Cos'è un lingotto di alluminio?

Che cosa è un lingotto di alluminio?

L'alluminio è un metallo bianco-argenteo e si colloca al terzo posto nella crosta terrestre dopo l'ossigeno e il silicio. La densità dell'alluminio è relativamente bassa, solo il 34,61% di quella del ferro e il 30,33% di quella del rame, per questo è anche chiamato metallo leggero. L'alluminio è un metallo non ferroso la cui produzione e consumo sono secondi solo all'acciaio nel mondo. Poiché l'alluminio è leggero, viene spesso utilizzato nella produzione di veicoli terrestri, marittimi e aerei come automobili, treni, metropolitane, navi, aerei, razzi e veicoli spaziali per ridurne il peso e aumentarne il carico. Le materie prime utilizzate nella nostra industria quotidiana sono i lingotti di alluminio. Secondo la norma nazionale (GB/T 1196-2008), dovrebbero essere chiamati "lingotti di alluminio da rifusione", ma tutti sono abituati a chiamarli "lingotti di alluminio". Viene prodotto per elettrolisi utilizzando allumina-criolite. Una volta che i lingotti di alluminio entrano nelle applicazioni industriali, si dividono in due categorie principali: leghe di alluminio fuso e leghe di alluminio deformato. L'alluminio fuso e le leghe di alluminio sono getti di alluminio prodotti con metodi di fusione; l'alluminio deforme e le leghe di alluminio sono prodotti in alluminio lavorati con metodi di lavorazione a pressione: piastre, nastri, lamine, tubi, barre, profilati, fili e pezzi forgiati. Secondo la norma nazionale, "i lingotti di alluminio da rifusione sono suddivisi in 8 gradi in base alla composizione chimica, ovvero Al99.90, Al99.85, Al99.70, Al99.60, Al99.50, Al99.00, Al99.7E, Al99.6E" (Nota: il numero dopo Al indica il contenuto di alluminio). Alcuni chiamano alluminio "A00", che in realtà è alluminio con una purezza del 99,7%, definito "alluminio standard" nel mercato londinese. Gli standard tecnici del nostro Paese negli anni '50 provenivano dall'ex Unione Sovietica. "A00" è il marchio russo negli standard nazionali dell'Unione Sovietica. "A" è una lettera russa, non la "A" inglese o la "A" dell'alfabeto fonetico cinese. Se è in linea con gli standard internazionali, è più corretto chiamarla "alluminio standard". L'alluminio standard è un lingotto di alluminio contenente il 99,7% di alluminio, registrato sul mercato londinese.

Come vengono realizzati i lingotti di alluminio
Il processo di fusione dei lingotti di alluminio utilizza l'alluminio fuso per essere iniettato nello stampo e, una volta estratto dopo il raffreddamento in una lastra colata, il processo di iniezione è fondamentale per la qualità del prodotto. Il processo di fusione è anche il processo fisico di cristallizzazione dell'alluminio liquido in alluminio solido.
Il flusso del processo di fusione dei lingotti di alluminio è all'incirca il seguente: spillatura dell'alluminio, scorificazione, prelievo, ingredienti, caricamento del forno, raffinazione, fusione, lingotti di alluminio per la rifusione, ispezione del prodotto finito, ispezione del prodotto finito, stoccaggio, scarico dell'alluminio, scorificazione, prelievo, ingredienti, caricamento del forno, pulitura, fusione, lingotti di lega, fusione di lingotti di lega, ispezione del prodotto finito, ispezione del prodotto finito, stoccaggio.

I metodi di fusione comunemente utilizzati si dividono in fusione continua e fusione semicontinua verticale.

Colata continua

La colata continua può essere suddivisa in colata in forno misto e colata esterna. Tutte utilizzano macchine per la colata continua. La colata in forno di miscelazione è il processo di fusione dell'alluminio fuso nel forno di miscelazione ed è utilizzata principalmente per produrre lingotti di alluminio destinati alla rifusione e alla fusione di leghe. La colata esterna viene effettuata direttamente dalla siviera alla macchina di colata, ed è utilizzata principalmente quando l'attrezzatura di colata non è in grado di soddisfare i requisiti di produzione o la qualità dei materiali in entrata è troppo scarsa per essere immessa direttamente nel forno. Poiché non esiste una fonte di riscaldamento esterna, è necessario che la siviera abbia una certa temperatura, generalmente compresa tra 690 °C e 740 °C in estate e tra 700 °C e 760 °C in inverno, per garantire che il lingotto di alluminio abbia un aspetto migliore.

