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前方高能!铝合金压铸生产中金属损耗的计算及管理干货大全

作者: 秦皇岛六合科技开发有限公司发布时间:2021-12-31 13:50:06点击:468 
铝合金是压铸生产中最大的单一消耗物质,在铝合金熔炼过程中,总会因氧化和操作等许多因素,造成相当大的铝材损耗,它不仅白白损失了大量的铝材,且造成许多能源损耗,加上大量熔炼氧化物的产生也会影响铝液的质量,给产品带来各种不利的结果,有效地控制金属的流失可以在较大程度上增加企业的赢利。相反,在生产中不良的控制措施会造成过多的材料损失,造成生产成本的直接上升。

压铸过程中铝合金材料损耗有以下几方面:

1.熔炼中的烧损及挥发;

2.除渣时带出;

3.压铸件飞边毛刺;

4.浇口、料饼、废铸件等重熔的烧损及挥发;

5.因机床、模具等原因,造成压铸件重量增加。


在溶化金属过程中的金属损耗
(一)损耗原因及去向

 在铝合金熔炼过程中,由于铝氧化以及铝与炉壁、精炼剂相互作用而造成不可回收的金属损失叫烧损。烧损和渣中所含的金属总称为熔损。只要是大气条件下作铝的熔炼,无论是纯铝还是合金,其中的各种元素都要经过高温条件下的氧化作用,形成各种金属氧化物,造成铝液的损耗,自然也就按合金中不同的成分而生成各种不同的氧化物,从而使铝材受到损耗,熔化完成后的铝液,还需经过精练,精炼中添加的熔剂又因高温分解发热,进一步促使铝液中各元素的氧化烧损。更使人注目的是,精练完成后,有许多完好的铝滴,因界面张力的作用被粘附在渣中,成为渣铝混合物,一起被当作渣扒出炉外。尽管这种混合物还可用很多方法来进行分离回收,但毕竟又需消耗许多能源,且回收过程中又会遇到各种元素的氧化烧损问题,这种“再氧化”的结果,使不少铝成为无法再回收的粉态,所谓回收最多也只是含铝量的30%~50%,回收不了的粉态铝常被作为“灰渣”铺路等废物利用,其余的就完全变化垃圾了。综上所述,铝材熔炼过程中损耗的主要去向为:

1、熔炼过程中,各种元素在高温条件下的氧化烧损;

2、精练过程中,被混在渣中扒出炉外,这种损耗要比前者大好几倍。


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(二)熔炼过程中的气体及铝熔渣

1、气体

在铝合金熔炼过程中,气体主要是氢气,其次是氮气、氧气、一氧化碳等。铝合金中的氢气主要来源于炉气中水蒸气。水蒸气和铝液反应生成原子态氢.并在其界面建立起较大的分气压,使氢在铝液中迅速溶解且大量增加,铝液中的含氢量随铝液上的氢分压和铝液温度的升高而增加。

2、氧化夹杂物

夹杂物是指存于液相线温度以上的任何固相或液相的外生杂质。常见的非金属夹杂物有氧化物、碳化物、硼化物等,这些夹杂物大都以颗粒或膜状存在,铝液和各种气体反应可以生成氮化铝、碳化铝、氧化铝等。氧化铝化学稳定性高,在铝液中不分解。除上述夹杂物之外,铝熔体中还可能含有熔炼炉和浇包的耐火材料砖、溶剂及其它形式的中间化合物等夹杂物。

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(三)减少熔炼氧化烧损的途径

1、炉料状态

经验证明,炉料在入炉前是否作清洁处理,对氧化渣的产生效果大不一样,原固是炉料表面的不洁物、油污垢等在高温状态下燃烧发热,温度急增氧化激烈,形成大量渣滓。因此保持炉料的清洁,对抗烧损是有益的。

