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1、铝熔体过滤装置的发展与应用 袁贺菊 (洛阳有色金属加工设计研究院,河南洛阳471039 ) 摘 要：对于生产铝箔、易拉罐、飞机材料以及印刷用板基等高精度产品,铝加工厂对铝熔体过滤有了更深的认识,引进了数台先进的过滤装置。本文简要介绍了铝合金中夹杂物的形成及危害,重点介绍了过滤杂质的原理及目前应用的几种过滤装置。 关键词：陶瓷板过滤、深床(DBF)过滤、管式过滤 中图分类号：TG29
2、2 文献标识码：A 文章编号：1671-6795(2010)03-0019-04 中国拥有自主知识产权的ARJ21-700型“翔凤”支线客机上所用的13种2×××和7×××合金几百种铝材都是进口[1]。中国易拉罐材料的消费量逐年递增,至2008年为止也大量依靠进口。其中主要的原因是铝材的“先天不足”,其内部的冶金质量并不理想。铝熔体中除含有气体外还含有夹杂物,夹杂物是从熔炼铸造过程带入到铸锭内部,它降低了金属的纯洁度,破坏了金属的连续性,使制品的机械性能以及合金的抗应力腐蚀性能降低。夹杂物一般为1
3、 ~30μm,如果不把它们除掉,不可能生产出高质量的产品。在线除气过程中,通过气泡上浮过程与夹杂颗粒相遇,使其部分携出表面,而剩余的夹杂物需要通过过滤装置除掉。目前过滤净化是熔体铝及铝合金中除去非金属夹杂物的最有效方法。没有合适的熔体处理工艺的保证,也不能充分发挥材料应有的作用。 1 铝合金中夹杂物的形成及危害 铝合金中的夹杂物一部分来自炉料,而大部分则是铝合金在熔炼过程中与炉气中各种成分接触,生成A1203、氮化物等化合物,在铸锭内部形成颗粒较大的或细小成群的非金属夹杂物。颗粒较大的非金属夹杂物使
4、合金组织不连续,降低产品的致密性,成为腐蚀和裂纹产生的根源,明显降低合金的强度和塑性;细小的弥散夹杂使金属熔体粘度增大,降低凝固时铝液的补缩能力。而且铝液中的A1203会增加铝合金熔体的氢含量,随着铝合金中氢含量的增加,铸锭中形成疏松、气孔、小白点、小尾巴等缺陷的倾向增加。 2 过滤的原理 铝合金熔体的过滤有表面过滤和内部过滤。表面过滤是指固体杂质主要沉积在过滤介质表面。内部过滤是指铝液携带夹杂物在过滤介质中沿曲折的通道和孔隙流动,受到直接拦截、吸附、沉积等作用,与孔壁碰撞而牢固的粘附在孔壁上。随着
5、过滤的进行,孔道有效过滤截面逐渐减少,透过能力下降,过滤精度提高。陶瓷板过滤、深床过滤属于内部过滤,管式过滤属于表面和内部双重捕获杂质。如图1和图2所示。 3 过滤装置 目前国内外铝加工厂熔铸车间都应用了先进的过滤装置,主要有陶瓷板过滤装置、深床过滤装置、管式过滤装置。 3. 1 陶瓷板过滤装置 自从20世纪70年代铝合金用泡沫陶瓷过滤器首次研究成功以来,泡沫陶瓷过滤技术得到了迅速发展,目前在铝加工厂应用最为广泛。国外泡沫陶瓷板使用效果好的有sivex、selee等。 过滤等级(孔
6、尺寸)范围从20到80 pp,i但30ppi、50ppi是最常用的。陶瓷过滤板的布置方式有单层过滤和双层过滤。 陶瓷板过滤装置的优点: ①成本低; ②合金品种易更换; ③易于安装; ④占地面积小,操作简便; ⑤对于大于10μm的杂质,过滤效果>95%。 3. 2 深床过滤装置 深床过滤装置最有代表性的是20世纪80年代Novelis公司开发的第一台深床过滤装置,可以满足罐料、薄箔料、PS板等产品质量要求较高的扁铸锭[3]。
7、深床过滤装置采用钢外壳制造,内部衬有耐火材料,包含数层精细的氧化铝球过滤材料。深床过滤器分为装料腔室和过滤腔室。过滤材料位于过滤腔室的内部,并由陶瓷栅格支撑,如图3所示。深床过滤装置的优点: ①氧化铝球尺寸有大小,可以根据需要添加以去除不同粒度的夹杂; ②过滤面积大,过滤效果高; ③对于大于5μm的杂质,过滤效果>90%。缺点: ①过滤装置的体积庞大; ②过滤的介质安装较复杂; ③过滤的介质不固定,会出现流失的可能。 3. 3 管式
8、过滤装置 管式过滤装置1960年美国最早提出想法,后由日本开发并应用。在日本、韩国主要使用管式过滤装置作为生产双零铝箔的标准配置。 管式过滤装置是一个有入口和出口的高质量氧化铝烧结制成的过滤管(管状的过滤器几根一组而成),两端的固定板由氮化硅预浇铸耐火内衬,盖子上带有棒状的加热器、陶瓷板及硅酸钙板保温层、以及排剩余铝液的塞子。过滤管只有一端是开口的,铝液从管子的外表,通过内
