¿Qué es el lingote de aluminio?

¿Qué es el lingote de aluminio?

El aluminio es un metal de color blanco plateado y ocupa el tercer lugar en la corteza terrestre, después del oxígeno y el silicio. Su densidad es relativamente baja, con solo el 34,61 % de la del hierro y el 30,33 % de la del cobre, por lo que también se le denomina metal ligero. El aluminio es un metal no ferroso cuya producción y consumo son superados solo por el acero en el mundo. Debido a su ligereza, se utiliza a menudo en la fabricación de vehículos terrestres, marítimos y aéreos, como automóviles, trenes, metros, barcos, aviones, cohetes y naves espaciales, para reducir su peso y aumentar la carga. Las materias primas de nuestra industria diaria se denominan lingotes de aluminio. Según la norma nacional (GB/T 1196-2008), deberían denominarse "lingotes de aluminio para refundición", pero se les conoce comúnmente como "lingotes de aluminio". Se produce mediante electrólisis utilizando alúmina-criolita. Tras su incorporación a las aplicaciones industriales, los lingotes de aluminio se dividen en dos categorías principales: aleaciones de aluminio fundido y aleaciones de aluminio deformado. El aluminio fundido y las aleaciones de aluminio son piezas fundidas de aluminio producidas mediante fundición; el aluminio deformado y las aleaciones de aluminio son productos de aluminio procesados ​​mediante procesamiento a presión: placas, tiras, láminas, tubos, varillas, perfiles, alambres y piezas forjadas. Según la norma nacional, los lingotes de aluminio de refusión se dividen en ocho grados según su composición química: Al99.90, Al99.85, Al99.70, Al99.60, Al99.50, Al99.00, Al99.7E y Al99.6E. (Nota: El número después de "Al" indica el contenido de aluminio). Algunos lo denominan aluminio "A00", que en realidad es aluminio con una pureza del 99.7%, y que en el mercado londinense se denomina "aluminio estándar". Las normas técnicas de nuestro país en la década de 1950 provienen de la antigua Unión Soviética. "A00" es la marca rusa en las normas nacionales de la Unión Soviética. La "A" es una letra rusa, no la "A" inglesa ni la "A" del alfabeto fonético chino. Si cumple con los estándares internacionales, es más preciso llamarlo "aluminio estándar". El aluminio estándar es un lingote de aluminio con un 99,7 % de aluminio, registrado en el mercado de Londres.

¿Cómo se fabrican los lingotes de aluminio?
El proceso de fundición de lingotes de aluminio utiliza aluminio fundido para inyectarlo en el molde. Tras su enfriamiento, se extrae y se transforma en una placa fundida. Este proceso de inyección es clave para la calidad del producto. El proceso de fundición también es el proceso físico de cristalización del aluminio líquido en aluminio sólido.
El flujo del proceso de fundición de lingotes de aluminio es aproximadamente el siguiente: sangrado de aluminio - escoria - recogida - ingredientes - carga del horno - refinación - fundición - lingotes de aluminio para refundición - inspección del producto terminado - inspección del producto terminado - almacenamiento de aluminio - escoria - recogida - ingredientes - carga del horno - descrudado - fundición - lingotes de aleación - lingotes de aleación de fundición - inspección del producto terminado - inspección del producto terminado - almacenamiento

Los métodos de fundición comúnmente utilizados se dividen en fundición continua y fundición semicontinua vertical.

Colada continua

La colada continua se divide en colada en horno mixto y colada externa. Todas utilizan máquinas de colada continua. La colada en horno mixto consiste en colar aluminio fundido en el horno y se utiliza principalmente para producir lingotes de aluminio para la refusión y la fundición de aleaciones. La colada externa se realiza directamente desde la cuchara de colada a la máquina de colada, lo que se utiliza principalmente cuando el equipo de colada no cumple con los requisitos de producción o la calidad de los materiales entrantes es demasiado baja para alimentarlos directamente al horno. Al no existir una fuente de calor externa, se requiere que la cuchara de colada tenga una temperatura determinada, generalmente entre 690 °C y 740 °C en verano y entre 700 °C y 760 °C en invierno, para garantizar una mejor apariencia del lingote de aluminio.

