Guide des additifs de fusion de l'aluminium : comprimés, alliages principaux et flux pour une meilleure récupération

Une fonte d'aluminium de 12 tonnes se trouve à 735 °C, 200 kg de comprimés de manganèse y entrent, le four tient pendant dix minutes et le spectromètre revient toujours avec un faible taux de manganèse de 0,12 %. Commander plus de tablettes résout rarement ce problème. Les questions utiles sont plus précises : quelle était la température de fusion au moment de l'ajout, où les comprimés ont-ils été déposés et combien de temps le bain a-t-il réellement duré avant l'échantillonnage ? Dans la plupart des usines, ces trois variables déterminent la récupération bien avant la qualité de l'additif.

La règle de travail pour les additifs de fusion de l’aluminium est simple. Faites correspondre la forme à l'élément, faites correspondre le point d'addition à la température de fusion et nettoyez la fusion avant d'essayer de l'allier. Les comprimés permettent un dosage précis et à faible émission de fumée d'un seul élément tel que Mn, Fe, Cu, Ti, Cr ou Zr. Les alliages maîtres fournissent des éléments qui résistent seuls à la dissolution. Les flux éliminent les oxydes, l'hydrogène et les éléments parasites qui volent discrètement la récupération des deux.

Tout ce qui suit suit cette règle, avec les fenêtres de température, les plages de récupération et les contrôles d'achat qui décident si un ajout se retrouve dans les spécifications ou dans les scories.

Les trois familles d'additifs de fusion de l'aluminium

Presque tous les additifs utilisés dans un atelier de fusion d’aluminium appartiennent à l’un des trois groupes suivants. Ils ne sont pas interchangeables et leur prix n’est pas le même. Un alliage maître coûte plus cher par kilogramme d’élément contenu qu’un comprimé, mais il récupère davantage de cet élément. Un flux ne contient aucun élément d'alliage, mais il protège la récupération de tout ce qui est ajouté après lui.

La récupération est le chiffre qui régit le coût par tonne de métal fini. Le tableau ci-dessous montre les plages indicatives observées dans la pratique courante des fonderies ; la propagation au sein de chaque famille provient principalement du contrôle de la température et de la méthode de dosage plutôt que du fournisseur.

Master Alloys : récupération élevée pour les éléments qui résistent à la dissolution

Le titane, le bore, le zirconium, le chrome et le vanadium fondent tous bien plus que l'aluminium. Déposez le métal pur dans un bain à 730 °C et une grande partie coule, s'oxyde ou reste simplement dans la boue de fond jusqu'à ce que le four soit nettoyé. Le pré-alliage de l'élément avec de l'aluminium, généralement à hauteur de 3 à 10 % de l'élément dur dans une matrice en aluminium, réduit la plage de fusion effective et verrouille l'élément dans une phase intermétallique telle que TiAl3 ou TiB2 qui se dissout de manière prévisible dans le bain.

L'aluminium-titane-bore est le cheval de bataille du raffinement du grain, généralement ajouté à raison de 1 à 3 kg par tonne de matière fondue en fonction de la méthode de coulée et de l'épaisseur de la section. L'aluminium-strontium fait un travail différent : il modifie le silicium eutectique dans les alliages de coulée Al-Si afin que la structure devienne plus fine et plus ductile. L'aluminium-bore agit dans la direction opposée, éliminant le Ti, le V et le Cr des qualités de conducteurs électriques pour rétablir la conductivité, tandis que l'aluminium-zirconium augmente la résistance thermique dans les applications de conducteurs et à température élevée.

L'avantage de la récupération est réel, mais il dépend de la surchauffe. Les raffineurs de grains ajoutés au-dessus d'environ 750 °C ont tendance à s'agglomérer et le raffinement s'estompe quelques minutes après leur maintien. Ajoutez-les tardivement, à la louche de transfert ou à la blanchisseuse là où la pratique le permet.