Per la fusione nel forno di miscelazione, gli ingredienti devono essere prima miscelati, quindi versati nel forno di miscelazione, mescolati uniformemente e infine aggiunti al fondente per la raffinazione. Il lingotto di lega da fusione deve essere chiarificato per più di 30 minuti e la scoria può essere colata dopo la chiarificazione. Durante la fusione, l'occhio del forno di miscelazione è allineato con il secondo e il terzo stampo della macchina di fusione, il che può garantire un certo grado di mobilità quando il flusso del liquido cambia e lo stampo viene sostituito. L'occhio del forno e la macchina di fusione sono collegati tramite un canale di colata. È preferibile avere un canale di colata più corto, che può ridurre l'ossidazione dell'alluminio ed evitare vortici e schizzi. Quando la macchina di fusione viene fermata per più di 48 ore, lo stampo deve essere preriscaldato per 4 ore prima di riavviarlo. L'alluminio fuso fluisce nello stampo attraverso il canale di colata e la pellicola di ossido sulla superficie dell'alluminio fuso viene rimossa con una pala, operazione chiamata scorificazione. Dopo il riempimento di uno stampo, la camera di colata viene spostata allo stampo successivo e la macchina di colata avanza continuamente. Lo stampo avanza in sequenza e l'alluminio fuso si raffredda gradualmente. Quando raggiunge il centro della macchina di colata, l'alluminio fuso si è solidificato in lingotti di alluminio, contrassegnati da una stampante con un numero di fusione. Quando il lingotto di alluminio raggiunge la parte superiore della macchina di colata, si è completamente solidificato in un lingotto di alluminio. A questo punto, lo stampo viene capovolto e il lingotto di alluminio viene espulso dallo stampo e cade sul carrello di ricezione automatico dei lingotti, che viene automaticamente impilato e raggruppato dall'impilatore per diventare il lingotto di alluminio finito. La macchina di colata viene raffreddata mediante spruzzatura di acqua, ma l'acqua deve essere fornita dopo che la macchina di colata è stata avviata per un giro completo. Ogni tonnellata di alluminio fuso consuma circa 8-10 tonnellate di acqua e, in estate, è necessario un soffiatore per il raffreddamento superficiale. Il lingotto è una fusione in stampo piatto e la direzione di solidificazione dell'alluminio fuso è dal basso verso l'alto, mentre la parte centrale della parte superiore si solidifica definitivamente, lasciando un ritiro a forma di scanalatura. Il tempo e le condizioni di solidificazione di ciascuna parte del lingotto di alluminio non sono gli stessi, quindi anche la sua composizione chimica sarà diversa, ma nel complesso è in linea con lo standard.

I difetti comuni dei lingotti di alluminio destinati alla rifusione sono:

① Stoma. Il motivo principale è che la temperatura di fusione è troppo elevata, l'alluminio fuso contiene più gas, la superficie del lingotto di alluminio presenta molti pori (fori), la superficie è scura e, nei casi più gravi, si verificano crepe dovute al calore.
2. Inclusione di scorie. Il motivo principale è che la scorificazione non è pulita, con conseguente inclusione di scorie sulla superficie; il secondo è che la temperatura dell'alluminio fuso è troppo bassa, causando inclusione di scorie interne.
3. Ondulazione e sbavature. Il motivo principale è che l'operazione non è corretta, il lingotto di alluminio è troppo grande o la macchina di colata non funziona correttamente.
④ Crepe. Le crepe da freddo sono causate principalmente da una temperatura di fusione troppo bassa, che rende i cristalli del lingotto di alluminio meno densi, causando allentamenti e persino crepe. Le crepe termiche sono causate da una temperatura di fusione troppo elevata.
5. Segregazione dei componenti. Causata principalmente da una miscelazione non uniforme durante la fusione della lega.