Para la fundición en el horno de mezcla, primero se mezclan los ingredientes, luego se vierten en el horno, se agitan uniformemente y finalmente se añade fundente para su refinación. El lingote de aleación de fundición debe clarificarse durante más de 30 minutos, tras lo cual se puede fundir la escoria. Durante la fundición, el ojo del horno de mezcla se alinea con el segundo y tercer molde de la máquina de fundición, lo que garantiza cierta movilidad al cambiar el flujo de líquido y el molde. El ojo del horno y la máquina de fundición están conectados mediante una canaleta. Es preferible una canaleta más corta, ya que reduce la oxidación del aluminio y evita vórtices y salpicaduras. Si la máquina de fundición permanece parada durante más de 48 horas, el molde debe precalentarse durante 4 horas antes de reiniciarse. El aluminio fundido fluye hacia el molde a través de la canaleta, y la película de óxido de la superficie se elimina con una pala, proceso conocido como escorificación. Tras llenar un molde, la canaleta se traslada al siguiente y la máquina de colada avanza continuamente. El molde avanza secuencialmente y el aluminio fundido se enfría gradualmente. Al llegar a la mitad de la máquina, el aluminio fundido se ha solidificado en lingotes, marcados con un número de fusión por la impresora. Cuando el lingote llega a la parte superior de la máquina, se ha solidificado completamente. En ese momento, se voltea el molde, expulsándolo y cayendo sobre el carro receptor automático de lingotes, que es apilado y empaquetado automáticamente por el apilador para formar el lingote de aluminio terminado. La máquina de colada se enfría mediante pulverización de agua, pero el agua debe suministrarse después de que la máquina haya dado una vuelta completa. Cada tonelada de aluminio fundido consume entre 8 y 10 toneladas de agua, y se requiere un ventilador para enfriar la superficie en verano. El lingote se funde en un molde plano, y la solidificación del aluminio fundido se realiza de abajo hacia arriba. La parte media de la parte superior se solidifica finalmente, dejando una contracción en forma de ranura. El tiempo y las condiciones de solidificación de cada parte del lingote de aluminio difieren, por lo que su composición química también varía, pero en general cumple con la norma.

Los defectos más comunes de los lingotes de aluminio para refusión son:

1. Estoma. La razón principal es que la temperatura de fundición es demasiado alta, el aluminio fundido contiene más gas, la superficie del lingote de aluminio presenta muchos poros (poros), se oscurece y, en casos graves, se producen grietas por calor.
② Inclusión de escoria. La principal razón es que la escoria no está limpia, lo que provoca inclusiones de escoria en la superficie; la segunda es que la temperatura del aluminio fundido es demasiado baja, lo que provoca inclusiones de escoria internas.
③Ondulación y destellos. La razón principal es que el funcionamiento es deficiente, el lingote de aluminio es demasiado grande o la máquina de fundición no funciona correctamente.
④ Grietas. Las grietas en frío se deben principalmente a una temperatura de fundición demasiado baja, lo que reduce la densidad de los cristales del lingote de aluminio, lo que provoca soltura e incluso grietas. Las grietas térmicas se deben a una temperatura de fundición elevada.
⑤ Segregación de componentes. Causada principalmente por una mezcla desigual durante la fundición de la aleación.

Colada semicontinua vertical

La colada semicontinua vertical se utiliza principalmente para la producción de lingotes de alambre de aluminio, lingotes de losa y diversas aleaciones deformadas para el procesamiento de perfiles. El aluminio fundido se vierte en el horno de mezcla después del procesamiento por lotes. Debido a los requisitos especiales de los alambres, se debe agregar la placa intermedia Al-B para eliminar el titanio y el vanadio (lingotes de alambre) del aluminio fundido antes de la colada; las losas se deben agregar con aleación Al-Ti--B (Ti5%B1%) para el tratamiento de refinamiento. Haga que la organización de la superficie sea fina. Agregue agente de refinación 2# a la aleación de alto contenido de magnesio, la cantidad es del 5%, revuelva uniformemente, después de reposar durante 30 minutos, retire la espuma y luego cuele. Levante el chasis de la máquina de colada antes de la colada y sople la humedad en el chasis con aire comprimido. Luego, levante la placa base hacia el cristalizador, aplique una capa de aceite lubricante a la pared interna del cristalizador, vierta un poco de agua refrigerante en la camisa de agua, coloque la placa de distribución seca y precalentada, el tapón de regulación automática y el canal en su lugar, de modo que cada puerto de la placa de distribución esté ubicado en el centro del cristalizador. Al comienzo de la fundición, presione el tapón de ajuste automático con la mano para bloquear la boquilla, corte el ojo del horno de mezcla y deje que el líquido de aluminio fluya hacia la placa de distribución a través del canal. Cuando el líquido de aluminio alcance 2/5 en la placa de distribución, suelte el tapón de ajuste automático para que el aluminio fundido fluya hacia el cristalizador y se enfríe en el chasis. Cuando el líquido de aluminio alcance los 30 mm de altura en el cristalizador, se puede bajar el chasis y comenzará a enviarse agua refrigerante. El tapón de ajuste automático controla el flujo equilibrado del líquido de aluminio hacia el cristalizador y mantiene sin cambios la altura del líquido de aluminio en el cristalizador. La película de óxido y escoria sobre la superficie del aluminio fundido debe eliminarse a tiempo. Cuando la longitud del lingote de aluminio sea de aproximadamente 6 m, bloquee el ojo del horno, retire la placa de distribución, corte el suministro de agua una vez que el aluminio líquido se haya solidificado completamente, retire la camisa de agua, extraiga el lingote de aluminio fundido con una grúa monorraíl y colóquelo en la sierra según el tamaño requerido. Córtelo y prepárelo para la siguiente colada. Durante la colada, la temperatura del aluminio fundido en el horno de mezcla se mantiene a 690-710 °C, la temperatura del aluminio fundido en la placa de distribución se mantiene a 685-690 °C, la velocidad de colada es de 190-210 mm/min y la presión del agua de refrigeración es de 0,147-0,196 MPa.

