一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

劉民章， 祁海東， 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司 技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

劉民章， 祁海東， 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司 技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

介紹了鋁合金熔體在線除氣裝置的作用，分析了現(xiàn)用在線除氣裝置的缺點，介紹了一種新型在線除氣裝置及其特點，測試了新型在線除氣裝置的除氫效果。

鋁合金熔體； 在線出除氣裝置； 除氫效果

0 前言

在鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)中，氫含量超標時很重要的兩種質(zhì)量缺陷。因此，無論是鋁合金鑄軋板或者是鋁合金鑄錠，對氫含量都有嚴格的要求。因為，如果合金鑄錠或鑄軋板中的氫含量過高，在凝固過程中會因為來不及逸出而以氫氣泡的形式出現(xiàn)于鋁合金產(chǎn)品中。當合金扁錠或鑄軋卷軋制到一定厚度時，就會在氫氣泡出現(xiàn)部位出現(xiàn)孔洞，造成軋制帶材斷裂，導致產(chǎn)品報廢。因此，根據(jù)下游產(chǎn)品加工工藝和終端產(chǎn)品要求，通常，規(guī)定在0.10～0.14 mL/100 g-Al范圍。為了將鋁合金產(chǎn)品中的氫含量控制在要求范圍內(nèi)，除了在保溫爐內(nèi)對熔體進行精煉除氣以外，在鑄造過程中還要通過在線除氣裝置對熔體進行除氣處理。目前，國內(nèi)鋁加工行業(yè)常用的在線除氣裝置是溜槽式多石墨轉(zhuǎn)子除氣裝置。

1 現(xiàn)用鋁合金熔體在線除氣裝置的基本構(gòu)造、工作原理及其存在問題

現(xiàn)用溜槽式多轉(zhuǎn)子在線除氣裝置主要由除氣容器、上蓋吊運系統(tǒng)、氣路、石墨轉(zhuǎn)子和電機驅(qū)動系統(tǒng)和人機界面組成。石墨轉(zhuǎn)子安裝在上蓋吊運系統(tǒng)上。工作時，將上蓋吊運至鋁液溜槽上，安裝于上蓋上的石墨轉(zhuǎn)子浸入高溫鋁液中。由石墨轉(zhuǎn)子的空心軸將一定壓力的惰性氣體(氮氣、氬氣)通入，當石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，在氣體壓力和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)力的作用下，惰性氣體通過轉(zhuǎn)子噴頭上的小孔以細小氣泡的形式彌散分布與鋁合金熔體中。根據(jù)氣壓差和表面吸附原理，氣泡吸收熔體中的溶解氫并吸附氧化夾渣之后，上升到熔體的表面形成浮渣而除去。

雖然現(xiàn)用溜槽式多轉(zhuǎn)子在線除氣裝置具有一定的除氣和除渣效率，但是，這種在線出氣裝置有以下幾個方面的缺點：

(1)上部吊蓋與鋁液溜槽密封不嚴：由于上部吊蓋是放置在鋁液溜槽上的，而吊蓋是用約5 mm厚的碳素鋼板焊接加工而成的。通常，鋁液流經(jīng)除氣位置的溫度高于700 ℃，吊蓋系統(tǒng)長期工作于約700 ℃的溫度下，產(chǎn)生殼體變形是必然的，這就導致吊蓋殼體與溜槽的密封不嚴。而密封不嚴則會使除氣箱內(nèi)漏入環(huán)境空氣，對除氣箱內(nèi)的惰性氣體保護環(huán)境產(chǎn)生破壞，造成除氣過程中部分氫被鋁熔體溶解吸收，導致在線除氣裝置除氣效率下降。

(2)石墨轉(zhuǎn)子桿易產(chǎn)生高溫氧化：石墨的成分主要是碳，石墨在超過600 ℃的空氣條件下發(fā)生可見的氧化現(xiàn)象，碳氧化反應的產(chǎn)物是CO和CO2氣體，對轉(zhuǎn)子不能起保護作用，石墨轉(zhuǎn)子的氧化不可避免。氧化的結(jié)果使轉(zhuǎn)子軸的軸徑逐步變小，直至斷裂報廢。

(3)石墨轉(zhuǎn)子桿易受到鋁液沖刷：石墨轉(zhuǎn)子浸入除氣箱內(nèi)的鋁液中，一般以200～400 r/min的速度旋轉(zhuǎn)并強烈攪動鋁液，鋁液對轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生強烈的沖刷、摩擦。特別是在液面處，由于高溫氧化作用使轉(zhuǎn)子組織變得疏松，在鋁液的沖刷作用下，轉(zhuǎn)子會逐漸剝落，使用一段時間后轉(zhuǎn)子與液面相接觸部位逐漸變細，細到一定程度后會斷裂報廢。

上述缺點說明，現(xiàn)用鋁液在線除氣裝置故障頻率較高，維護檢修成本高，鋁熔體除氣效率較低。

2 一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

2.1 基本構(gòu)造和工作原理

新型在線除氫裝置是由海德魯公司研制開發(fā)的，型號為Hycast I- 60 SIR。該裝置由熔體精煉裝置(包括反應器底盤及其上的氣體柜/空氣柜/電氣柜，反應器帶有流槽及檔板、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子、軸承、空氣加熱器、氣噴口和集塵器)、操作臺和可編程控制器/馬達控制中心柜組成。其外形和主要部件如圖1和圖2所示。其結(jié)構(gòu)及組成是基于以下主要原則：