2、炉料块度

应该说,炉料的块度大小.反映了熔炼过程中,炉料与炉气中氧接触的面积大小,从这一点说,炉料块度越小,意味着与氧接触面积越大,这对加剧氧化是起促进作用的,尤其是对氧化性气氛严重的反射炉熔炼条件下,应力求不采用过小的炉料块度。

3、加热条件

熔池表面炉气中氧浓度高的熔炼条件,如带氧助烧喷嘴的熔炼炉,火焰直接与大面积的铝合金接触.会激烈加剧炉料的氧化烧损,熔炼温度和加热速度对氧化烧损有很大的影响,熔炼温度过高.对加剧合金氧化有促进作用,加热速度越快,实际上可缩短熔炼时间,从而减少合金氧化的怍用时间,有利于减少氧化烧损。因此选用熔化效率高的熔炼炉对减少金属氧化烧损有一定好处。

综上所述,合金的熔炼加热条件选择,实际上是围绕合金在熔炼过程中如何把握减少与氧在高温条件下的作用时间的问题,应考虑炉气气氛、熔炼温度和加热速度的影响因素,合金在熔炉里.尤其是高温阶段.时间越长,越是容易加剧饶损,这在生产管理中是一个很重要的环节,因此合金熔炼结束后,铝液在炉中长时间停留是十分不利的。



(四)减少精炼过程中的合金损失

4.1 在高温条件下生成的氧化物与金属液的浸润能力虽很差,但铝液和氧化物仍机械地包混在一起,特别是不干燥的熔剂,更容易产生这种包混现象,通过对添加剂的干燥处理,不仅可以相对降低二者的浸润作用,且有利于促进添加剂放热反应,帮助二者分离使铝液流回熔池,所以熔剂的不干燥,容易带入气体.造成更严重的氧化饶损

4.2 精炼剂的影响

加精练剂将会分解发热,进一步加快铝液的氧化,为了使铝渣降低浸润性,促进两者分离,又不得不加。因此,不仅要选择好精炼剂种类,同时要控制其适合的加入量。例如用NaC]。比NH4C1的分解温度低,发热也小,所以氧化产渣率也小。但加得太多,同样会增多氧化渣,增加铝液的损耗

4.3 设法提高渣液分离性能

精炼后浮到液面的渣与金属液浸润性很好,两者紧紧牯附在一起,呈混熔状态。这时必须加上合适量的“发热造渣剂”,加入液面后强制燃烧发热,使液面渣温升高,使渣中的氧化物和金属滴浸润性变差,从而使渣中大的金属液滴再熔化回到金属液中,这样的强制燃烧升温必然会产生少量的金属烧损,但比起让大的铝液滴被扒出炉外的损失,还是利大于弊,即总损失可大为减少。

综上所述,降低熔炼损耗的基本出发点可归纳为:

(1)减少熔炼过程中一切促进氧化激烈进行的各种固素,其中包括:

a.严格使用经过处理,表面清洁的炉料,金属锭和压铸件毛边料应存放在干燥的地方并避免与其他物料相混,应该尽量避免室外存放金属料,以免会增加金属料被氧化的程度。

b.尽量少用小块度炉料

c.选择采用炉气氛好(氧浓度低)的熔炉和熔铝条件,制造降低氧浓度的炉气措施。

d.尽量提高加热速度,缩短熔炼时间。

(2)严格控制精炼过程中的添加剂熔剂种类和加入量。

a.使用惰性气体精炼法,可减少精炼过程中的氧化烧损

b.用良好的打渣剂促进渣液分离,是使烧损明显减少的重要关键

(3)在溶化金属锭及毛边料时,产生一定的氧化是不可避免的,但是在添加金属料进金属液池时,也要使金属液池尽可能受最小的扰动,应当在金属液池表面保留一层薄的熔渣层,以便减少暴露新鲜金属液于空气的机会,只有当熔渣达到1-2cm厚时才除渣。细小的毛削、毛边及从地面清理而得的废料有很高的表面积/体积比,潮湿/多油的薄件反工料或机加工的废料可以进行针对性的方案来确定将细小废料进行清洗,干燥并挤压成小块料,再随后重熔是否合算。