La velocidad de colada es proporcional al lingote lineal de sección cuadrada:
VD=K donde V es la velocidad de fundición, mm/min o m/h; D es la longitud lateral de la sección del lingote, mm o m; K es el valor constante, m2/h, generalmente 1,2～1,5.

La colada semicontinua vertical es un método de cristalización secuencial. Tras entrar el aluminio fundido en el orificio de colada, comienza a cristalizar en la placa inferior y la pared interior del molde. Debido a las diferentes condiciones de enfriamiento del centro y los laterales, la cristalización forma una zona media baja y una periferia alta. El chasis desciende a velocidad constante. Simultáneamente, se inyecta continuamente aluminio líquido en la parte superior, creando una zona semisolidificada entre el aluminio sólido y el aluminio líquido. Dado que el aluminio líquido se contrae al condensarse y que existe una capa de aceite lubricante en la pared interior del cristalizador, a medida que el chasis desciende, el aluminio solidificado sale del cristalizador. En la parte inferior del cristalizador hay un círculo de orificios de agua de refrigeración, que se puede pulverizar hasta que se escape. La superficie del lingote de aluminio se somete a un enfriamiento secundario hasta que se funde por completo.

La cristalización secuencial permite establecer condiciones de solidificación relativamente satisfactorias, lo que beneficia el tamaño de grano, las propiedades mecánicas y la conductividad eléctrica de la cristalización. No existen diferencias en las propiedades mecánicas en la dirección de la altura del lingote de comparación, la segregación también es pequeña, la velocidad de enfriamiento es más rápida y se puede obtener una estructura cristalina muy fina.

La superficie del lingote de alambre de aluminio debe ser plana y lisa, libre de escoria, grietas, poros, etc. La longitud de las grietas superficiales no debe superar los 1,5 mm, la profundidad de las escorias y las crestas no debe superar los 2 mm, y la sección no debe presentar grietas, poros ni inclusiones de escoria. No debe haber más de 5 inclusiones de escoria de menos de 1 mm.

Los principales defectos de los lingotes de alambre de aluminio son:

① Grietas. Esto se debe a que la temperatura del aluminio fundido es demasiado alta, la velocidad es demasiado alta y la tensión residual aumenta; el contenido de silicio en el aluminio fundido es superior al 0,8 %, y se forma la misma masa fundida de aluminio y silicio, lo que genera cierta cantidad de silicio libre, lo que aumenta la capacidad de agrietamiento térmico del metal. O bien, la cantidad de agua de refrigeración es insuficiente. Si la superficie del molde es rugosa o no se utiliza lubricante, la superficie y las esquinas del lingote también se agrietan.

② Inclusión de escoria. La inclusión de escoria en la superficie del lingote de alambre de aluminio se debe a la fluctuación del aluminio fundido, la ruptura de la película de óxido superficial y la entrada de escoria en el lateral del lingote. En ocasiones, el aceite lubricante también puede incorporar escoria. La inclusión interna de escoria se debe a la baja temperatura del aluminio fundido, la alta viscosidad, la incapacidad de la escoria para flotar a tiempo o los frecuentes cambios en el nivel de aluminio fundido durante la fundición.

③Compartimento frío. La formación de la barrera fría se debe principalmente a fluctuaciones excesivas en el nivel de aluminio fundido en el molde, baja temperatura de fundición, velocidad de fundición excesivamente lenta o vibración y caída irregular de la máquina de fundición.

