг сплава. Угар принимаем в следующих размерах, в %: кремния—1, магния — 3, меди — 1, алюминия — 1.

Для доведения до необходимого количества содержания кремния применяем чушковый силумин (с Si=13%), а магния и меди— алюминиево-магнневую и алюминиево-медную лигатуры.

3. Флюсы, рафинирующие и модифицирующие материалы

Для получения высококачественных сплавов осуществляют плавку под флюсом, рафинирование сплава для удаления неметаллических включений, а также модифицирование для получения мелкой структуры и повышения механических свойств.

Для рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов часто применяют универсальные флюсы, состоящие из смеси солей и криолита. Универсальные флюсы используются как в жидком, так и в порошкообразном состоянии.

4. Плавка в тигельных печах

Плавку алюминиевых сплавов в небольших объемах осуществляют в тигельных печах, работающих на нефти и газе..

Печь состоит из стального кожуха с футеровкой и вставленного в него сверху чугунного тигля. Последний своим широким фланцем крепится к стальному кольцу, перекрывающему шахту сверху, что обеспечивает полную изоляцию расплавленного металла от печных газов.

Печь установлена на сварной или литой раме. Поворот ее осуществляется штурвалом.

Для увеличения срока службы тиглей и уменьшения насыщения сплавов железом внутреннюю поверхность их рекомендуется окрашивать краской, состоящей из 60% кварцевого песка, 30% огнеупорной глины и 10% жидкого стекла.

Рис. 1. Поворотная тигельная печь.

5. Плавка в электрических печах

Плавку алюминиевых сплавов производят в электрических печах сопротивления, тигельных и отражательных печах, а также в индукционных.

Плавка в электрических отражательных печах. На предприятиях, где алюминиевые сплавы выплавляются в больших объемах, применяют электрические печи САН (печи сопротивления для алюминиевых сплавов, наклоняющиеся) и камерные стационарные.

Печь САН (рис. 2) имеет удлиненный металлический корпус, установленный на катках и укрепленный на фундаменте. Корпус изнутри выложен кирпичом. В торцах печи расположены две форкамеры, а в середине — центральная ванна. Свод печи выложен фасонными огнеупорными кирпичами, в гнездах которых уложены нагревательные спирали. Такие же спирали имеются и в форкамерах.

Шихту загружают через окна. Она плавится в форкамерах за счет тепла, отраженного от свода и стенок печи, и по наклонным плоскостям стекает в центральную ванну. Слив готового металла из печи осуществляется через лётку при повороте печи на опорных катках с помощью штурвала или электропривода.

Плавка в тигельных электрических печах сопротивления. При сравнительно небольших масштабах производства для плавки алюминиевых и магниевых сплавов применяют однотигельные печи сопротивления САТ-0,15 и САТ-0,25, а также двухтигельные печи СЖ.Б-230 и ОКБ-75.

Рис. 2. Электрическая печь типа САН.

Печи CAT выполнены в виде сварного цилиндрического кожуха, футерованного фасонным легковесношамотным кирпичом, и имеют теплоизоляцию.

Нагрев чугунного тигля, установленного на литом чугунном кольце, производится нихромовыми нагревателями, которые уложены на полочках фасонных шамотных кирпичей и укреплены металлическими крючками.

В нижней части печи имеется аварийное отверстие для выпуска сплава на случай прогорания тигля. Температура автоматически регулируется самопишущим потенциометром с помощью хромель-алюмелевой термопары.

Плавка в индукционных электрических печах. Различают индукционные печи со стальным сердечником и индукционные тигельные печи ИАТ. Печи со стальным сердечником широко применяются для плавки как алюминиевых, так и медных сплавов.

Они имеют ряд преимуществ по сравнению с печами сопротивления: более высокую производительность, меньший удельный расход электроэнергии, возможность рафинирования металла в печи, обеспечивают высокое качество сплава с минимальным содержанием газов.

В этих печах интенсивное движение металла происходит в устьях каналов, а поверхность жидкого сплава в самой печи находится в спокойном состоянии, что обеспечивает сплошность окисной пленки и предохраняет сплав от дальнейшего окисления.

Рис. 3. Тигельная электропечь.

В последнее время получили распространение бессердечниковые тигельные индукционные печи ИАТ емкостью 0,4—0,6 т и производительностью 0,235—2,0 т/ч.