Colata semicontinua verticale

La colata semicontinua verticale viene utilizzata principalmente per la produzione di lingotti di filo di alluminio, lingotti in lastre e varie leghe deformabili per la lavorazione di profili. L'alluminio fuso viene versato nel forno di miscelazione dopo la miscelazione. A causa dei requisiti specifici dei fili, è necessario aggiungere Al-B alla piastra intermedia per rimuovere il titanio e il vanadio (lingotti di filo) dall'alluminio fuso prima della colata; le lastre devono essere addizionate con lega Al-Ti-B (Ti5%B1%) per il trattamento di raffinazione. È necessario rendere la superficie uniformemente strutturata. Aggiungere agente di raffinazione 2# alla lega ad alto contenuto di magnesio, in una quantità del 5%, mescolare uniformemente, dopo 30 minuti di riposo, rimuovere la schiuma, quindi procedere alla colata. Sollevare il telaio della macchina di colata prima della colata e rimuovere l'umidità dal telaio con aria compressa. Quindi sollevare la piastra di base nel cristallizzatore, applicare uno strato di olio lubrificante sulla parete interna del cristallizzatore, immettere un po' di acqua di raffreddamento nella camicia d'acqua, posizionare la piastra di distribuzione asciutta e preriscaldata, il tappo di regolazione automatica e il canale di lavaggio in posizione, in modo che ciascuna porta della piastra di distribuzione si trovi al centro del cristallizzatore. All'inizio della fusione, premere il tappo di regolazione automatica con la mano per bloccare l'ugello, tagliare l'occhio del forno di miscelazione e lasciare che il liquido di alluminio fluisca nella piastra di distribuzione attraverso il canale di lavaggio. Quando il liquido di alluminio raggiunge i 2/5 nella piastra di distribuzione, rilasciare il tappo automatico Regolare il tappo in modo che l'alluminio fuso fluisca nel cristallizzatore e l'alluminio fuso si raffreddi sul telaio. Quando il liquido di alluminio raggiunge un'altezza di 30 mm nel cristallizzatore, il telaio può essere abbassato e inizierà a essere inviata acqua di raffreddamento. Il tappo di regolazione automatica controlla il flusso bilanciato del liquido di alluminio nel cristallizzatore e mantiene invariata l'altezza del liquido di alluminio nel cristallizzatore. La pellicola di schiuma e ossido sulla superficie dell'alluminio fuso deve essere rimossa in tempo. Quando la lunghezza del lingotto di alluminio è di circa 6 m, bloccare l'occhio del forno, rimuovere la piastra di distribuzione, interrompere l'alimentazione dell'acqua dopo che il liquido di alluminio si è completamente solidificato, rimuovere la camicia d'acqua, estrarre il lingotto di alluminio fuso con una gru monorotaia e posizionarlo sulla segatrice in base alle dimensioni richieste. Segarlo e prepararlo per la fusione successiva. Durante la fusione, la temperatura dell'alluminio fuso nel forno di miscelazione viene mantenuta a 690-710 °C, la temperatura dell'alluminio fuso nella piastra di distribuzione viene mantenuta a 685-690 °C, la velocità di fusione è di 190-210 mm/min e la pressione dell'acqua di raffreddamento è di 0,147-0,196 MPa.

La velocità di colata è proporzionale al lingotto lineare a sezione quadrata:
VD=K dove V è la velocità di colata, mm/min o m/h; D è la lunghezza laterale della sezione del lingotto, mm o m; K è il valore costante, m2/h, generalmente 1,2～1,5.