④ Estoma. Los poros mencionados aquí se refieren a poros pequeños con un diámetro inferior a 1 mm. Esto se debe a que la temperatura de fundición es demasiado alta y la condensación es demasiado rápida, lo que impide que el gas contenido en el aluminio líquido escape a tiempo. Tras la solidificación, se acumulan pequeñas burbujas que forman poros en el lingote.

⑤ La superficie es rugosa. Debido a que la pared interna del cristalizador no es lisa, la lubricación es deficiente y, en casos graves, se forman tumores de aluminio en la superficie del cristal. O bien, debido a una proporción demasiado alta de hierro y silicio, se produce segregación debido a un enfriamiento desigual.

⑥ Fuga de aluminio y reanálisis. La causa principal es un problema de funcionamiento, y un problema grave también puede causar nódulos.

Aplicación de la aleación de aluminio fundido y silicio (Al-Si)
En la aleación de aluminio-silicio (Al-Si), la fracción másica de Si se encuentra generalmente entre el 4% y el 22%. Debido a sus excelentes propiedades de fundición, como buena fluidez, buena hermeticidad, baja contracción y baja tendencia al calor, tras la modificación y el tratamiento térmico, presenta buenas propiedades mecánicas y físicas, resistencia a la corrosión y un mecanizado medio. Es la aleación de aluminio fundido más versátil. A continuación, se presentan algunos ejemplos de las más utilizadas:

(1) Aleación ZL101(A) La aleación ZL101 posee buena hermeticidad, fluidez y resistencia al agrietamiento térmico, propiedades mecánicas moderadas, buen rendimiento de soldadura y resistencia a la corrosión, composición simple, fácil de fundir y adecuada para diversos métodos de fundición. La aleación ZL101 se ha utilizado para piezas complejas que soportan cargas moderadas, como piezas de aeronaves, instrumentos, carcasas de instrumentos, piezas de motores, piezas de automóviles y barcos, bloques de cilindros, cuerpos de bombas, tambores de freno y piezas eléctricas. Además, basada en la aleación ZL101, el contenido de impurezas está estrictamente controlado, y la aleación ZL101A con mayores propiedades mecánicas se obtiene mediante la mejora de la tecnología de fundición. Se ha utilizado para fundir diversas piezas de carcasa, cuerpos de bombas de aeronaves, cajas de cambios de automóviles y fueloil. Codos de caja, accesorios de aeronaves y otras piezas portantes.

(2) Aleación ZL102. La aleación ZL102 ofrece la mejor resistencia al agrietamiento térmico, buena hermeticidad y fluidez. No se puede reforzar mediante tratamiento térmico y presenta baja resistencia a la tracción. Es adecuada para la fundición de piezas complejas de gran tamaño y paredes delgadas. Es adecuada para fundición a presión. Este tipo de aleación se utiliza principalmente para soportar piezas fundidas de paredes delgadas con baja carga y formas complejas, como carcasas de diversos instrumentos, carcasas de automóviles, equipos dentales, pistones, etc.

(3) Aleación ZL104: La aleación ZL104 ofrece buena hermeticidad, fluidez y resistencia al agrietamiento térmico, además de alta resistencia, resistencia a la corrosión y rendimiento de soldadura y corte. Sin embargo, presenta baja resistencia al calor y facilita la producción de poros pequeños. El proceso de fundición es más complejo. Por lo tanto, se utiliza principalmente para fabricar piezas fundidas en arena de gran tamaño que soportan cargas elevadas, como carcasas de transmisión, bloques de cilindros, válvulas de culata, poleas de correa, cajas de herramientas de placa de cubierta y otras piezas de aeronaves, barcos y automóviles.

(4) Aleación ZL105. La aleación ZL105 presenta altas propiedades mecánicas, un rendimiento satisfactorio de fundición y soldadura, mejor rendimiento de corte y resistencia al calor que la aleación ZL104, pero presenta baja plasticidad y baja estabilidad a la corrosión. Es adecuada para diversos métodos de fundición. Este tipo de aleación se utiliza principalmente para producir moldes de arena para aeronaves y motores, y piezas de fundición en molde metálico que soportan cargas elevadas, como carcasas de transmisión, bloques de cilindros, carcasas de bombas hidráulicas y piezas de instrumentos, así como soportes de cojinetes y otras piezas de maquinaria.

