ADC12稀土鋁合金熔煉工藝的優化＊

車海亮 雒衛廷 田澍 任小文 杜永利

（山西呂梁學院，山西呂梁 033000）

1. ADC12稀土鋁合金的基本特性

ADC12稀土鋁合金在實際的生產中具有較高的使用價值，其性能較好，性質穩定，耐腐蝕并且強度較高，可以在鑄造的過程中實現多種形態的改變。在ADC12稀土鋁合金的結構中，由于其為鋁合金，因此Al元素含量相對較高，其中所含的Mg、Cu元素可以為相應的稀土鋁合金提供有效的耐腐蝕保護以及力學性能方面的提升。但是在實際的應用中，應注意ADC12稀土鋁合金與Fe元素的相互接觸與反應，這兩種元素在接觸的過程中會出現相互之間的化學反應，進而造成最終鑄造的鋁合金元件出現性能下降的情況，影響其實用價值[1]。

2. ADC12稀土鋁合金的熔煉方法選擇

2.1 化料方法

在ADC12稀土鋁合金的熔煉過程中，需要對鋁合金進行相應的熔煉，其中涉及多種方法的使用。比較常見的熔煉化料方法有電解方法和燃氣分解方法，這兩種方法在ADC12稀土鋁合金的熔煉化料過程中都能起到較好的作用，發揮出較好的效果。在電解熔煉化料方法中，會使用到電解鋁液來實現對于稀土鋁合金的熔煉效果，一般會將電解鋁液的溫度提升到700℃～800℃，將其注入爐內，之后將鋁合金材料放入到爐內，使兩者之間發生化學反應，進而促使相應的稀土鋁合金逐漸開始融化，繼而實現對于ADC12稀土的熔煉以及化料操作。而且這種方式進行化料操作消耗的能源相對較少，成本相對較低。但是由于電解鋁液具體的形式為液體，并且ADC12稀土鋁合金在實際的化學反應過程中會產生大量的雜質以及氣體，這會導致最終ADC12稀土鋁合金的化料完成后出現設備內部的雜質堵塞問題[2]。

在燃氣化料方式方面，可以實現對于ADC12稀土鋁合金的有效化料，其化料效率與電解化料方式差別不大，主要使用的是天然氣為原材料進行鋁合金的化料操作，由于這種方法的使用原料為氣體，因此在實際的操作過程中，稀土鋁合金的實際操作中不會產生雜質，并且對于化料之后的鋁液質量也有一定的提升作用，但是在過程中的能耗相對較大，與電解方式相比能耗要上升20%左右。

2.2 配料要求

在ADC12稀土鋁合金的熔煉過程中，除了化料之外，還需要將稀土鋁合金的鋁液進行定型操作，這需要使用到廢料作為準備材料參與到實際的定型中，因此在配料的準備方面需要進行嚴格的考慮。在廢料的選擇方面，可以將廢料分為3個等級，一級廢料在實際應用中需要達到板材厚度為1mm～1.5mm，相對厚度較大，二級板材厚度為0.3mm～1.0mm，三級廢料的板材厚度為0.03mm～0.3mm。在廢料的選擇中，需要根據最終的鋁合金熔煉結果以及加工生產產品的種類進行相應的調整，一般最終生產的產品厚度與稀土鋁合金的實際廢料厚度有關。

3. ADC12稀土鋁合金的材料控制

在現今的ADC12稀土鋁合金熔煉過程中，材料準備的鋁錠在質量以及處理方面都有一定的要求。部分稀土鋁合金采用的鋁錠是純度相對較高的鋁錠，這種原材料在實際的應用過程中不會出現雜質較多的情況，可以實際投入到熔煉過程中。但是由于該種原材料相對的成本過高，因此需要在實際的稀土鋁合金熔煉過程中實現對于稀土鋁合金的回爐鋁合金的質量檢查，保證鋁錠在實際的應用中可以滿足鋁合金熔煉操作中的國家規定標準。由于回爐鋁錠的實際質量相對不佳，因此需要做好對于鋁合金原材料的除渣以及精煉的操作，保證鋁合金材料的質量前提下才能將相應的ADC12稀土鋁合金原材料放入設備中進行熔煉操作。

在除渣過程中，需要對鋁合金進行詳細的操作。由于稀土鋁合金的性質相對比較活潑，因此在實際的除渣過程中，想要采用鋁液靜止懸浮的方式除渣是不可行的，需要使用相應的除渣劑進行稀土鋁合金的雜質消除。除渣劑中含有的特殊鹽成分對于稀土鋁合金來說具有分離作用，其能夠與鋁合金中的Al2O3發生反應，實現鋁渣的初步分離，將其吸附后排出。并且在渣排出之后，還需要對相應的稀土鋁合金進行炒灰處理，進一步將其中的鋁液排出，并將其中相應的渣進行清除。在進行除渣的過程中需要按照5∶6的比例進行除渣劑以及鋁錠原材料的投入，并且在實際的除渣過程中需要以恒定的速度攪拌20min左右。在過程中，鋁液會逐漸升溫至700℃，需要在過程中注意相應的防燙措施，以避免出現事故。