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熔炼烧损的计算

为了妥善地管理烧损的损失,保持准确的金属料平衡记录十分重要。其中包括购买量,生产的铸件重量,及产生的熔渣量。准确的记录可以通过比较不同时间内(或许是每月内)地数据,而及时发现任何熔渣数量地变化。除熔炼合金过程损失外,生产过程的损失,产品加工损失,收发货时重量误差,不当的库存记录,及其它不可预知的因素,在计算公司的整体烧损时,这些额外的损失应扣除掉。

金属在熔炼过程中由于氧化、精炼、扒渣等原因都会产生损耗。在随后的铸造中,铸件有浇冒口等工艺废品和废铸件需要返回重新熔铸;铸坯除了切头切尾及铸造废品需要重新熔铸外,在加工车间还会有工艺废料和废品需要返回铸造车间重新熔铸。任何金属的加工过程中都有一个类似的金属循环过程,在这一循环过程中,金属有一定的损耗。显然,这一循环过程中金属损耗的多少,与熔炼条件和金属的性质有关,还与铸造成品率及加工车间的成品率有关,金属在一定生产设备和工艺条件下,一定量的金属原料通过反复循环全部加工成成品,有多少金属原料被损耗,能生产多少产品?这些问题是每一个生产者和经营者都关心的问题。根据机械工业部JB/T9169.6-1998工艺定额编制标准内的材料消耗工艺定额依据,可参考如下公式对熔炼过程的损耗加以计算:

(1)熔铸损耗率a a=Ws/W
式中:
WS-熔铸中损耗的金属质量(包括氧化与渣中带走的金属);
注:熔渣由于可以二次重熔回收及最终处理,因此计算时应考虑回收的价值;
W-投入炉内的金属总质量。
(2)铸件成品率b b=Wc/W
式中:Wc-铸造车间的产品质量
(3)可回收率=回炉料重量/W
(4)不可回收率=(W-Wc-回炉料重量)/W
(5)炉耗率=(W-金属液重量)/W
(6)金属液收得率=金属液重量/W
(7)金属炉料与焦炭比=W/焦炭重量
根据上述公式,在单纯计算熔炼过程中的烧损时,应根据一定时期内投入材料的总重量,减去每次取合金液重量的总合,在减去回收的渣料(熔炼过程的最终渣料价值)才能准确的计算烧损率。

公式7焦炭比在使用天燃气或其他能源时应加以换算。

上述公司的计算是在设定重量在标准内的,未考虑重量增加的损失。如要计算整个压铸过程的材料损失,应对前面所提到的5个相关因素都加以考虑,才能更准确的核算生产过程的材料成本。




关于溶渣的处理
采用火焰反射炉熔炼铝合金,由于炉料不同,渣量为炉料量的2%~5%,而渣中的含铝量为渣量的40-60%左右。因此,正确的处理铝炉渣,回收渣中的铝来降低熔损具有重要的意义,即使采取了所有必要的措施来降低溶渣的产生,含有部分的合金浮渣仍需要定时从熔炉表面上出去。压铸车间自行回收可用的压铸合金通常需要一个专用的冶炼炉,一搅拌器或其他可用来混合熔炼金属,以及助溶剂(去渣剂)的装置。用于生产铸件的压铸机熔炉和蓄料炉一般不适宜处理溶渣,市场上有几种不同的专利助溶剂,可用来将溶渣分离成可用合金、氧化物和金属中间相物。如果使用恰当,其中的助溶剂将产生很少甚至不产生烟雾。使用无烟或低烟雾的助溶剂,将会降低废气的排放,建议与助溶剂生产厂家直接接洽,以便获得对该特定产品所适宜的特定工艺。