La colata semicontinua verticale è un metodo di cristallizzazione sequenziale. Dopo che l'alluminio fuso entra nel foro di colata, inizia a cristallizzarsi sulla piastra inferiore e sulla parete interna dello stampo. Poiché le condizioni di raffreddamento al centro e ai lati sono diverse, la cristallizzazione forma una forma di periferia bassa, media e alta. Il telaio scende a velocità costante. Allo stesso tempo, la parte superiore viene continuamente iniettata con alluminio liquido, in modo che vi sia una zona semisolidificata tra l'alluminio solido e quello liquido. Poiché l'alluminio liquido si restringe durante la condensazione e sulla parete interna del cristallizzatore è presente uno strato di olio lubrificante, durante la discesa del telaio l'alluminio solidificato fuoriesce dal cristallizzatore. Nella parte inferiore del cristallizzatore è presente un cerchio di fori per l'acqua di raffreddamento, che può essere spruzzata fino alla fuoriuscita. La superficie del lingotto di alluminio viene sottoposta a un raffreddamento secondario fino alla fusione dell'intero lingotto.

La cristallizzazione sequenziale può stabilire condizioni di solidificazione relativamente soddisfacenti, il che è vantaggioso per la granulometria, le proprietà meccaniche e la conduttività elettrica della cristallizzazione. Non vi è alcuna differenza nelle proprietà meccaniche nella direzione dell'altezza del lingotto di confronto, anche la segregazione è ridotta, la velocità di raffreddamento è più rapida e si può ottenere una struttura cristallina molto fine.

La superficie del lingotto di filo di alluminio deve essere piana e liscia, priva di scorie, crepe, pori, ecc.; la lunghezza delle crepe superficiali non deve superare 1,5 mm, la profondità delle scorie e delle pieghe superficiali non deve superare i 2 mm e la sezione non deve presentare crepe, pori e inclusioni di scorie. Non devono essere presenti più di 5 inclusioni di scorie inferiori a 1 mm.

I principali difetti dei lingotti di filo di alluminio sono:

① Crepe. Il motivo è che la temperatura dell'alluminio fuso è troppo elevata, la velocità è troppo elevata e lo stress residuo aumenta; il contenuto di silicio nell'alluminio fuso è superiore allo 0,8% e si forma la stessa fusione di alluminio e silicio, generando quindi una certa quantità di silicio libero, che aumenta la proprietà di cracking termico del metallo; oppure la quantità di acqua di raffreddamento è insufficiente. Quando la superficie dello stampo è ruvida o non viene utilizzato alcun lubrificante, anche la superficie e gli angoli del lingotto si creperanno.

② Inclusione di scorie. L'inclusione di scorie sulla superficie del lingotto di filo di alluminio è causata dalla fluttuazione dell'alluminio fuso, dalla rottura del film di ossido sulla superficie dell'alluminio fuso e dalla formazione di schiuma superficiale che penetra lateralmente nel lingotto. Talvolta anche l'olio lubrificante può apportare scorie. L'inclusione di scorie interne è causata dalla bassa temperatura dell'alluminio fuso, dall'elevata viscosità, dall'incapacità delle scorie di galleggiare nel tempo o dalle frequenti variazioni del livello dell'alluminio fuso durante la colata.

3. Comparto freddo. La formazione della barriera fredda è causata principalmente da eccessive fluttuazioni del livello di alluminio fuso nello stampo, basse temperature di fusione, velocità di fusione eccessivamente bassa o vibrazioni e caduta irregolare della macchina di fusione.

④ Stoma. I pori qui menzionati si riferiscono a piccoli pori con un diametro inferiore a 1 mm. Il motivo è che la temperatura di fusione è troppo elevata e la condensazione è troppo rapida, cosicché il gas contenuto nel liquido di alluminio non riesce a fuoriuscire in tempo e, dopo la solidificazione, piccole bolle si accumulano formando pori nel lingotto.

⑤ La superficie è ruvida. Poiché la parete interna del cristallizzatore non è liscia, l'effetto lubrificante non è buono e, nei casi più gravi, si formano tumori di alluminio sulla superficie del cristallo. Oppure, poiché il rapporto ferro/silicio è troppo elevato, si verifica un fenomeno di segregazione causato da un raffreddamento non uniforme.

⑥ Perdita di alluminio e nuova analisi. La causa principale è un problema operativo, e quelli gravi possono anche causare noduli.

