Guida agli additivi per la fusione dell'alluminio: compresse, leghe madri e flussi per un migliore recupero

Una fusione di alluminio da 12 tonnellate si trova a 735 °C, vengono inseriti 200 kg di compresse di manganese, il forno rimane fermo per dieci minuti e lo spettrometro restituisce ancora un livello di manganese basso dello 0,12%. Ordinare più tablet raramente risolve questo problema. Le domande utili sono più ristrette: qual era la temperatura di fusione al momento dell'aggiunta, dove sono state lasciate cadere le compresse e quanto tempo è durato effettivamente il bagno prima del campionamento? Nella maggior parte degli impianti, queste tre variabili determinano il recupero molto prima del grado di additivo.

La regola di funzionamento per gli additivi per la fusione dell’alluminio è semplice. Abbina la forma all'elemento, abbina il punto di aggiunta alla temperatura di fusione e pulisci la fusione prima di provare a legarla. Le compresse forniscono un dosaggio accurato e con pochi fumi di un singolo elemento come Mn, Fe, Cu, Ti, Cr o Zr. Le leghe madri forniscono elementi che resistono da soli alla dissoluzione. I flussi rimuovono gli ossidi, l'idrogeno e gli elementi estranei che rubano silenziosamente il recupero ad entrambi.

Tutto ciò che segue segue questa regola, con le finestre di temperatura, gli intervalli di recupero e i controlli di acquisto che decidono se un'aggiunta finisce nelle specifiche o nelle scorie.

Le tre famiglie di additivi per la fusione dell'alluminio

Quasi tutti gli additivi utilizzati in un'officina di fusione dell'alluminio rientrano in uno dei tre gruppi. Non sono intercambiabili e non hanno lo stesso prezzo. Una lega madre costa di più per chilogrammo di elemento contenuto rispetto a una compressa, ma recupera una maggiore quantità di quell'elemento. Un fondente non contiene alcun elemento legante, ma protegge il recupero di tutto ciò che viene aggiunto dopo.

Il recupero è il numero che governa il costo per tonnellata di metallo finito. La tabella seguente mostra gli intervalli indicativi riscontrati nella pratica di routine della fonderia; la diffusione all'interno di ciascuna famiglia deriva principalmente dal controllo della temperatura e dal metodo di dosaggio piuttosto che dal fornitore.

Leghe madri: elevato recupero per elementi che resistono alla dissoluzione

Titanio, boro, zirconio, cromo e vanadio fondono tutti molto al di sopra dell'alluminio. Lasciando cadere il metallo puro in un bagno a 730 °C, gran parte di esso affonda, si ossida o semplicemente si deposita nei fanghi di fondo finché il forno non viene pulito. La prelega dell'elemento con l'alluminio, solitamente al 3-10% dell'elemento duro in una matrice di alluminio, abbassa l'intervallo di fusione effettivo e blocca l'elemento in una fase intermetallica come TiAl3 o TiB2 che si dissolve in modo prevedibile nel bagno.

L'alluminio-titanio-boro è il cavallo di battaglia dell'affinamento del grano, generalmente aggiunto a 1-3 kg per tonnellata di massa fusa a seconda del metodo di fusione e dello spessore della sezione. L'alluminio-stronzio svolge un lavoro diverso: modifica il silicio eutettico nelle leghe da colata Al-Si in modo che la struttura diventi più fine e duttile. L'alluminio-boro funziona nella direzione opposta, eliminando Ti, V e Cr dai tipi di conduttori elettrici per ripristinare la conduttività, mentre l'alluminio-zirconio aumenta la resistenza al calore nei conduttori e nelle applicazioni a temperature elevate.

Il vantaggio nel recupero è reale, ma dipende dal surriscaldamento. Gli affinatori del grano aggiunti a temperature superiori a circa 750 °C tendono ad agglomerarsi e la raffinazione svanisce entro pochi minuti dal mantenimento. Aggiungili tardi, nel mestolo di trasferimento o nel bucato dove la pratica lo consente.