1.1 扒渣前的处理:精炼后浮到熔体表面的渣,与熔体的浸润性较好,湿润角小于90o,渣中混有相当数量的熔体,这一部分熔体呈颗粒状分散在渣中,与渣粘附在一起。熔体温度低时两者的湿润性更好,若此时扒渣,随渣带出的熔体重量约是渣重量的60%。将炉渣量1‰~2‰的造渣剂均匀地撒地熔体表面,来减少渣中的含铝量。反应物AlF3与铝、氧发生放热反应,所释放的热量,使粘性熔渣成为松散粉末状的干性渣。这样,铝熔体与渣中氧化物的湿润性变小,使混在渣中的颗粒状铝滴脱离而出,回到熔体中。
   1.2 出炉后的铝渣处理:应当指出,经过上述处理后扒出的渣仍混有铝滴。在扒渣时,首先将其扒入带有孔眼的铁箱内,使一部分粘附在渣上的铝熔体可渗漏出。扒渣完毕后,再将渣倒入准备好的坑内(经特殊处理),向渣中撒一些造渣剂,同时搅拌,使渣与造渣剂混匀,5~10min后从坑内将渣扒出。依靠造渣剂的快速升温作用使渣温达到950℃左右,渣中铝滴周围的氧化膜破裂,而铝滴借助自身重力逐渐汇集落到坑底。经过二次处理的渣就只含有较少量的铝粒了,将冷却后的渣存放在一定地方,从中拣选其中的铝粒。采用上述处理铝炉渣来回收的方法,简易可行。目前,在铝合金熔炼过程中熔损降到1.6%,有时可达到1.4%,如每年生产5000t铝合金,可将原来因熔损而造成的经济损失减少40万元,经济效益相当可观。

溶化及生产中金属液产生溶渣是不可避免的,但是通过恰当的控制、管理溶化和铸造工艺过程,可以减少溶渣的形成,从而为压铸厂商增加较大的利润。在生产中采用以下所列步骤可以使压铸生产中由于溶渣损失而带来的金属损耗降低至最小的程度:


(1)购买清洁的、环保的、未被腐蚀的合金锭。将原料存放在清洁、干燥的地方,对于回炉料,也应同样对待。

(2)通过正确设计及装配压铸模具而降低回炉料的产生量。如此,可以减少或消除毛边和报废件的产生。

(3)将潮湿或油沥的毛边料或清扫所得的加工废料处理成干净、干燥的料块再重溶。

(4)溶化温度应尽可能的低而均匀,溶化炉及蓄液炉温度不应超过750度。

(5)至少应每月一次用手携式温度计检查金属液的温度,以确保熔炉温度计的准确性。

(6)在添加新合金锭或回炉料时,应尽量减少对溶池的搅动。

(7)用多孔的除渣器仔细地除浮渣,并在炉池边轻抖或拍击除渣器,以便让混杂如溶渣中的有用合金液流回池中。

(8)只有必要时才除渣,在溶池表面保留一层浮渣将会减少空气对金属液的氧化。

(9)按助溶剂厂家的推荐工艺进行浮渣处理,以确保获得最大的金属回收率。

(10)应对溶渣的产生做好详细的记录,并定期比较一段时间内产生的溶渣量数据,以便及时发现生产中出现的异常现象。


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铝及铝合金熔液的精炼净化介绍


铝及铝合金熔体的精炼净化方法较多,主要有浮游法、熔剂精炼法、熔体过滤法、真空法和联合法。本文介绍熔剂精炼法在铝合金熔炼中的应用。

1、熔剂的作用

盐熔剂广泛地用于原铝和再生铝的生产,以提高熔体质量和金属铝的回收率

熔剂的作用有四个:其一,改变铝熔体对氧化物(氧化铝)的润湿性,使铝熔体易于与氧化物(氧化铝)分离,从而使氧化物(氧化铝)大部分进入熔剂中而减少了熔体中的氧化物的含量。其二,熔剂能改变熔体表面氧化膜的状态。这是因为它能使熔体表面上那层坚固致密的氧化膜破碎成为细小颗粒,因而有利于熔体中的氢从氧化膜层的颗粒空隙中透过逸出,进入大气中。其三,熔剂层的存在,能隔绝大气中水蒸气与铝熔体的接触,使氢难以进入铝熔体中,同时能防止熔体氧化烧损。其四,熔剂能吸附铝熔体中的氧化物,使熔体得以净化。总之,熔剂精炼的除去夹杂物作用主要是通过与熔体中的氧化膜及非金属夹杂物发生吸附,溶解和化学作用来实现的。

