當(dāng)代鋁熔體處理技術(shù)

前言

鋁具有一系列優(yōu)良性能，諸如密度小、塑性高、成形性好、傳導(dǎo)性能高、抗蝕性強(qiáng)，特別是鋁資源豐富，對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境友好，可回收性強(qiáng)等，因而鋁自1888年商業(yè)化生產(chǎn)以來，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門獲得了日益廣泛的應(yīng)用，沒有鋁就沒有今天這樣快捷便利的交通運(yùn)輸業(yè)，不會(huì)有給人們帶來如此舒適生活與光輝燦爛的世界電力工業(yè)。鋁早在20世紀(jì)50年代就已成為人類使用的第二大金屬。2009年，全世界原鋁產(chǎn)量約為41000kt，中國的產(chǎn)量約為13500kt，占世界產(chǎn)量的33％。20H09年中國鋁的消費(fèi)總量約為18700kt。鋁熔體處理一般指對(duì)液態(tài)鋁及鋁合金進(jìn)行三個(gè)層面的處理，即合金化、凈化與添加晶粒細(xì)化劑（鑄錠枝晶細(xì)化）。但為了更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，本書將成分與溫度均勻化作為一個(gè)獨(dú)立層面來敘述。不管是由原鋁還是由再生鋁生產(chǎn)鑄件、鑄錠與重熔用錠，還是由重熔用錠生產(chǎn)鑄件與鑄錠，都要對(duì)熔體進(jìn)行這四方面的處理。鋁熔體就是處于熔融狀態(tài)的鋁及鋁合金，通常其溫度比熔點(diǎn)高50～lOO℃。原鋁是指由電解法從三氧化二鋁提取的溫度約950℃的液態(tài)鋁，由原鋁生產(chǎn)鑄件（輪轂等）與鑄錠必須經(jīng)過“四化”處理，而生產(chǎn)重熔用錠可免去細(xì)化處理.即不添加晶粒細(xì)化劑。再生鋁廠生產(chǎn)鑄件與壓力加工用的鑄錠、鑄軋帶坯等也必須經(jīng)過“四化”處理，但生產(chǎn)大多數(shù)重熔用再生鋁錠可不進(jìn)行細(xì)化處理。鋁材加工企業(yè)生產(chǎn)任何一種產(chǎn)品都必須進(jìn)行精心的“四化”處理。2009年中國鋁的總產(chǎn)量約18700kt。由于原鋁廠及再生鋁廠生產(chǎn)的加工用錠、帶坯及鑄件只經(jīng)過一次“四化”處理，而用重熔錠（含再生重熔錠）須先后經(jīng)兩次“四化”處理，所以經(jīng)過“四化”處理的熔體約31500kt，即為總產(chǎn)量的2.7倍，隨著時(shí)間的推移，鋁廠及再生鋁廠的鑄件、加工用錠及帶坯會(huì)相應(yīng)增多，因此，此系數(shù)會(huì)有所減小，如到2025年系數(shù)能小到1.8就相當(dāng)不錯(cuò)了，意味著將有相當(dāng)大的節(jié)能減排效益。