Applicazione della lega di alluminio e silicio (Al-Si) fusa
Lega alluminio-silicio (Al-Si), la cui frazione in massa di Si è generalmente compresa tra il 4% e il 22%. Poiché la lega Al-Si presenta eccellenti proprietà di fusione, come buona fluidità, buona tenuta all'aria, ridotto ritiro e bassa tendenza al calore, dopo la modifica e il trattamento termico, presenta buone proprietà meccaniche, fisiche, resistenza alla corrosione e medie proprietà di lavorazione. È il tipo di lega di alluminio fuso più versatile e versatile. Ecco alcuni esempi tra quelli più comunemente utilizzati:

(1) Lega ZL101(A) La lega ZL101 presenta una buona tenuta all'aria, fluidità e resistenza alle cricche termiche, proprietà meccaniche moderate, buone prestazioni di saldatura e resistenza alla corrosione, una composizione semplice, una facile fusione e si adatta a vari metodi di fusione. La lega ZL101 è stata utilizzata per parti complesse che sopportano carichi moderati, come parti di aeromobili, strumenti, alloggiamenti di strumenti, parti di motori, parti di automobili e navi, blocchi cilindri, corpi pompa, tamburi freno e componenti elettrici. Inoltre, grazie alla lega ZL101, il contenuto di impurità è rigorosamente controllato e, migliorando la tecnologia di fusione, si ottiene la lega ZL101A con proprietà meccaniche più elevate. È stata utilizzata per fondere varie parti di gusci, corpi pompa per aeromobili, cambi per automobili e olio combustibile. Gomiti scatolati, accessori per aeromobili e altre parti portanti.

(2) Lega ZL102 La lega ZL102 offre la migliore resistenza alle cricche termiche e una buona tenuta all'aria, oltre a una buona fluidità, non può essere rinforzata mediante trattamento termico e presenta una bassa resistenza alla trazione. È adatta per la fusione di componenti complessi di grandi dimensioni e con pareti sottili. Adatta per pressofusione. Questo tipo di lega viene utilizzato principalmente per resistere a getti a basso carico e con pareti sottili di forme complesse, come vari alloggiamenti per strumenti, carcasse di automobili, apparecchiature odontoiatriche, pistoni, ecc.

(3) Lega ZL104 La lega ZL104 ha una buona tenuta all'aria, fluidità e resistenza alle crepe termiche, elevata resistenza, resistenza alla corrosione, prestazioni di saldatura e prestazioni di taglio, ma bassa resistenza al calore, facile da produrre piccoli pori, il processo di fusione è più complicato. Pertanto, viene utilizzata principalmente per produrre getti di metallo in sabbia di grandi dimensioni che resistono a carichi elevati, come scatole di trasmissione, blocchi cilindri, valvole della testata del cilindro, ruote dentate, piastre di copertura per cassette degli attrezzi e altri componenti di aeromobili, navi e automobili.

(4) Lega ZL105 La lega ZL105 presenta elevate proprietà meccaniche, prestazioni di fusione e saldatura soddisfacenti, migliori prestazioni di taglio e resistenza al calore rispetto alla lega ZL104, ma presenta una bassa plasticità e una bassa resistenza alla corrosione. È adatta a diversi metodi di fusione. Questo tipo di lega viene utilizzato principalmente per la produzione di aeromobili, stampi in sabbia per motori e componenti in metallo sottoposti a carichi elevati, come scatole di trasmissione, blocchi cilindri, alloggiamenti per pompe idrauliche e componenti di strumenti, nonché supporti per cuscinetti e altre parti meccaniche.

Applicazione della lega di alluminio e zinco (Al-Zn) fusa

Per le leghe Al-Zn, grazie all'elevata solubilità dello Zn in Al, aggiungendo Zn con una frazione in massa superiore al 10% all'Al, la resistenza della lega può essere significativamente migliorata. Sebbene questo tipo di lega abbia un'elevata tendenza all'invecchiamento naturale e sia possibile ottenere un'elevata resistenza senza trattamento termico, gli svantaggi di questo tipo di lega sono la scarsa resistenza alla corrosione, l'elevata densità e la facile formazione di cricche a caldo durante la fusione. Pertanto, questo tipo di lega viene utilizzato principalmente per la produzione di componenti pressofusi per alloggiamenti di strumenti.