6. Особенности технологии плавки и разливки алюминиевых сплавов

Для большинства алюминиевых сплавов принята одна технология плавки вне зависимости от конструкции печи.

Шихтовые материалы перед загрузкой тщательно очищают от загрязнений и подогревают до 100—150 °С для удаления с их поверхности влаги.

Плавка алюминиево-кремнистых сплавов. Как уже указывалось, лучше всего вести плавку в индукционных печах высокой или промышленной частоты и в электрических печах сопротивления. В качестве шихтовых материалов применяют чушковые силумины, первичный алюминий и оборотный металл (до 50% от массы шихты).

Плавку осуществляют в следующей последовательности. Печь или тигель нагревают до температуры 600—700 °С, загружают в них подогретые чушки силумина и предварительно очищенный в барабане оборотный сплав. После расплавления металл перегревают до 720—730 °С, рафинируют хлористым цинком (0,1% от массы шихты) и производят его модифицирование.

Рафинирование осуществляют путем погружения навески хлористого цинка на дно тигля с помощью «колокольчика», который медленно водят по дну тигля до полного прекращения выделения пузырьков газа.

Модифицирование смесью хлористых и фтористых солей калия и натрия производят путем покрытия ими очищенной от шлака поверхности сплава и выдержки в течение 12—14 мин. Затем соли рубят и замешивают в сплав в течение 2 мин, после чего модификатор снимают с поверхности сплава.

При использовании универсальных флюсов операции рафинирования и модифицирования совмещают.

Плавка алюминиевых сплавов, содержащих магний. Во избежание насыщения сплава вредными примесями — железом и кремнием — плавка ведется только в графитовых тиглях. Вспомогательный инструмент — счищалка, колокольчики и др. — также изготовляется из графита или титана.

В качестве шихтовых материалов применяют первичный алюминий высокой чистоты, магний и лигатуры алюминиево-бериллие-вую, алюминиево-титановую, алюминиево-циркониевую и оборотный сплав соответствующей марки (до 50—60% от массы всей шихты).

После нагрева тигля до температуры 600 °С. загружают чушки первичного алюминия и алюминиево-бериллиевую лигатуру. При температуре сплава 670—700 °С вводят лигатуры алюминий — титан и алюминий — цирконий и после полного растворения всех лигатур с помощью графитового колокольчика вводят магний.

При этом необходимо следить, чтобы магний все время был погружен в сплав. После ввода магния сплав рафинируют. Затем с поверхности ванны снимают шлак, сплав тщательно перемешивают и опять снимают шлак, после чего производят разливку.

На протяжении всей плавки не допускается перегрев сплава свыше 750 °С.

Для разливки применяют разливочные тигли и футерованные ковши емкостью до 1000 кг. Длина струи сплава должна быть минимальной. Тигли, ковши и разливочный инструмент обязательно прокаливают и покрывают специальными красками.

Реклама:

Плавка и разливка магниевых сплавов

Плавка алюминия в электропечах – особенности процесса

Так как алюминий относится к легкоплавким металлам, то оборудование для его переработки можно изготовить и в домашних условиях. Конечно, для получения оптимального результата стоит выбрать печь для плавки алюминия у надежного поставщика. Однако делать это или нет, решать только Вам.

Какие бывают электропечи для плавления алюминия

Классификация оборудования в первую очередь опирается на вид используемой теплоэнергии. Согласно ей, плавка алюминия в печах может происходить от электричества, газа или тепла, получаемого от сжигания твердого топлива.

Твердотопливные системы используются в быту или небольших мастерских, поскольку поддержание определенной температуры требует немалого количества топлива. Электрические модели выносят в отдельную категорию, поскольку они могут быть любого размера, а количество получаемой энергии не ограничено.

Небольшая самодельная печь для нерегулярного использования в домашних условиях

Рассмотрим подробнее способы изготовления электропечей.

Устройства плавления алюминия для использования в быту

Температура расплавленного алюминия составляет 660ºС, поэтому для сооружения печи необходимо применять термостойкие материалы.