Affineur de grains en alliage d'aluminium, titane et bore Affineur de grains avec les nuances Ti5B1, Ti5B0.2 et Ti3B1, fourni sous forme de bâtonnets, de bobines, de lingots gaufrés ou de barres coupées coulées pour les alliages d'aluminium. Voir le produit →

Comprimés d'alliage : un dosage précis sans les lourdes charges

Un comprimé d'alliage est un disque pressé, généralement de 30 g à 200 g, fabriqué à partir de poudre d'élément et d'un support qui ajuste la densité et aide le disque à se briser sous la surface de fusion. Étant donné que chaque comprimé transporte un poids connu d'élément, l'opérateur compte les comprimés au lieu d'essayer de peser la poudre dans une poche à côté d'un four à 740 °C. Un comprimé de 100 g contenant 75 % de manganèse délivre 75 g de manganèse, et vingt d'entre eux délivrent 1,5 kg. De changement en changement, cette cohérence vaut plus qu’un prix au kilogramme légèrement inférieur.

La question qui se pose est de savoir quel support et quelle densité d'éléments conviennent à votre alliage. Les comprimés de manganèse entrent dans les corps de boîte 3003 et 3104, les comprimés de fer dans les alliages Al-Fe et de moulage sous pression, les comprimés de cuivre dans les qualités de fonderie 2xxx et Al-Si-Cu, avec des comprimés de titane, de chrome et de zirconium couvrant le raffinement des grains et les ajouts d'éléments de transition. Si vous ne savez pas quelle qualité correspond à une fonte spécifique, cette répartition de comprimés d'alliage d'aluminium par système d'alliage est un point de départ pratique.

Comprimés de manganèse pour le contrôle des alliages d’aluminium et de la composition Additifs de manganèse compactés pour un contrôle précis du Mn dans 3003/3104 et autres fontes d'aluminium, avec comprimés de 500 g et récupération élevée. Voir le produit →

Deux contraintes méritent d’être rappelées. Premièrement, les comprimés absorbent l’humidité, et l’humidité signifie la porosité de l’hydrogène dans le moulage. Gardez les fûts scellés, éloignés du sol et éloignés de l'embouchure du four. Deuxièmement, le transporteur n'est pas gratuit : il produit un petit volume de scories supplémentaire par ajout, ce qui est important lorsque vous déposez plusieurs kilogrammes dans un petit four à creuset plutôt que dans une réverbération de 20 tonnes.

Flux : nettoyez la masse fondue avant de l'allier

La plupart des pertes de récupération imputées aux additifs commencent en fait avant que l'additif n'entre. Une peau d'oxyde, des inclusions en suspension et de l'hydrogène dissous interfèrent tous avec la dissolution et avec la précision de l'échantillon que vous prélevez ensuite. C'est pourquoi la séquence dans un atelier de fusion bien géré est le flux en premier, le raffineur de grains en second, les comprimés d'alliage ou le durcisseur en troisième, et une courte passe de raffinage final uniquement si l'alliage le tolère.

Un flux de raffinage en granulés est injecté ou plongé pour éliminer l’hydrogène et faire flotter les inclusions non métalliques. Le flux de crasse sépare l'aluminium piégé des crasses, de sorte que moins de métal quitte le four dans le seau d'écrémage. Le flux d'élimination du calcium est important lorsque les déchets poussent le calcium au-dessus de la limite dans les alliages de fonderie, le flux d'épuisement du magnésium ramène les fusions 5xxx et à haute teneur en magnésium dans la plage, et le flux de raffinage sans sodium est utilisé là où le sodium est restreint en raison de son effet sur la ductilité à chaud et la fissuration des bords.

Flux de raffinage de granulés pour la fusion d'alliages d'aluminium Flux d'affinage granulaire pour aluminium fondu, ajouté à raison de 0,08 % à 0,15 % pour éliminer les inclusions d'oxyde et les scories, avec des performances sans fumée et un emballage de 5 kg. Voir le produit →

La discipline posologique compte autant que la sélection. Un sous-dosage laisse du gaz dans la masse fondue ; un surdosage attaque le revêtement réfractaire, génère des fumées supplémentaires et peut laisser un résidu qui se manifestera plus tard sous forme de défauts d'inclusion. Suivez la gamme du fournisseur et ajustez-vous en fonction des résultats de vos propres tests de gaz, et non en fonction des habitudes d'un collègue.

Additifs adaptés à la température de fusion et à l'alliage

La principale cause contrôlable d’un faible taux de récupération est la température d’addition. Chaque élément a une fenêtre : en dessous, les particules ne se dissolvent jamais complètement, au-dessus, les pertes par oxydation et décantation augmentent plus vite que la récupération. Le tableau ci-dessous couvre les fenêtres utilisées dans la plupart des fonderies d'aluminium.