Le caratteristiche e le applicazioni delle comuni leghe Al-Zn fuse sono le seguenti:

(1) Lega ZL401 La lega ZL401 ha prestazioni di fusione medie, cavità di ritiro ridotte e tendenza alla criccatura a caldo, buone prestazioni di saldatura e taglio, elevata resistenza allo stato grezzo di fusione, ma bassa plasticità, alta densità e scarsa resistenza alla corrosione. La lega ZL401 è utilizzata principalmente per varie parti pressofuse, la temperatura di lavorazione non supera i 200 gradi Celsius e la struttura e la forma delle parti automobilistiche e aeronautiche sono complesse.

(2) Lega ZL402 La lega ZL402 ha prestazioni di fusione medie, buona fluidità, moderata tenuta all'aria, resistenza alle crepe termiche, buone prestazioni di taglio, elevate proprietà meccaniche e tenacità all'impatto nello stato di fusione, ma elevata densità, fusione Il processo è complesso e viene utilizzato principalmente per attrezzature agricole, macchine utensili, fusioni di navi, dispositivi radio, regolatori di ossigeno, ruote rotanti e pistoni di compressori d'aria.
Applicazione della lega di alluminio e magnesio (Al-Mg) fusa

La frazione in massa di Mg nella lega Al-Mg è compresa tra il 4% e l'11%. La lega presenta una bassa densità, elevate proprietà meccaniche, un'eccellente resistenza alla corrosione, buone prestazioni di taglio e una superficie lucida e di bell'aspetto. Tuttavia, a causa dei complessi processi di fusione e colata di questo tipo di lega, oltre a essere utilizzata come lega resistente alla corrosione, viene anche utilizzata come lega decorativa. Le caratteristiche e le applicazioni delle comuni leghe Al-Mg fuse sono le seguenti.

(1) Lega ZL301 La lega ZL301 ha elevata resistenza, buon allungamento, eccellenti prestazioni di taglio, buona saldabilità, può essere anodizzata e vibrata. Lo svantaggio è che tende a cedere microscopicamente ed è difficile da fondere. La lega ZL301 viene utilizzata per produrre parti con elevata resistenza alla corrosione sotto carichi elevati, temperature di esercizio inferiori a 150 gradi Celsius e che lavorano in atmosfera e acqua di mare, come telai, supporti, aste e accessori.

(2) Lega ZL303 La lega ZL303 ha una buona resistenza alla corrosione, una buona saldabilità, buone prestazioni di taglio, facile lucidatura, prestazioni di fusione accettabili, basse proprietà meccaniche, non può essere rinforzata con trattamento termico e tende a formare fori da ritiro. È ampiamente utilizzata per la pressofusione. Questo tipo di lega è utilizzato principalmente per parti soggette a carichi medi e soggette a corrosione o parti in atmosfera fredda e temperature di esercizio non superiori a 200 gradi Celsius, come parti di navi e scafi di macchine.

(3) Lega ZL305 La lega ZL305 è principalmente addizionata di Zn sulla base di una lega Al-Mg per controllare l'invecchiamento naturale, migliorare la resistenza alla corrosione sotto sforzo e alla corrosione, avere buone proprietà meccaniche complessive e ridurre l'ossidazione, la porosità e i difetti dei pori della lega. Questo tipo di lega è utilizzato principalmente per carichi elevati, temperature di esercizio inferiori a 100 gradi Celsius e componenti altamente corrosivi che operano nell'atmosfera o in acqua di mare, come componenti di navi.
Introduzione alla conoscenza dei lingotti di alluminio
Lingotto di alluminio per rifusione - 15 kg, 20 kg (≤99,80% Al):
Lingotto di alluminio a forma di T: 500 kg, 1000 kg (≤99,80% Al):
Lingotti di alluminio ad alta purezza: 10 kg, 15 kg (99,90%～99,999% Al);
Lingotto in lega di alluminio - 10 kg, 15 kg (Al-Si, Al-Cu, Al-Mg);
Lingotti di lamiera: 500～1000 kg (per la fabbricazione di lastre);
Fusibili rotondi da 30 a 60 kg (per la trafilatura).

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