【致远科技】铝合金熔体精炼剂选择和使用

铝合金精炼剂的选择是铝合金生产中的重要环节，以下是一些关键要点：

1. 根据精炼目的选择
• 除气精炼
• 如果主要目的是去除铝合金中的气体（如氢气），可以选择以氯盐和氟盐为主要成分的精炼剂。例如，常用的六氯乙烷（C₂Cl₆），在高温下分解产生氯气和氯化物，氯气可以与氢气反应生成氯化氢，从而去除铝合金中的氢气。• 还有一些含氟的精炼剂，如氟化钙（CaF₂）和氟化钠（NaF）等，它们可以降低铝合金熔体的表面张力，使气体更容易逸出。

• 除渣精炼
• 对于去除铝合金中的氧化夹杂物，可选用含有碱性氧化物的精炼剂。例如，以冰晶石（Na₃AlF₆）为主要成分的精炼剂，它能够吸附和溶解铝合金中的氧化铝等夹杂物，起到净化熔体的作用。• 另外，一些复合精炼剂中含有氧化镁（MgO）或氧化钙（CaO），这些碱性氧化物可以与酸性氧化物夹杂物反应，生成易于上浮分离的化合物。

2. 考虑铝合金成分

• 含镁铝合金
• 对于含镁量较高的铝合金，在选择精炼剂时要避免使用含有可能与镁发生剧烈反应的成分。因为镁是一种比较活泼的金属，例如，避免使用含大量钠的精炼剂，以免造成镁的烧损，导致铝合金成分发生改变。
• 对于这类合金，可选择含有稀土元素的精炼剂，稀土元素能够改善铝合金的组织和性能，同时在精炼过程中对镁元素起到一定的保护作用。
• 含硅铝合金
• 含硅铝合金在精炼时，精炼剂最好能够与硅元素相互配合，不产生有害的反应。有些精炼剂可以促进硅的均匀分布，提高铝合金的质量。例如，含有钛、硼等元素的精炼剂，这些元素与硅相互作用，可以细化铝合金的晶粒，同时在精炼过程中有助于去除熔体中的杂质。

3. 从精炼工艺角度考虑
• 吹气精炼工艺
• 如果采用吹气精炼的方法，精炼剂应具有良好的挥发性和反应性。例如，使用氯气作为吹气精炼的气体时，配合使用氯化物精炼剂，这样可以增强精炼效果。
• 同时，要确保精炼剂在吹气过程中能够均匀地分布在铝合金熔体中，所以精炼剂的粒度和流动性也很重要，粒度适中且流动性好的精炼剂有利于在熔体中均匀扩散。
• 熔剂覆盖精炼工艺
• 当采用熔剂覆盖精炼时，选择的精炼剂应能在铝合金熔体表面形成一层连续、稳定的覆盖层。例如，以氯化钠（NaCl）和氯化钾（KCl）为基础成分的熔剂，它们的熔点较低，能够在熔体表面形成覆盖层，防止熔体氧化和吸气。
• 并且这种熔剂覆盖层应该具有一定的吸附和溶解夹杂物的能力，以便在精炼过程中能够有效去除熔体中的杂质。
4. 环保和安全因素
• 选择对环境友好的精炼剂，尽量避免使用含有剧毒成分的精炼剂。例如，传统的含砷精炼剂虽然精炼效果较好，但由于砷的毒性，现在已很少使用。
• 同时，要考虑精炼剂在使用过程中的安全性，如一些在高温下会产生易燃易爆气体的精炼剂，在使用时需要采取严格的安全措施，如良好的通风条件等。

