Процесс плавки алюминия: расплавление, перегрев и рафинирование

При плавке на разнородной шихте (стружке, чушковых сплавах и лигатурах) следует учитывать угар элементов для каждого компонента шихты в отдельности. В этом случае в расчет принимается приведенное содержание данного элемента в данном компоненте шихты, определяемое по формуле. Чтобы использовать данное соотношение Эпр = Эн* 100/(100 – У), необходимо знать Эн — номинальное содержание элемента в данном компоненте шихты и У — угар данного элемента из данного компонента шихты.

Загрузку компонентов шихты в печь обычно выполняют в следующей последовательности: чушковый алюминий, после его расплавления — крупный лом, возврат, чушковый переплав стружки, лигатуры.

Расплавление и перегрев. Для защиты металла от атмосферы печи применяют покровные флюсы. Они вводятся в печь вместе с шихтой. Покровные флюсы должны быть легче расплавленного металла, более легкоплавкими, чтобы образовывать равномерную жидкую пленку на поверхности металла. В то же время флюсы должны легко отделяться от поверхности жидкого металла при снятии шлака. Кроме того, они должны быть негигроскопичными, нетоксичными, дешевыми, недефицитными и не вступать в реакции с футеровкой. Для большинства алюминиевых сплавов, содержащих не более 1 % Mg, в качестве покровных флюсов применяют смесь хлоридов натрия (45 %) и калия (55 %).

Сплавы, содержащие более 1 % Mg, защищают флюсами, состоящими из 100 % карналлита (Na3AlF6) или его смеси с 10… 15 % CaF2 и MgF2. Для уменьшения растворения газов и окисления металла над его поверхностью создают газовую среду, например, из смеси воздуха и шестифтористой серы SF6.

Несмотря на принятие рассмотренных выше мер предотвращения взаимодействия паров воды с расплавом алюминия, полностью устранить это взаимодействие не удается, и расплавы в большей или меньшей степени загрязняются оксидными включениями и насыщаются водородом. Поэтому в конце плавки их подвергают рафинированию.

Рафинирование. Наиболее распространенным в настоящее время способом рафинирования алюминиевых сплавов является обработка их хлористыми солями. Сущность метода состоит в том, что в результате взаимодействия хлоридов с расплавленным алюминием образуется легкоиспаряющееся вещество А1С13, пузырьки которого, выходя из расплава, уносят с собой водород и оксидные включения.

Учитывая малую плотность хлоридов, их вводят в жидкий металл под колокольчиком. Процесс проводят либо непосредственно в тигельной печи, либо в ковшах (последнее чаще). Большинство используемых хлоридов гигроскопичны, поэтому перед вводом в металл их просушивают.

Для рафинирования можно использовать и другие способы дегазации, рассмотренные в подразд. 8.3, которые сопровождаются флотацией оксидных включений. Кроме того, используется способ фильтрации расплава через стеклоткань, пористые или зернистые огнеупорные материалы. В процессе фильтрации происходит не только механическое улавливание твердых частиц, взвешенных в расплаве, но и адсорбция расплава на поверхности раздела металл — фильтр. Количество неметаллических включений при фильтрации снижается в 2—2,5 раза, но содержание водорода в расплаве не уменьшается. Отстаивание металла в плавильных и раздаточных печах также приводит к его рафинированию.