2、熔剂的分类和选择

2.1熔剂的分类和要求

  铝合金熔炼中使用的熔剂种类很多,可分为覆盖剂(防止熔体氧化烧损及吸气的熔剂)和精炼剂(除气、除夹杂物的熔剂)两大类,不同的铝合金所用的覆盖剂和精炼剂不同。但是,铝合金熔炼过程中使用的任何熔剂,必须符合下列条件:

①熔点应低于铝合金的熔化温度。

②比重应小于铝合金的比重。

③能吸附、溶解熔体中的夹杂物,并能从熔体中将气体排除。

④不应与金属及炉衬起化学作用,如果与金属起作用时,应只能产生不溶于金属的惰性气体,且熔剂应不溶于熔体金属中。

⑤吸湿性要小,蒸发压要低。 

⑥不应含有或产生有害杂质及气体。 

⑦要有适当的粘度及流动性。 

⑧制造方便:价格便宜。 

3、铝合金熔炼中常用熔剂 

熔剂精炼法对排出非金属夹杂物有很好的效果,但是清除熔体中非金属夹杂物的净化程度,除与熔剂的物理、化学性能有关外,在很大程度上还取决于精炼工艺条件,如熔剂的用量,熔剂与熔体的接触时间、接触面积、搅拌情况、温度等。为精炼铝合金熔体,人们已研制出上百种熔剂,以钠、钾为基的氯化物熔剂应用最广。对含镁量低的铝合金广泛采用以钠钾为基的氯化物精炼剂,含镁量高的铝合金为避免钠脆性则采用不含钠的以光卤石为基的精炼熔剂。

3.3 熔剂使用方法 

熔剂精炼法熔炼铝合金生产中常用以下几种方法:

①熔体在浇包内精炼。首先在浇包内放入一包熔剂,然后注入熔体,并充分搅拌,以增加二者的接触面积。 

②熔体在感应炉内精炼。熔剂装入感应炉内,借助于感应磁场的搅拌作用使熔剂与熔体充分混合,达到精炼的目的。 

③在浇包内或炉中用搅拌机精炼,使熔剂机械弥散于熔体中。 

④熔体在磁场搅拌装置中精炼。,该法依靠电磁力的作用,向熔剂——金属界面连续不断地输送熔体,以达到铝熔体与熔剂间的活性接触,熔体旋转速度越高,其精炼效果越好。

⑤电熔剂精炼。此法是使熔体通过加有电场(在金属——熔剂界面上)的熔剂层,进行连续精炼。


总结:
在压铸过程中的材料损耗主要为以下几个方面:



一、熔炼过程的损耗

1、渣料的去除方法,过程还有待改进。

2、各种熔剂的使用是否按要求进行。

3、熔炼过程的温度是否受控。

4、各种料的配比是否按工艺。

5、除渣、气过程是否按工艺。



二、各级回炉料的管理

1、在压铸过程中废料、余料的管理不严格,浪费较大。

2、回炉料未真正分级,分类管理。

3、回炉料的回收未做好。



三、重量增加、产品生产过程废品的损失

1、关于重量增加带来的损失,一方面公司内积极控制,二方面与顾客沟通,重新确认标准重量。

2、减少生产过程的废品损失。


综上所述,只有从源头抓起,各个环节严格控制,认真,真实统计过程的数据,才能真正反映公司材料的消耗情况,核算生产成本,更好的利用数据指导经营,降低消耗,提高效益。
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