在鋁合金的原材料中，想要保證熔煉之后的鋁合金的質量，還需要進行精煉。由于鋁原材料在制作過程中會出現氣泡產生，因此在實際的稀土鋁合金制作中，需要將相應的稀土鋁合金進行精煉，將其中的氣泡去除干凈。需要使用到氮氣來作為精煉的原材料，在操作過程中，將氮氣打成微小氣泡后噴入原材料中，之后均勻控制旋轉除氣機的轉速，對原材料進行全面地精煉，氮氣壓力盡量保持在0.2MPa左右，整個精煉的過程需要持續3min～5min，期間不能夠中斷，這需要相應人員注意，保證原材料可以與氮氣之間有著充分的接觸。

4. ADC12稀土鋁合金的熔煉過程

4.1 稀土鋁合金的保障爐檢查

ADC12稀土鋁合金在熔煉過程中的主要設備應用就是保障爐，在保障爐中，可以實現對于稀土鋁合金材料的反應與熔煉工作。因此需要對保障爐的質量進行檢查，確保保障爐的質量可以達標。在進行熔煉之前，要對保障爐中進行清理操作，避免在進行鋁合金熔煉操作之前對保障爐造成污染，并且還要對過程中使用到的鋁合金保障爐各類工具進行清理，保證相應的工具能夠滿足ADC12稀土鋁合金的熔煉需求。需要在保障爐的內壁上涂刷一層氮化硼來維持熔煉過程中的穩定性，避免在熔煉過程中出現保障爐與材料之間的交互。在保障爐的材料投入方面，需要保證廢料與材料之間的比例為5:6，并且廢料與材料中并不含有任何雜質，進而保證保障爐在進行稀土鋁合金的熔煉之前的清潔程度。

4.2 熔煉過程

在熔煉過程中，最先需要使用700℃的溫度將保障爐烘烤約9min左右的時間，保證保障爐中的水汽蒸發，提前進行預熱[3]。在實際的操作中，需要預先將鋁合金材料放在爐中進行熔化，過程中需要保證鋁合金熔化的溫度一直保持在730℃～750℃，最高不得超過760℃，一旦超過這個溫度，鋁合金在實際的熔煉過程中就會出現氧化反應，造成最終熔煉的鋁合金質量以及成色出現問題。在鋁合金融化至液體形態之后，向其中注入Cu、Fe等金屬參加熔煉反應，保證鋁合金最終的熔煉成色，加入相應的廢料之后，爐內的溫度會有所下降，大約下降至700℃左右，此時需要讓其與鋁合金溶液充分融合，實現對鋁液內雜質的充分去除，需要進行相應的攪拌，避免兩者之間的反應不充分。時間約1min，之后需要將溫度提升至740℃，繼續加強對于鋁合金溶液的雜質去除。此時可以加入除渣劑與精煉劑，兩者的含量約為1%即可。在加入相應的反應劑來促使稀土鋁合金發生反應過程中，需要保證在加入之后進行適當攪拌，攪拌需要保持勻速，速度不能過快，很容易導致鋁液濺出，該過程整體需要維持2min～3min即可，之后進行扒渣操作，將浮在表面的雜質殘渣進行清理，保證鋁液熔煉之后的純度。在熔煉除渣之后，將升溫至750℃的稀土鋁合金放入水冷銅模中進行冷卻塑形。

4.3 燒損率控制

在稀土鋁合金的熔煉過程中，由于鋁的化學性質相對活潑，并且稀土鋁合金的熔煉溫度掌握變動范圍相對較大，因此，在鋁合金熔煉過程中經常出現熔煉燒損的情況，很容易導致稀土鋁合金熔煉工作的成本增加，不利于鋁合金熔煉工作的進一步發展。在對稀土鋁合金的燒損率進行控制中，需要對熔煉工藝方面進行控制優化。最先就是對稀土鋁合金中的裝料過程進行控制，在電解化料的方法中，需要使用電解鋁液，在進行熔煉之前，將電解鋁液以常溫形態注入爐中，之后再將原材料放進其中，在相對低溫下，兩者之間的反應速率相對較小，因此，稀土鋁合金的實際熔煉效果波動也并不大，可以保證燒損率的控制。一般正常的燒損率都會在52%左右，但是能夠通過工藝的改進之后，其燒損率可以下降約4%左右。