內(nèi)容概要

全書共分6章，主要內(nèi)容包括：鋁及鋁合金的基本性能；鋁的合金化；溫度與成分的均勻化；凈化處理；細(xì)化處理；鋁熔體品質(zhì)監(jiān)測(cè)。    本書既可供從事金屬材料專業(yè)的師生閱讀，也可供從事相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1  鋁及鋁合金的基本性能  1.1  鋁在地殼中的存在及提取    1.1.1  鋁在地殼中的存在    1.1.2  鋁的提取  1.2  結(jié)構(gòu)    1.2.1  原子結(jié)構(gòu)    1.2.2  液體、晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)、密度    1.2.3  點(diǎn)缺陷、擴(kuò)散    1.2.4  位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)    1.2.5  亞晶粒與晶界    1.2.6  界面能    1.2.7  顯微組織  1.3  熱學(xué)性能    1.3.1  鋁的熔點(diǎn)與熔解熱    1.3.2  比熱容    1.3.3  熱導(dǎo)率    1.3.4  熱膨脹    1.3.5  鋁熔體的黏度    1.3.6  鋁熔體的表面張力    1.3.7  鋁熔體的流動(dòng)性    1.3.8  鋁熔體的蒸氣壓力  1.4  鋁的電磁性能    1.4.1  電阻率    1.4.2  磁學(xué)性能    1.4.3  熱電勢(shì)  1.5  聲學(xué)性能  1.6  光學(xué)性能    1.6.1  普通光    1.6.2  x射線    1.6.3  電子    1.6.4  重粒子    1.6.5  輻照損傷  1.7  力學(xué)性能    1.7.1  硬度、強(qiáng)度與塑性    1.7.2  彈性模量    1.7.3  疲勞    1.7.4  蠕變    1.7.5  摩擦與磨損  1.8  化學(xué)性能    1.8.1  電極電位    1.8.2  腐蝕    1.8.3  鋁構(gòu)件及鋁結(jié)構(gòu)腐蝕的控制  1.9  工藝性能    1.9.1  氧化    1.9.2  與水的作用    1.9.3  合金元素對(duì)鋁熔體氧化的影響    1.9.4  鋁熔體與氮的作用    1.9.5  鋁熔體與CO2的作用      1.9.6  鋁熔體與碳?xì)浠衔?CmHn)的作用    1.9.7  鋁熔體與氫的作用  1.10  凝固    1.10.1  液體金屬的結(jié)構(gòu)    1.10.2  凝固與結(jié)晶    1.10.3  凝固過程和凝固區(qū)的結(jié)構(gòu)2  合金化  2.1  鋁合金化基礎(chǔ)  2.2  鋁的合金化元素在鋁中的最大溶解度及其作用    2.2.1  主要合金元素在鋁中的最大溶解度    2.2.2  主要合金元素的作用及成分控制  2.3  爐料與配料    2.3.1  新金屬    2.3.2  原鋁成分的調(diào)整    2.3.3  配料    2.3.4  熔煉  2.4  中間合金生產(chǎn)    2.4.1  電解鋁廠生產(chǎn)    2.4.2  使用廠自制3  溫度與成分均勻化  3.1  永磁攪拌機(jī)    3.1.1  工作原理    3.1.2  攪拌機(jī)類型  3.2  ABB公司的電磁攪拌機(jī)(Al-EMs)    3.2.1  基本原理    3.2.2  系統(tǒng)配置特點(diǎn)    3.2.3  應(yīng)用效果  3.3  電磁泵(EMP)    3.3.1  熔池溫度的均勻化    3.3.2  熔化速度大為提高    3.3.3  成分均勻化迅速又可靠    3.3.4  降低能耗及提高能源效率    3.3.5  耐火材料壽命長    3.3.6  廢鋁箔及切屑的熔化實(shí)收率高    3.3.7  渣的形成速度下降生成量減少    3.3.8  除鈉除鈣效果顯著    3.3.9  凈化效果提高    3.3.10  低投資低維護(hù)  3.4  麥特新旋轉(zhuǎn)噴粉攪拌除氣機(jī)(FAPR精煉車)  3.5  機(jī)械熔體泵    3.5.1  等溫熔煉技術(shù)及工藝    3.5.2  等溫熔煉優(yōu)點(diǎn)    3.5.3  熔體循環(huán)泵  3.6  電磁攪拌對(duì)A356合金鑄棒品質(zhì)的影響4  凈化處理  4.1  氫及非金屬夾雜物    4.1.1  非金屬夾雜物    4.1.2  