铝合金氩气旋转喷吹精炼与变质剂和清渣剂复合使用研究

赵忠兴，马玉娇，耿德军，徐兴文

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110168）

铝合金氩气旋转喷吹精炼与变质剂和清渣剂复合使用研究

赵忠兴，马玉娇，耿德军，徐兴文

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110168）

研究了氩气旋转喷吹精炼处理与变质剂、清渣剂复合工艺的使用情况，分析了不同复合工艺对铝液精炼效果和变质效果的影响，分析了变质剂、清渣剂的相互影响。试验结果表明，采用氩气旋转喷吹精炼与盐类变质剂、清渣剂复合使用可提高铝液的精炼效果，对于采用锶变质剂的铝合金，清渣剂的使用可增加锶的烧损，降低锶的变质效果。

氩气精炼；变质剂；清渣剂；复合应用

合理的精炼工艺和变质工艺是获得高质量铝液的基础，高质量的铝液是获得优质铝铸件的必要条件。怎样根据实际的生产条件和状态，确定铝液的精炼工艺和变质工艺，控制铝液熔炼质量，提升铸件的内部品质已经得到重视［1、2］。

现行的常用精炼工艺多为氩气旋转喷吹工艺和盐类精炼工艺［3，4］，常用的变质工艺是钠盐变质和锶变质工艺［5，6］，而旋转喷吹工艺精炼效果较好，工艺稳定，无污染，如与清渣剂复合使用效果更好。盐类精炼工艺精炼效果较氩气旋转喷吹工艺差一些，对锶变质效果影响较大，尤其是氯盐类精炼剂，几乎可以消耗铝液中50%～90%的锶，对变质剂的采用有一定的局限性。采用不同的精炼处理工艺和变质处理工艺，对铝液质量的影响是不同的，通过铝液致密性的测试、变质效果的分析，研究精炼处理工艺和变质处理工艺对铝液质量的影响，以及这些因素之间的相互作用，对提高铝液质量是十分必要的。

1　钠盐变质条件下的复合使用

试验采用氩气旋转喷吹精炼机，二合一精炼变质剂，清渣剂以及它们的不同复合工艺对铝液进行精炼处理，试验材料为ZL101A，50 kg石墨坩埚。

使用如下的试验方法处理铝合金液。

工艺1：单独使用二合一精炼变质剂；

工艺2：二合一精炼变质剂与清渣剂复合使用；

工艺3：氩气旋转喷吹精炼与二合一精炼变质剂复合；

工艺4：氩气旋转喷吹精炼、二合一精炼变质剂、清渣剂三者复合；

工艺5：氩气旋转喷吹精炼、三元变质剂复合；

工艺6：氩气旋转喷吹精炼、三元变质剂、清渣剂三者复合。

试验中，氩气旋转喷吹精炼时间15 min，二合一精炼变质剂加入量1.5%，三元变质剂加入量1.5%，清渣剂加入量1.5%。试验结果见表1。

表1　各种复合工艺精炼与变质效果的对比

二合一精炼变质剂既有精炼作用，又有变质作用，在实际生产中易于操作，应用较广泛，但其精炼效果很难达到1级针孔度的要求，对于一些大型的砂型铸件，局部易产生针孔超标，从表1中工艺1试验数据分析，精炼后的铝液密度值并不高。但将二合一精炼变质剂与氩气旋转喷吹精炼复合使用，会使铝液精炼后的密度值显著提高，如表1中的工艺3实验数据，达到1级针孔度的要求，基本可以保证大型砂型铸件的针孔度要求，并兼顾铝液的变质要求，这种工艺是目前实际生产应用最多的。

铝合金的精炼过程是除气和除渣的净化过程，上述两种精炼工艺都是浮游法除气、除渣的原理，浮游的气泡对铝液中夹渣的俘获作用并不强，体现在铸件的力学性能不是很好，可能在铸件内部存在微小的夹杂，影响铸件的力学性能。将这两种精炼工艺与清渣剂复合使用，既能降低铝合金液中的夹渣，又能提高铝合金液的密度，降低铸件的针孔度等级。表1中工艺2、4、6与相对应的工艺1、3、5的数据说明，清渣剂的加入提高了铝合金液的密度。

二合一精炼变质剂操作使用方便，但在实际使用中发现，从单一的作用来讲，它的精炼效果不如氩气旋转喷吹精炼工艺，它的变质效果与传统的钠盐三元变质剂相比要差一些。所以，在近十年氩气旋转喷吹精炼工艺快速发展起来以后，采用氩气旋转喷吹精炼工艺与三元变质剂复合使用，有效的克服了单加三元变质剂使铝合金液含气量增加的缺点，在保证精炼效果的同时，使铝合金的变质效果较二合一精炼变质剂有所提高，表1中工艺5与工艺3相比、工艺6与工艺4相比，精炼效果基本相同或有提高，但变质效果提高，如图1所示。