确定铝合金精炼剂的添加量是一个综合考虑多种因素的过程。
1. 根据铝合金熔体的重量
• 通常会按照铝合金熔体重量的一定比例添加精炼剂。这个比例一般在0.2% - 1.0%之间。例如，对于小型铝合金熔铸操作，如果熔体重量为100千克，根据精炼剂的类型和实际情况，可能需要添加0.2 - 1千克的精炼剂。这是因为过少的精炼剂可能无法有效去除熔体中的气体和杂质，而过多的精炼剂则会增加成本，还可能引入新的杂质。
2. 考虑铝合金的质量要求
• 高纯度要求
• 如果对铝合金的纯度要求很高，比如用于航空航天等领域的铝合金，精炼剂的添加量可能会靠近上述范围的上限。因为这些领域需要铝合金具有极低的气体含量和杂质水平，需要足够量的精炼剂来保证精炼效果。
• 一般工业用途
• 对于一般工业用途的铝合金，如建筑用铝合金型材，精炼剂添加量可以适当减少，只要满足基本的质量标准即可，一般在0.2% - 0.5%左右。
3. 结合铝合金的原始状态
• 杂质和气体含量高的情况
• 如果铝合金原料质量较差，含有较多的氧化夹杂物和气体，就需要适当增加精炼剂的添加量。例如，回收的废旧铝合金，由于其经历了多次加工和使用，可能含有较多的杂质，此时可能需要将精炼剂添加量提高到0.8% - 1.0%，以确保有效地去除这些杂质和气体。
• 相对纯净的铝合金
• 对于纯度较高的铝合金原料，精炼剂添加量可以相对减少。比如采用高纯铝锭为原料熔铸铝合金时，添加量可能只需0.2% - 0.3%。
4. 参考精炼工艺和设备
• 精炼工艺复杂程度
• 若采用的是复杂的精炼工艺，如多级精炼工艺，包括吹气精炼、熔剂覆盖精炼等多种方式结合，精炼剂的总添加量可以适当减少。因为多种精炼方式协同作用，能够更高效地去除杂质和气体，每种精炼剂的用量可以在各自合适的范围内减少。
• 设备精炼能力
• 先进的精炼设备具有更好的搅拌和混合功能，能够使精炼剂在铝合金熔体中更均匀地分布，发挥更好的精炼效果。在这种情况下，精炼剂的添加量可以根据设备的性能适当调整。例如，带有强力电磁搅拌装置的精炼设备，可以使精炼剂更好地与熔体接触，此时精炼剂添加量可能比普通设备所需的量稍低。

铝合金精炼剂的具体成分主要包括以下几类：
1. 氯化物：
• 氯化钠（NaCl）：在精炼剂中能起到降低铝合金熔体表面张力的作用，使精炼过程中产生的气体和夹杂物更容易从熔体中逸出，并且有助于其他成分在熔体中均匀分散。
• 氯化钾（KCl）：与氯化钠的作用类似，可改善精炼效果。其加入能提高精炼剂的热稳定性，在高温熔炼过程中保持较好的精炼性能。
• 六氯乙烷（C₂Cl₆）：属于强力除气成分，在高温下分解产生氯气，氯气可以与铝合金熔体中的氢气反应生成氯化氢，从而达到去除氢气的目的，常用于铝合金的精炼。
2. 氟化物：
• 氟化钙（CaF₂）：能够吸附和溶解铝合金中的氧化铝等夹杂物，降低熔体的粘度，使夹杂物更容易上浮分离，从而起到净化熔体的作用。它还可以与其他成分协同作用，增强精炼剂的除渣能力。
• 氟化钠（NaF）：可以降低铝合金熔体的表面张力，促进气体的逸出，并且能改善精炼剂的流动性，使其更容易在熔体中扩散，提高精炼效果。
3. 碱金属化合物：
• 氧化钾（K₂O）：在精炼剂中起到调节熔体酸碱度的作用，有助于去除铝合金中的杂质。适量的氧化钾可以提高精炼剂的活性，增强其除气、除渣的能力。
• 氧化钠（Na₂O）：具有较强的吸水性，能够吸收铝合金熔体中的水分，从而减少因水分分解产生的氢气，降低熔体中的氢含量。同时，氧化钠还可以与其他成分相互作用，提高精炼剂的精炼效果。