Affinatore di grano in lega madre di alluminio, titanio e boro Affinatore di grano con qualità Ti5B1, Ti5B0.2 e Ti3B1, fornito come bastoncini, bobine, lingotti per waffle o barre tagliate colate per leghe di alluminio. Visualizza il prodotto →

Compresse leganti: dosaggio preciso senza sforzi pesanti

Una compressa legante è un disco pressato, solitamente da 30 ga 200 g, composto dalla polvere dell'elemento più un supporto che regola la densità e aiuta il disco a rompersi sotto la superficie fusa. Poiché ogni compressa trasporta un peso noto dell'elemento, l'operatore conta le compresse invece di provare a pesare la polvere in un mestolo accanto a un forno a 740 °C. Una compressa da 100 g con un contenuto di manganese del 75% fornisce 75 g di manganese e venti di esse forniscono 1,5 kg. Di turno in turno, quella coerenza vale più di un prezzo al chilogrammo leggermente inferiore.

La domanda di abbinamento è quale supporto e quale densità dell'elemento si adattano alla tua lega. Le compresse di manganese vanno nel corpo della scatola 3003 e 3104, le compresse di ferro nell'Al-Fe e nelle leghe per pressofusione, le compresse di rame nei gradi da fonderia 2xxx e Al-Si-Cu, con compresse di titanio, cromo e zirconio che coprono l'affinamento del grano e le aggiunte di elementi di transizione. Se non sei sicuro di quale grado si adatti a una fusione specifica, questa ripartizione di compresse in lega di alluminio mediante sistema di leghe è un punto di partenza pratico.

Compresse di manganese per leghe di alluminio e controllo della composizione Additivi di manganese compattati per un controllo preciso del Mn in 3003/3104 e altri fusioni di alluminio, con pastiglie da 500 g e alto recupero. Visualizza il prodotto →

Vale la pena ripetere due vincoli. Innanzitutto, le compresse assorbono umidità e l'umidità significa porosità da idrogeno nella fusione. Tenere i fusti sigillati, sollevati dal pavimento e lontani dalla bocca del forno. In secondo luogo, il trasportatore non è gratuito: produce un piccolo volume di scorie extra per ogni aggiunta, il che è importante quando si scaricano diversi chilogrammi in un piccolo forno a crogiolo anziché in un riverbero da 20 tonnellate.

Flussanti: pulire la massa fusa prima di legarla

La maggior parte delle perdite di recupero attribuite agli additivi in realtà iniziano prima che l'additivo venga inserito. Una pellicola di ossido, inclusioni sospese e idrogeno disciolto interferiscono tutti con la dissoluzione e con l'accuratezza del campione prelevato in seguito. Questo è il motivo per cui la sequenza in un impianto di fusione ben gestito prevede prima il fondente, poi l'affinatore del grano, poi le compresse di lega o l'indurente e un breve passaggio finale di affinazione solo se la lega lo tollera.

Un flusso di raffinazione dei granuli viene iniettato o immerso per eliminare l'idrogeno e far galleggiare le inclusioni non metalliche. Il flusso delle scorie separa l'alluminio intrappolato dalle scorie in modo che meno metallo lasci il forno nel secchio di schiumatura. Il flusso di rimozione del calcio è importante quando i rottami spingono il calcio oltre il limite nelle leghe da fonderia, il flusso di impoverimento del magnesio riporta nell'intervallo 5xxx e fusioni ad alto contenuto di magnesio e il flusso di raffinazione privo di sodio viene utilizzato dove il sodio è limitato a causa del suo effetto sulla duttilità a caldo e sulla rottura dei bordi.

Flusso di raffinazione dei granuli per la fusione di leghe di alluminio Flusso affinante granulare per alluminio fuso, aggiunto allo 0,08%-0,15% per rimuovere inclusioni di ossidi e scorie, con prestazione senza fumo e confezione da 5 kg. Visualizza il prodotto →

La disciplina del dosaggio è importante tanto quanto la selezione. Il sottodosaggio lascia gas nella massa fusa; il sovradosaggio attacca il rivestimento refrattario, genera fumi aggiuntivi e può lasciare un residuo che si manifesta successivamente come difetti di inclusione. Segui la gamma del fornitore e adattala ai risultati dei tuoi test del gas, non alle abitudini di un collega.

Additivi corrispondenti alla temperatura di fusione e alla lega

La principale causa controllabile del basso recupero è la temperatura di aggiunta. Ogni elemento ha una finestra: al di sotto le particelle non si dissolvono mai completamente, al di sopra le perdite di ossidazione e decantazione salgono più velocemente del recupero. La tabella seguente copre le finestre utilizzate nella maggior parte delle fonderie di alluminio.