對燃氣化料法而言，在熔煉之前可以先將廢料放入保障爐中，之后在保障爐中放入稀土鋁合金以及其他原料。這種工藝的使用方法可以讓材料之間實現相互充分的融合，并且在實際應用中可以保障爐內的穩定性。在進行熔煉的時候，需要將溫度控制在760℃以下，避免鋁出現氧化反應導致燒損情況出現，并且需要在過程中不斷地攪拌，以保證鋁液與其他材料之間的充分反應與融合，并且在鋁合金熔煉中降低氧化反應出現的概率，讓鋁合金在實際的熔煉過程中保持自身狀態的平穩。通過對攪拌2min～3min與攪拌1min的鋁液反應情況最終的燒損率情況來看，前者的燒損率相對于后者的燒損來說下降了1.2%。在精煉過程中需要控制精煉劑的質量，由于精煉劑對于實際的鋁合金精煉會起到重要的影響作用，因此在實際的使用過程中，需要嚴格控制精煉劑的種類以及精煉劑的使用劑量。使用兩種質量不同的精煉劑，對過程中的燒損率進行對比，質量較好的精煉劑在燒損率方面達到了2%，而對于質量相對不佳的精煉劑的熔煉使用過程中，其燒損率達到了2.7%，兩者之間的燒損率對比具有一定的差距，可以對稀土鋁合金熔煉過程中的成本進行控制，以提升ADC12稀土鋁合金的實際熔煉效果。

4.4 稀土合金的凝固作用機制

在稀土鋁合金的熔煉過程中，最終需要涉及鋁合金的熔鑄以及凝固，因此在實際容量中添加相應的元素來促使鋁與其之間的相互融合，有利于提升鋁在熔煉過程中的質量以及效果提升。在鋁合金的凝固機制中，一般經常采用的元素是Cu、Mg等物質，這部分物質在加入到鋁合金溶液中時具備較好的溶解度，在650℃的溫度條件下可以實現0.05%左右的溶解度。但是在實際的應用中，Y元素對于鋁合金熔煉中的溶解度方面具有更加顯著的效果，其在實際的熔煉中可以起到溶解度的提升作用。在650℃的溫度條件下，其在鋁合金中的溶解度為0.19%，相對于Mg、Cu等物質來說具有更卓越的溶解度。這是因為Y原子與Al原子之間的互補性，由于Al原子中的結構是一種晶粒形狀，其表面有縫隙，并不規則，但是Y原子在與Al原子相互反應之后會在原子表面實現相互之間的契合。這種情況能夠讓兩者之間形成微小晶粒，保證其在鋁合金熔煉過程中的凝固性能。Y元素在鋁合金熔煉中具有良好的凝固作用，對現今的稀土鋁合金發展具有重要意義。

4.5 鋁溶體中雜質凈化工藝

4.5.1 雜質種類

在鋁合金的熔煉過程中，會出現鋁合金溶液中的雜質問題，會導致最終水冷凝固的鋁模塊出現內氣泡或者邊緣斷裂的情況，對實際的ADC12稀土鋁合金熔煉的質量產生不佳的效果。因此，在鋁合金熔煉過程中，一般會出現的雜質種類有：一是鋁合金的溶體夾渣，這是因為在鋁合金的熔煉過程中溫度超過750℃，導致鋁合金的原子與分子出現顏色改變，進而造成了夾渣的出現；二是鋁溶體含鎂夾渣，這種夾渣是因為在鋁合金中出現了氧化反應，這種反應會導致鋁合金中的鎂出現燒損狀態，進而導致雜質的出現。

4.5.2 吹氣法

想要凈化鋁合金在熔煉過程中出現的相應的雜質，可以使用吹氣法，這種方法在實際使用中比較常見，通過氫氣在鋁溶體中的擴散與反應使氫氣向著上部逐漸擴散，以此來實現對于過程中的鋁溶體中雜質的吸附與上浮，進而實現鋁熔煉過程中雜質與氣體的清除。

4.5.3 過濾法

過濾法是采用各類材料來實現對于鋁合金溶液中雜質的去除，在材料的選擇與使用方面，最好使用相應的中性材料，避免在過濾過程中出現鋁合金與其之間的反應，在實際的過濾法使用過程中，可以對鋁合金中的雜質進行有效的過濾，實現鋁合金熔煉的最終純度提升。但是其對于鋁合金溶體中的氣體清除相對效果有限，需要使用到相應的吹氣法來實現兩者之間的相互操作，從而促進整體的鋁合金熔煉純度的提升。

4.5.4 溶劑法

溶劑法去除雜質的方式在稀土鋁合金熔煉過程中的使用比較常見，不論是精煉還是除渣劑的使用，本質上都是一種溶劑法進行雜質去除的使用方法。在實際的溶劑法使用過程中，其主要是依靠使用過程中的溶劑分子張力以及溶劑與雜質之間的相互吸附實現對于雜質的去除。

4.5.5 非吸附凈化法

這種方法在稀土鋁合金的熔煉過程中的使用頻率相對較低，因為其原理是通過鋁合金與雜質之間的密度不同，通過真空或者靜置的形式方法將相應的稀土鋁合金中的雜質排除，進而實現雜質的去除。

5.結論

ADC12稀土鋁合金在熔煉過程中的工藝優化，能夠保證鋁合金的熔煉成品的質量以及純度，從全方位多角度對鋁合金的成品質量進行提升。稀土鋁合金熔煉工藝需要在各個方面進行優化與控制，去除雜質、溫度、材料處理等方面都需要做到嚴謹的改進，以保證ADC12稀土鋁合金的熔煉質量。