图1　变质后金相组织照片

在氩气旋转喷吹精炼工艺普遍使用之前，由于钠盐变质剂具有衰退期，加入钠盐后的有效变质时间小于1小时，一般变质工艺多在精炼工艺之后，但钠盐加入铝合金液后往往降低铝合金液的密度（如图2所示），增加了含气量，影响铸件的内部质量，使三元变质剂的应用有了一些瑕疵，这也是二合一精炼变质剂在工厂使用较多的原因；要是钠盐保持绝对的干燥，是不会增加铝合金液的含气量，但实际生产中很难做 到。如果采用氩气旋转喷吹精炼工艺，可以在吹氩气的同时加入三元变质剂，二者复合使用，便可有效的克服铝合金液变质后的增气现象，使单一钠盐变质剂的应用趋于合理。

图2　 钠盐加入时间对密度的影响

2　锶变质条件下的复合使用

试验采用氩气旋转喷吹精炼机，铝锶合金（含锶10%），清渣剂以及它们的不同复合工艺对铝液进行精炼处理，试验材料ZL101A，50 kg石墨坩埚。

使用如下的试验方法处理铝合金液。

工艺7：氩气旋转喷吹精炼、锶变质复合；

工艺8：二合一精炼变质剂、锶变质复合；

工艺9：氩气旋转喷吹精炼、锶变质、清渣剂三者复合。

试验中，氩气旋转喷吹精炼时间15 min，锶的加入量0.04%，二合一精炼变质剂加入量1.5%，三元变质剂加入量1.5%，清渣剂加入量1.5%。试验结果见表2。

表2　各种复合工艺精炼与变质效果的对比

为了得到长效的变质效果，克服钠盐变质衰退快的缺点，实际生产中使用锶变质可获得4～8 h的有效变质时间，但锶变质的最大缺点是对精炼剂有选择，增加铝合金液的吸气倾向。

采用氩气旋转喷吹精炼、锶变质复合（工艺7）是目前实际生产中常用的工艺措施，它的优点在于既可以获得较好的精炼效果，又能获得良好的变质效果，对锶的烧损最少。采用盐类精炼方法与锶变质相复合使用的工艺已很少使用，原因在于盐类精炼剂对锶的烧损过大；如使用六氯乙烷精炼和锶变质复合使用，锶的烧损大于50%，，使锶的变质效果几近消失。采用二合一精炼变质剂与锶变质复合（工艺8）的精炼效果不理想，但变质效果良好，甚至好于单一的锶变质效果，可能是两种变质方法钠盐变质效果与锶变质效果有一定叠加作用。在氩气旋转喷吹精炼、锶变质复合基础上添加清渣剂，有助于提高铝合金液的精炼效果（工艺9），但对于锶有一定烧损，从而影响锶的变质效果，至于锶的烧损大小取决于清渣剂的具体成分，及与锶的反应倾向。

铝合金液加入锶后，会显著增加铝合金液的含气量，这可能与锶的固氢作用有关，铝合金液的含气量增加多少与铝合金液精炼后的时间有关，也与铝合金中锶的加入量有关，如图3示，随着铝合金液精炼后使用时间的延长，铝合金液的含气量明显增加，在超过1.5h后，铸件的针孔度等级基本上大于三级，对于砂型铸件，铸件上针孔已经明显出现；另外，铝合金液中含锶量越大，吸气倾向越大。

3　结论

（1）采用氩气旋转喷吹精炼与盐类变质剂、清渣剂复合使用可提高铝合金液的精炼效果，如采用三元变质剂可获得良好的变质效果。

（2）氩气旋转喷吹精炼与锶变质剂、清渣剂复合使用对提高铝合金液的精炼效果有利，但会增加锶的烧损。

图3　精炼后时间对密度的影响

[1] D.P.K.Singh. Analyzing Aluminum Melt Quality from Furnace to Mold[J]. Modern Casting, 2001, 91(5):44～46.

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[3] 陈渭臣，黄兴波．铝合会熔体处理的研究近况[J]．铸造,2003，23(6)：384～386.

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[8] 韩成年. 铝熔体的氧化吸气与旋转喷吹氩气精炼[J]. 中国铸造装备与技术,2001(4).

Compound Treatment Study of Rotation-injection Argon Gas Degassing、Modifer and Clearing Inclusion Flux for Aluminum Alloy

ZHAO ZhongXing，MA YuJiao，GENG DeJun，XU XingWen
（ Shenyang Ligong Universerty， Shenyang 110168， Liaoning，China）

In this paper， the compound treatment effect of rotation-injection argon gas degassing、modifer and clearing inclusion flux is studied and the effection of different compound treatment technology on modify and refinet is analysed for aluminum alloy. The results show that compound treatment technology of rotationinjection argon gas refning、modifer and clearing inclusion fux can increase effect of aluminum alloy refned， clearing inclusion fux increase the burning of strontium modifer and reduce the effect of strontium modiftion for strontium.modiftion aluminum alloy.

Argon gas refning； Modifer； Clearing inclusion fux； Compound treatment

TF821:TG292;

A；

1006-9658（2015）04-0056-03

10.3969/j.issn.1006-9658.2015.04.016

2015-05-13

稿件编号:1505-931

赵忠兴(1963—)，男，博士，教授，研究方向是铸造铝合金.