Устройства для плавления металлов лучше всего размещать на отрытом пространстве, в гаражах или цехах. В жилых помещениях такие работы проводить нельзя

Перечислим основные конструктивные элементы самодельной печки и материалы, не обходимые для ее создания:

• Огнеупорные кирпичи. Следует выбирать мягкие стройматериалы, поскольку в дальнейшем в них будут сверлиться канавки. Кирпичи с низким процентом влажности просто разломаются на куски.
• Металлические части. Уголок предназначается для создания рамы печи. Для дверцы подойдет листовой метал квадратной формы. Чтобы понять, как правильно работать с металлом, не сложно найти видео «как расплавить алюминий в самодельной печи», и действовать по инструкции.
• Греющий элемент. Нагрев происходит путем прохождения электротока через спираль, которая разогревается. Нагреватель можно купить в готовом виде, а можно изготовить самостоятельно – из нихромовой проволоки.
• Дополнительные материалы. Гайки, болты (в том числе жаропрочные), кабель для подключения к электросети.

Плюсы самодельной электропечи – доступность стройматериалов

Как плавить алюминий в таком устройстве? Нужно собрать печку из кирпичей с проделанной канавкой. Уложить в нее нагревательную спираль, заключить всю конструкцию в металлический уголок и навесить дверцу, защитив ее огнеупорной плитой. После этого уже можно подключать печь к электросети, а потом уже закладывать в нее тигель с алюминием.

Учитывая, что потребление электричества будет значительным, убедитесь, что ваша проводка находится в исправном состоянии, и способна выдерживать подобные нагрузки

Оригинальная мини-печь для плавления алюминия

Хочется рассказать еще об одном интересном устройстве, которое можно собрать собственноручно.

Плавильная печь из бутылки

Это довольно оригинальный способ создания мини-печки. Бутылка из стекла с подходящим диаметром смазывается маслом, после чего обматывается бинтом.

Следующий слой – глина, смешанная с жидким стеклом. После просушки поверхность обматывается проволокой из нихрома и опять покрывается глиняной смесью.

После окончательного высушивания стекло извлекается, а края проволоки подключаются к электросети.

Несмотря на кажущуюся простоту, вышеописанные способы не являются полностью безопасными для использования

Промышленные печи для плавления алюминия

Мы рассмотрели вопрос, можно ли расплавить алюминий в домашних условиях. Несомненно, выход из ситуации найдется всегда. Но если Вы хотите быть полностью уверенными в качестве полученного металла и в сохранении своего здоровья, рекомендуем использовать профессиональные установки для выплавки (например, SNOL 100/1100 MT).

В промышленности применяют множество разновидностей печей для расплавления алюминия. Наибольшей популярностью пользуются тигельные индукционные печи, создающие электромагнитные поля. Различают такие их разновидности:

• Компрессорные.
• Вакуумные.
• Открытые.

В промышленных печах можно быстро обрабатывать большие объемы металла

Плавильное оборудование также классифицируется по типу используемого нагревательного элемента, который бывает:

• Керамическим. Не соприкасается с обрабатываемым алюминием. В эту категорию входят многие лабораторные печи.
• Графитовым. Отличается долговечностью, может применяться и для работы с драгоценными металлами.
• Металлическим. Бывает проводящим и водоохлаждаемым.

Все эти типы печей применяют при изготовлении вторичного алюминиевого сырья. Для шихты используется чистый, заранее отсортированный лом. Результатом выплавки является изготовление слитков и слябов, которые применяются для дальнейшей прокатки или прессования.

Преимущества индукционных электропечей

Тигельные индукционные установки чаще всего используются для плавки алюминия, поскольку они обладают рядом достоинств. Перечислим их подробнее:

• Достаточная производительность.
• Простота обслуживания и управления.
• Практически полная автоматизация.
• Высокая скорость работы.
• Возможность опорожнения тигля до последней капли.

Благодаря удобной конструкции индукционных печей работать с металлом можно в чистоте

В качестве сырья для электрических печей используются отходы литейной промышленности, а также старый лом с высокой удельной поверхностью

В данном производстве применяют легирующие элементы для доведения сплавов до желаемого уровня. При этом используется специальное оборудование для глубокого очищения расплавов и удаления из них примесей и ненужных химических элементов.

Мы описали, как расплавить алюминий в домашних и промышленных условиях. За более детальной консультацией обращайтесь в компанию «Лабор». Наши специалисты всегда к Вашим услугам!