La curva seguente mostra la forma del problema per le compresse di manganese. Il recupero aumenta rapidamente quando il bagno si avvicina a 730 °C, si appiattisce, quindi diminuisce nuovamente quando l'ossidazione e le perdite di sedimentazione superano il guadagno derivante da una dissoluzione più rapida.

Il costo segue la stessa logica. Gli elementi di lega occupano la quota maggiore del budget additivo, la raffinazione quella minore, ma è proprio la raffinazione che protegge la spesa per la lega mantenendo la massa fusa sufficientemente pulita per una dissoluzione affidabile.

Ripartizione indicativa della spesa additiva in una fonderia di alluminio secondario; il mix cambia in base al portafoglio di leghe e alla qualità dei rottami.

Una lista di controllo per l'acquisto prima di impegnarti

Sulla carta le specifiche degli additivi sembrano simili tra i vari fornitori, quindi la differenza di solito si evidenzia nella coerenza dei lotti e nella rapidità con cui il fornitore risponde a una domanda tecnica. Vale la pena eseguire sei controlli prima di un primo ordine.

1. Chimica per lotto, non per anno. Richiedi un certificato di analisi legato alla consegna e verifica che la gamma degli elementi corrisponda al grado da te specificato.
2. Peso della compressa e consistenza delle dimensioni. Pesare un campione casuale di venti dischi; un'ampia diffusione significa che l'accuratezza del dosaggio scompare in officina.
3. Umidità e imballaggio. L'imballaggio sigillato e con barriera all'umidità con un essiccante è normale per compresse e fondenti; le fodere strappate sono motivo di rifiuto.
4. Un processo di scioglimento per conto tuo. Una tonnellata di metallo prodotto dice di più sul recupero di qualsiasi rapporto di laboratorio.
5. Tracciabilità. I numeri di lotto che rimandano ai record di produzione consentono di isolare un problema invece di scartare un'intera consegna.
6. Sistema di qualità. Certificazioni come ISO 9001 o GJB9001C indicano un processo controllato, che conta di più per gli ordini ripetuti in cui la coerenza è il punto centrale.

Il background produttivo alla base di tali controlli, inclusa la capacità produttiva e le certificazioni di qualità possedute dallo stabilimento, è riepilogato nel nostro profilo produttivo e qualitativo pagina.

Domande frequenti

Ho ancora bisogno di una lega madre se utilizzo già le compresse?

Di solito sì, ma non per gli stessi elementi. Le compresse gestiscono in modo efficiente le aggiunte di Mn, Fe, Cu, Cr e Ti. L'affinamento del grano con titanio e boro, o la modifica con stronzio, è ancora meglio fornito come lega madre perché le particelle attive necessitano della forma prelegata per sopravvivere nella fusione.

Perché il recupero diminuisce quando la fusione diventa troppo calda?

Al di sopra della finestra utile, l'energia extra va all'ossidazione sulla superficie del bagno e alla sedimentazione più rapida delle particelle dense, ed entrambe le perdite superano il guadagno derivante da una dissoluzione più rapida. Il tempo di mantenimento aumenta l'effetto: una lunga agitazione al di sopra di 760 °C può costare diversi per cento dell'elemento aggiunto.

Le pastiglie fondenti e leganti possono essere utilizzate contemporaneamente?

No. Prima affinare e scremare, poi aggiungere gli elementi leganti, quindi campionare. L'aggiunta di compresse in una massa fusa sporca consente al trasportatore del flusso di competere con ossidi e inclusioni e il recupero misurato successivamente sarà fuorviante.

Per quanto tempo si possono conservare gli additivi?

Le leghe madri si conservano per mesi in ambienti chiusi e asciutti. Le compresse e i fondenti sono più sensibili e in genere riportano una data di scadenza, poiché l'assorbimento di umidità degrada sia la precisione del dosaggio che il livello di idrogeno nella fusione finale.

La selezione degli additivi rappresenta una piccola parte del costo di un'acciaieria e una parte sorprendentemente ampia del suo tasso di scarto. Ottieni la forma giusta per l'elemento, inseriscila alla giusta temperatura, pulisci la massa fusa prima di legarla e verifica ogni consegna rispetto a un test di dissoluzione sul tuo metallo. Queste quattro abitudini risolvono la maggior parte dei problemi di recupero che attualmente vengono pagati con chilogrammi extra di compresse.