該裝置通過金屬進口和金屬出口與溜槽連接，使用前，將一個用耐火材料制作的擋板安裝于鋁液溜槽中，把金屬進口和出口隔開。金屬由進口進入裝置并經(jīng)處理后由出口返回鋁液溜槽，在流經(jīng)在線除渣裝置。該裝置的金屬處理室被擋板隔成兩部分(兩室)，每一個金屬處理室底部分別安裝有一個石墨轉(zhuǎn)子，在鋁合金熔體處理過程，通過降低大氣壓力使反應器內(nèi)的金屬液位升高到約1米時進行處理。金屬處理使用的工藝氣體為氬氣。工作前，使用該裝置自配的加熱裝置對空氣進行預熱，然后再利用預熱的空氣加熱處理室。因為在線裝置的底部具有一定的傾斜度，使得液態(tài)金屬很容易流入溜槽系統(tǒng)，因此，每個鑄次完成后都能很容易地將殘留金屬排空。

圖1 Hycast I- 60 SIR 裝置外形圖

圖2 Hycast I- 60 SIR裝置主要部件

2.2 新型在線除氣裝置的特點

新型在線除氣裝置具有以下幾個特點：

(1)石墨轉(zhuǎn)子安裝在箱體底部，在轉(zhuǎn)動的過程中不會產(chǎn)生旋渦，鋁液中就不代入氧化渣；

(2)箱體密閉，使鋁液不與大氣接觸，不產(chǎn)生氧化反應，減少氧化渣；

(3)鋁液進入箱體時，氣泡與鋁液流動方向相同，而鋁液出箱體時，氣泡與鋁液流動方向相反，逆向流動，另因鋁液約有1000 mm的高度，這樣氣泡和鋁液就有充分的時間進行反應，達到鋁液凈化的要求；

(4)鋁液出口在箱體底部，除氣后的氧化渣不會隨鋁熔體流出，保證了鑄造鋁液的潔凈；

(5)由于渣量少清渣工作簡單方便，沒有存鋁，不需要放鋁；

(6)轉(zhuǎn)子使用壽命長：連續(xù)鑄造時間保證在200～400小時；

(7)除渣除氣效果好：除渣：>40 μm，效率為98%；>20 μm，效率為50%；除氣：>0.4 mL/100 g-Al效率為70%，保證值為0.11 mL/100 g-Al。

2.3 除氫效果

某公司在10.5萬t鋁合金扁錠生產(chǎn)線上安裝了Hycast I- 60 SIR在線出氣裝置。在新型在線除氣箱進出口對幾種牌號鋁合金熔體進行了氫含量測試，并進行了除氫效果的分析計算，現(xiàn)場測定的氫含量見表1。

表1 幾種鋁合金的除氫效果

由表1可以看出，對三種合金氫含量的測試表明，Hycast I- 60 SIR在線除氣裝置的除氫率均達到50%以上，除氣箱出口鋁合金熔體中的氫含量均達到0.12 mL/100 g-Al，除氫效果很理想。由于幾種牌號鋁合金熔體的初始氫含量均低于0.40 mL/100 g-Al，因此，沒有達到70%的除氣效率。

3 結(jié)語

鋁合金在線除氣裝置的不僅具有除氣功能，而且還具有除渣功能。因此，在線除氣裝置的應用對于確保鋁合金產(chǎn)品的氫含量以及消除夾雜缺陷是十分重要的。廣大從事鋁合金加工的科技工作者應當重視鋁合金熔體除氣和除渣原理的研究探討，密切結(jié)合生產(chǎn)實踐，加大新技術(shù)、新工藝和新裝備的引進與應用，并從中學習和借鑒先進的理念，設(shè)計和開發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的鋁合金熔體在線處理系統(tǒng)，推動我國鋁加工產(chǎn)品質(zhì)量的進一步提升。

A New Type of On-line Degassing Device for Aluminium Alloy Melt

LIU Min-zhang， QI Hai-dong， LI Xian

(Technology Center, Qinghai Qiaotou Aluminium & Power Co., Ltd. Xining 810100, China)

The paper introduces the effect of on-line degassing device for aluminium alloy melt, analyses the disadvantages of existing on-line degassing device, introduces a new type of on-line degassing device and its features, and tests the dehydrogenation effect of aluminium alloy melt.

aluminium alloy melt；on-line degassing device；dehydrogenation effect

2014-08-16

劉民章(1961-)，男，大學本科，高級工程師，主要從事鋁加工工藝技術(shù)研究工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心鋁加工研發(fā)工程師。

祁海東(1981-)，男，大學本科，工程師，主要從事鋁加工技術(shù)管理工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司電解鋁分公司鑄造車間技術(shù)員。

TF821

B

1003-8884(2014)05-0025-03

李 賢(1980-)，男，大學本科，工程師，主要從事鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)研究工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心電解鋁研發(fā)工程師。