La courbe ci-dessous montre la forme du problème pour les comprimés de manganèse. La récupération augmente fortement à mesure que le bain approche 730 °C, s'aplatit, puis retombe une fois que les pertes par oxydation et par sédimentation dépassent le gain d'une dissolution plus rapide.

Le coût suit la même logique. Les éléments d'alliage représentent la plus grande part du budget d'additifs, le raffinement en prend la plus petite, mais c'est le raffinement qui protège les dépenses d'alliage en gardant la masse fondue suffisamment propre pour une dissolution fiable.

Répartition indicative des dépenses en additifs dans une fonderie d'aluminium secondaire ; le mix change en fonction du portefeuille d'alliages et de la qualité de la ferraille.

Une liste de contrôle d'achat avant de vous engager

Sur papier, les spécifications des additifs sont similaires chez tous les fournisseurs, de sorte que la différence apparaît généralement dans la cohérence des lots et dans la rapidité avec laquelle le fournisseur répond à une question technique. Six contrôles valent la peine d'être effectués avant une première commande.

1. Chimie par lot, pas par an. Demandez un certificat d'analyse lié à la livraison et vérifiez que la gamme d'éléments correspond au grade que vous avez spécifié.
2. Cohérence du poids et de la taille des comprimés. Pesez un échantillon aléatoire de vingt disques ; une large diffusion signifie que la précision du dosage disparaît dans l'atelier.
3. Humidité et emballage. Un emballage scellé et résistant à l'humidité avec un déshydratant est normal pour les comprimés et les fondants ; les doublures déchirées sont un motif de refus.
4. Un procès de dissolution sur votre propre fondu. Une tonne de métal de production en dit plus sur la récupération que n'importe quel rapport de laboratoire.
5. Traçabilité. Les numéros de lots qui renvoient aux enregistrements de production permettent d'isoler un problème au lieu d'abandonner une livraison entière.
6. Système de qualité. Une certification telle que ISO 9001 ou GJB9001C indique un processus audité, ce qui est particulièrement important pour les commandes répétées où la cohérence est primordiale.

Le contexte de fabrication derrière ces contrôles, y compris la capacité de production et les certifications de qualité détenues par l'usine, est résumé sur notre site Web. profil de production et de qualité page.

Foire aux questions

Ai-je quand même besoin d’un alliage maître si j’utilise déjà des tablettes ?

Généralement oui, mais pas pour les mêmes éléments. Les comprimés gèrent efficacement les ajouts de Mn, Fe, Cu, Cr et Ti. Le raffinement des grains avec du titane et du bore, ou la modification avec du strontium, est toujours mieux réalisé sous forme d'alliage maître, car les particules actives ont besoin de la forme pré-alliée pour survivre dans la fusion.

Pourquoi la récupération chute-t-elle lorsque la fonte devient trop chaude ?

Au-dessus de la fenêtre utile, l'énergie supplémentaire est consacrée à l'oxydation à la surface du bain et à la sédimentation plus rapide des particules denses, et les deux pertes dépassent le gain d'une dissolution plus rapide. Le temps de maintien aggrave l'effet : une agitation prolongée au-dessus de 760 °C peut coûter plusieurs pour cent de l'élément ajouté.

Les comprimés de flux et d'alliage peuvent-ils être ajoutés en même temps ?

Non. Affinez et écumez d'abord, puis ajoutez les éléments d'alliage, puis échantillonnez. L'ajout de comprimés dans une matière fondue sale permet au support de flux d'entrer en compétition avec les oxydes et les inclusions, et la récupération que vous mesurez par la suite sera trompeuse.

Combien de temps les additifs peuvent-ils être conservés ?

Les alliages principaux se conservent pendant des mois dans un stockage intérieur sec. Les comprimés et les flux sont plus sensibles et portent généralement une date de péremption, car la capture d'humidité dégrade à la fois la précision du dosage et le niveau d'hydrogène dans la coulée finale.

La sélection d'additifs ne représente qu'une petite partie du coût d'une fonderie et une part étonnamment importante de son taux de rebut. Obtenez la forme adaptée à l'élément, placez-le à la bonne température, nettoyez la masse fondue avant de l'allier et vérifiez chaque livraison par un test de dissolution sur votre propre métal. Ces quatre habitudes résolvent la plupart des problèmes de récupération qui sont actuellement payés avec des kilos supplémentaires de comprimés.