氫與夾雜物的關(guān)系    4.1.3  鋁熔體中Al2O3夾雜物與氫的相互作用機(jī)制  4.2  凈化原理    4.2.1  脫氣    4.2.2  除渣原理  4.3  凈化處理技術(shù)    4.3.1  除氫技術(shù)    4.3.2  排夾雜凈化技術(shù)    4.3.3  復(fù)合凈化技術(shù)  4.4  熔體保護(hù)及覆蓋劑    4.4.1  覆蓋劑特性    4.4.2  常用覆蓋劑的種類及成分    4.4.3  新型覆蓋劑  4.5  凈化劑及爐內(nèi)凈化工藝    4.5.1  凈化劑    4.5.2  氣體凈化劑及凈化工藝    4.5.3  固體凈化劑及凈化工藝    4.5.4  氣體-溶劑混吹凈化    4.5.5  液體凈化劑及凈化工藝    4.5.6  含鎂量高的鋁合金凈化溶劑    4.5.7  鑄造鋁合金凈化溶劑  4.6  爐外凈化處理    4.6.1  過濾技術(shù)    4.6.2  爐外處理法    4.6.3  其他凈化處理法5  細(xì)化處理  5.1  晶粒細(xì)化劑的發(fā)展  5.2  鋁合金組織細(xì)化理論基礎(chǔ)    5.2.1  包晶理論    5.2.2  相圖理論    5.2.3  粒子理論    5.2.4  僅-Al晶體增殖理論    5.2.5  原子結(jié)構(gòu)理論    5.2.6  相圖-粒子理論  5.3  細(xì)化劑的種類    5.3.1  鈦硼鹽類細(xì)化劑    5.3.2  中間合金細(xì)化劑    5.3.3  氣態(tài)細(xì)化劑  5.4  Al-Ti中間合金  5.5  Al-Ti-B中間合金    5.5.1  Al-Ti-B中間合金    5.5.2  Al-Ti-B-RE中間合金    5.5.3  中間合金粉細(xì)化法  5.6  Al-Ti-c中間合金    5.6.1  細(xì)化機(jī)理    5.6.2  細(xì)化效果  5.7  Al-sc-zr中間合金  5.8  Al-RE中間合金  5.9  不同中間合金細(xì)化效果比較  5.10  鋁-硅合金的變質(zhì)處理    5.10.1  共晶型合金    5.10.2  過共晶合金    5.10.3  4032合金    5.10.4  4988合金    5.10.5  A356型合金    5.10.6  過共晶鋁一硅合金的復(fù)合變質(zhì)處理  5.11  中間合金制備    5.11.1  電解還原法    5.11.2  直接熔化法    5.11.3  鋁熱還原法  5.12  電磁處理    5.12.1  工藝原理    5.12.2  應(yīng)用  5.13  超聲處理    5.13.1  基本原理    5.13.2  應(yīng)用6  鋁熔體品質(zhì)監(jiān)測(cè)  6.1  化學(xué)成分  6.2  溫度  6.3  氫含量    6.3.1  定性法    6.3.2  定量法  6.4  夾雜物    6.4.1  氧化膜工藝試樣法(斷口檢驗(yàn)法)    6.4.2  溴-甲醇法或碘-甲醇法    6.4.3超聲探傷法    6.4.4爐前快速檢測(cè)  6.5  細(xì)化效果評(píng)定參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在工業(yè)純鋁中銅、鐵和硅是主要雜質(zhì)，還有不同數(shù)量的鎵、鈦、釩、銅、鈉、錳、鎳和鋅，它們的含量決定于原料來源和冶煉工藝等，但通常比鐵和硅的含量低一數(shù)量級(jí)。在電解精煉鋁中，鐵仍是主要雜質(zhì)，但鋅、銅、鎂和鈉的百分比可能很接近于鐵，而高于硅。在區(qū)域熔煉提純中，則情況不一樣，有些元素例如鉻、錳和釩，在區(qū)域熔煉中很難除去，濃集在提純的鋁中而戰(zhàn)為占統(tǒng)治地位的雜質(zhì)。鋁也可以在熔煉過程進(jìn)行一定的提純。實(shí)際上只有鋰和鈉是比鋁氧化得更快的雜質(zhì)。鈉含量則完全取決于鋁處于液態(tài)的時(shí)間和溫度，每重熔一次，鈉的含量就降低一些，加熱到930-1130℃，可使它減少9／10。鋰也容易氧化并形成浮渣。通常用氯清除工業(yè)純鋁中的彌散氧化物以及溶解的或被截留的氣體。鎂、鈉和鈣也在氯處理中被清除，用含硼的合金或化合物處理作為導(dǎo)電體的鋁，以清除其中的鈦、釩、鋯和強(qiáng)烈降低電導(dǎo)率的其他雜質(zhì)。

編輯推薦

《當(dāng)代鋁熔體處理技術(shù)》是由冶金工業(yè)出版社出版的。

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