4. 碳酸盐：
• 在精炼过程中，碳酸盐会发生分解反应产生二氧化碳气体。这些气体在熔体中形成微小气泡，气泡在上浮过程中会吸附熔体中的氢和夹杂物，将它们带出熔体，从而达到除气、除渣的目的。此外，碳酸盐的分解是一个发热反应，能够使混合的氯化物迅速熔化，有助于精炼剂更好地发挥作用。
5. 氧化物：
• 二氧化硅（SiO₂）：可以增加精炼剂的粘性，使其在熔体表面形成一层均匀的覆盖层，防止熔体与空气接触，减少氧化。同时，二氧化硅还能与铝合金中的一些金属杂质发生反应，形成易于分离的化合物，从而起到除杂的作用。
• 氧化铝（Al₂O₃）：在精炼剂中含量较少，其主要作用是作为一种填充剂，调节精炼剂的物理性能，如粒度、密度等，使精炼剂更容易在熔体中分散。

不同的铝合金精炼剂成分会根据具体的精炼需求和铝合金的种类进行调整和优化。在实际应用中，需要根据铝合金的成分、熔炼工艺以及对精炼效果的要求等因素来选择合适的精炼剂。铝合金精炼剂成分比例不同，对精炼效果会产生不同的影响。
1. 氯化物成分比例的影响
• 除气效果方面
• 当氯化物（如氯化钠、氯化钾、六氯乙烷）比例较高时，除气效果通常会增强。例如，六氯乙烷分解产生的氯气能够有效去除铝合金熔体中的氢气。合适的氯化物比例可以保证足够的氯气生成量，使氢气与氯气充分反应生成氯化氢排出。但如果氯化物比例过高，可能会导致铝合金熔体过度氯化，引入过多的氯元素杂质，并且会增加精炼成本。
• 除渣能力方面
• 氯化物可以降低熔体表面张力，有助于夹杂物的上浮分离。适当增加氯化物比例有利于改善除渣效果，但过多的氯化物可能会使熔体过于活跃，反而导致新的夹杂物生成或者使原本稳定的夹杂物再次混入熔体。
2. 氟化物成分比例的影响
• 除渣主导作用
• 氟化物（如氟化钙、氟化钠）主要用于除渣。较高的氟化物比例会显著增强精炼剂吸附和溶解氧化铝等夹杂物的能力。例如，氟化钙能与夹杂物反应，将其转化为易于分离的化合物。然而，氟化物比例过高可能会腐蚀熔炼设备，同时也会增加生产成本。
• 对气体去除的协同作用
• 氟化物在一定程度上也能协同氯化物降低熔体的表面张力，促进气体逸出。但如果氟化物比例不合适，可能会干扰氯化物的除气功能，影响整体精炼效果。
3. 碱金属化合物成分比例的影响
• 酸碱度调节及除杂作用
• 碱金属化合物（如氧化钾、氧化钠）比例的变化主要影响熔体的酸碱度。合适的比例可以有效调节熔体酸碱度，增强去除杂质的能力。例如，适量的氧化钠可以吸收熔体中的水分，减少氢气产生。但如果碱金属化合物比例过高，可能会使熔体碱性过强，导致铝合金中的某些合金元素发生不良反应，影响铝合金的质量。
4. 碳酸盐成分比例的影响
• 除气除渣作用
• 碳酸盐在精炼过程中分解产生二氧化碳气体，用于吸附氢和夹杂物。当碳酸盐比例合适时，能有效带出熔体中的气体和夹杂物。但如果碳酸盐比例过高，产生的二氧化碳气体会过于剧烈，可能会引起熔体飞溅，同时也会增加不必要的成本。
• 对精炼剂性能的影响
• 碳酸盐的分解反应发热，能帮助氯化物熔化。合适的碳酸盐比例可以确保氯化物及时熔化并发挥作用，但比例不当可能会影响精炼剂的熔化速度和均匀性，进而影响精炼效果。
5. 氧化物成分比例的影响
• 防止氧化和除杂作用• 氧化物（如二氧化硅、氧化铝）用于在熔体表面形成覆盖层，防止氧化。适当的氧化物比例能有效减少铝合金熔体与空气的接触，降低氧化程度。同时，二氧化硅可以与金属杂质反应除杂。不过，氧化物比例过高可能会使精炼剂过于粘稠，影响其在熔体中的分散性，降低精炼效率。