Aplicación de la aleación de aluminio fundido y zinc (Al-Zn)

En las aleaciones de Al-Zn, debido a la alta solubilidad del Zn en Al, al añadir Zn con una fracción másica superior al 10% al Al, se puede mejorar significativamente su resistencia. Si bien este tipo de aleación presenta una alta tendencia al envejecimiento natural y se puede obtener una alta resistencia sin tratamiento térmico, sus desventajas son la baja resistencia a la corrosión, la alta densidad y la facilidad para agrietarse en caliente durante la fundición. Por lo tanto, este tipo de aleación se utiliza principalmente para fabricar piezas de carcasas de instrumentos fundidas a presión.

Las características y aplicaciones de las aleaciones comunes de Al-Zn fundidas son las siguientes:

(1) Aleación ZL401. La aleación ZL401 presenta un rendimiento de fundición medio, baja contracción y tendencia al agrietamiento en caliente, buen rendimiento de soldadura y corte, alta resistencia en estado bruto de fundición, pero baja plasticidad, alta densidad y baja resistencia a la corrosión. La aleación ZL401 se utiliza principalmente para diversas piezas de fundición a presión; la temperatura de trabajo no supera los 200 °C, y la estructura y forma de las piezas de automóviles y aeronaves son complejas.

(2) Aleación ZL402 La aleación ZL402 tiene un rendimiento de fundición medio, buena fluidez, hermeticidad moderada, resistencia al agrietamiento térmico, buen rendimiento de corte, altas propiedades mecánicas y tenacidad al impacto en el estado de fundición, pero alta densidad, fundición El proceso es complejo y se utiliza principalmente para equipos agrícolas, máquinas herramienta, fundiciones de barcos, dispositivos de radio, reguladores de oxígeno, ruedas giratorias y pistones de compresores de aire.
Aplicación de la aleación de aluminio fundido y magnesio (Al-Mg)

La fracción másica de Mg en la aleación Al-Mg es del 4% al 11%. Esta aleación presenta baja densidad, altas propiedades mecánicas, excelente resistencia a la corrosión, buen rendimiento de corte y una superficie brillante y atractiva. Sin embargo, debido a los complejos procesos de fundición y colada de este tipo de aleación, además de utilizarse como aleación resistente a la corrosión, también se utiliza como aleación decorativa. Las características y aplicaciones de las aleaciones comunes de Al-Mg coladas son las siguientes.

(1) Aleación ZL301. La aleación ZL301 presenta alta resistencia, buena elongación, excelente rendimiento de corte, buena soldabilidad y se puede anodizar y vibrar. La desventaja es que tiende a aflojarse microscópicamente y es difícil de fundir. Se utiliza para fabricar piezas con alta resistencia a la corrosión bajo cargas elevadas, temperaturas de trabajo inferiores a 150 °C y en atmósferas atmosféricas y marinas, como marcos, soportes, varillas y accesorios.

(2) Aleación ZL303. La aleación ZL303 presenta buena resistencia a la corrosión, buena soldabilidad, buen rendimiento de corte, fácil pulido, un rendimiento de fundición aceptable, bajas propiedades mecánicas, no se puede reforzar mediante tratamiento térmico y tiende a formar agujeros por contracción. Se utiliza ampliamente en la fundición a presión. Este tipo de aleación se utiliza principalmente para piezas de carga media sujetas a la corrosión o piezas en atmósferas frías a temperaturas de funcionamiento que no superen los 200 °C, como piezas de buques y carcasas de máquinas.

(3) Aleación ZL305. La aleación ZL305 se adiciona principalmente con Zn a partir de una aleación de Al-Mg para controlar el envejecimiento natural, mejorar la resistencia y la resistencia a la corrosión bajo tensión, poseer buenas propiedades mecánicas integrales y reducir la oxidación, la porosidad y los defectos de poros. Este tipo de aleación se utiliza principalmente para piezas sometidas a altas cargas, con temperaturas de trabajo inferiores a 100 °C y altamente corrosivas que funcionan en la atmósfera o en agua de mar, como las piezas de los buques.
Introducción al conocimiento de los lingotes de aluminio
Lingote de aluminio para refundición - 15 kg, 20 kg (≤99,80 % Al):
Lingote de aluminio en forma de T - 500 kg, 1000 kg (≤99,80 % Al):
Lingotes de aluminio de alta pureza: 10 kg, 15 kg (99,90 % ～ 99,999 % Al);
Lingote de aleación de aluminio - 10 kg, 15 kg (Al--Si, Al--Cu, Al--Mg);
Lingote de placa: 500～1000 kg (para fabricación de placas);
Husillos redondos: 30～60 kg (para trefilado).

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