4. Выбор технологии приготовления сплава

Загрузку компонентов шихты в печь обычно выполняют в следующей последовательности: чушковый алюминий, после его расплавления - крупный лом, возврат, чушковый переплав стружки, лигатуры.

При плавке алюминия и сплавов на его основе важнейшими элементами технологии приготовления сплава является, во-первых, защита расплава от окисления и газопоглощения и, во-вторых, удаление из расплава оксидных плен и водорода, т. е. рафинирование сплавов.

Защита алюминиевых расплавов от окисления и поглощения водорода достигается плавкой под флюсами в слабоокислительной атмосфере. Для защиты металла от атмосферы печи применяют покровные флюсы. Они вводятся в печь вместе с шихтой. Покровные флюсы должны быть легче расплавленного металла, более легкоплавкими, чтобы образовывать равномерную жидкую пленку на поверхности металла. В то же время флюсы должны легко отделяться от поверхности жидкого металла при снятии шлака. Для большинства алюминиевых сплавов (в том числе и для сплава АЛ7), содержащих не более 1 % Mg, в качестве покровных флюсов применяют смесь хлоридов натрия (45 %) и калия (55 %) [5].

Для предотвращения взаимодействия металла с влагой внимательно следят за тем, чтобы футеровка печи, желоба, ковша, флюсы были должным образом подготовлены к работе и не содержали следов влаги.

Несмотря на принятие рассмотренных выше мер предотвращения взаимодействия паров воды с расплавом алюминия, полностью устранить это взаимодействие не удается, и расплавы в большей или меньшей степени загрязняются оксидными включениями и насыщаются водородом. Поэтому в конце плавки их подвергают рафинированию.

Наиболее распространенным в настоящее время способом рафинирования алюминиевых сплавов является обработка их хлористыми солями. Сущность метода состоит в том, что в результате взаимодействия хлоридов с расплавленным алюминием образуется легкоиспаряющееся вещество А1С1₃, пузырьки которого, выходя из расплава, уносят с собой водород и оксидные включения. Для этих целей применяют хлорид цинка ZnCl₂ и хлорид марганца MnCl₂, гексахлорэтан С₂С1₆ и др. При замешивании в расплав, например, хлорида цинка происходит, с одной стороны, его испарение, а с другой - образование газообразного хлорида алюминия.

В последние годы для рафинирования алюминиевых сплавов используют гексахлорэтан, который вводят в расплавы в виде порошка или таблеток. Гексахлорэтан в отличие от других хлоридов не гигроскопичен, поэтому для его хранения не нужны специальные условия [6].

5. Расчет шихты

Для приготовления сплавов могут быть использованы следующие шихтовые материалы:

- первичные металлы;

- отходы собственного производства;

- лигатуры;

- отходы и лом, поступающие со стороны;

- вторичные металлы и сплавы.

Расчет проведем на 100 кг сплава. Расчет шихты производится, основываясь на химическом составе сплава.

Таблица 2. Химический состав в % материала АЛ7

Fe	Si	Mn	Ti	Al	Cu	Zr	Pb	Mg	Zn	Sn	Примесей
до  1	до  1.2	до  0.1	до  0.2	92.9 -96	4 -5	до  0.1	до  0.01	до  0.03	до  0.2	до  0.01	всего 2.1

Расчетный состав сплава: Al – 96%, Cu- 4%.

Угар элементов: 2% и 1% соответственно.

Предположим, что шихта состоит на 60% из свежего металла, и на 40% из возврата собственного производства. С возвратом в шихту поступает:

Сu	4,0х40	= 1,6 кг
	100
Al	96х40	= 38,4 кг
	100
Итого: 40 кг

Увеличим количество шихтовых материалов на величину потерь от угара:

Сu	4x1	= 0, 04 кг
	100
Al	96x2	= 1,92 кг
	100

Таким образом, количество меди в шихте составит 4 + 0,04 = 4,04 кг, алюминия – 96 + 1,92 = 97,92 кг.

Дополнительно нужно ввести при помощи чистых металлов:

AI 97,92 – 38,4 = 59,52 кг

Си 4,04 – 1,6 = 2,44 кг.

Для введения дополнительной меди необходимо ввести лигатуру Al-Cu (40 % - Cu)

2,44 кг -40% 2,44 х 100

X кг -100% 40 = 6,1 кг.

С этим количеством лигатуры вводится AI:

6,1 – 2,44 = 3,66 кг

Дополнительно требуется ввести AI:

59,52 - 3,66 = 55,86 кг.

Недостающий AI вводится чушковым AI марки А5 (99,5% Аl 0,3 % Fe; 0,3 % Si): 55,86 x 100

99.5 = 56,14 кг.

Таблица 3. Состав шихты

Компоненты	кг	%
1. Возврат	40	39,12
3. Лигатуры Al-Cu	6,1	5,97
4. Первичный Al	56,14	54,91
ИТОГО:	102,24	100

Таблица 4. Исходные и расчетные данные

Нормируемые показатели	Компоненты шихты
	Al	Cu	Всего
Средний химический состав сплава, % (мас. доля)	96	4	100
Масса компонента на 100 кг шихты, кг	96	4	100
Угар, % (масс.Доля)	2	1	-
Угар, кг	1,92	0,04	1,96
Расчётная масса шихты, кг	97,92	4,04	101,96
Cодержание в цеховом возврате (40% , мас. доля),кг	38,4	1,6	40,0
Cодержание в свежих металлах (60%, мас. доля), кг	59,52	2,44	61,96

Таблица 5. Рассчитанный состав шихты для одного цикла заливки (на 1 модельный блок, 1,5 кг)

Компоненты	кг	%
1. Возврат	0,6	39,12
3. Лигатуры Al-Cu	0,09	5,97
4. Первичный Al	0,84	54,91
ИТОГО:	1,53	100