淺論利用電解原鋁液直接生產3104合金扁錠技術與發展

田良

摘要：本文論述了利用電解原鋁液直接生產3104合金扁錠技術與發展，為利用電解原鋁液直接生產3104合金扁錠技術的可持續發展提供了一定見解。

關鍵詞：電解原鋁液；3104合金錠；技術與發展

一、引言

3104合金扁錠系3×××合金扁錠系列。其主要用于生產易拉罐。國內僅有極少數廠家能生產易拉罐。而3×××系扁錠產品規格越大，開發生產難度相當大。其只有研究3104合金的特性、電解鋁液的特點，從理論和實踐上研究探索適合于罐用3104合金扁錠生產的熔體處理工藝和鑄造工藝參數的合理配置，才能生產出滿足罐體日益減薄所需要的高品質合金扁錠，從而擺脫我國罐料長期依賴進口的困局，以開創中國鋁加工行業的新局面。

二、對電解鋁液直配3104合金扁錠的分析與認識

（一）、鋁合金扁錠疏松缺陷類型

在鋁合金鑄錠的晶界或晶枝間，常常有一些宏觀或微觀的孔洞，孔洞內表面大多參差不齊，呈棱角狀，就是疏松。疏松可以通過切取鑄錠的低倍試片磨光后用肉眼或顯微鏡檢查出來。

（二）、鋁合金扁錠疏松缺陷典型形貌及形成原因分析

1、疏松缺陷典型形貌

對疏松鑄錠試樣做掃描電鏡分析，發現有一定數量彌散狀分布的微觀夾雜。夾雜主要成分是O、Na、Mg、Si、Mn、H等元素的化合物。在嚴重疏松試樣的橫截面存在大量的孔洞，這是夾雜性疏松。

鑄造溫度過低會降低金屬液流動性和補縮能力。金屬在結晶時進行液態收縮和凝固收縮，會在晶粒或晶枝間形成孔隙，位于過渡帶的液體金屬黏性大、流動性差，從而導致鑄坯形成補縮性疏松。

2、疏松缺陷形成原因

（1）、合金液的凈化程度不高

（2）、爐內合金液靜止時間不夠

（3）、環境相對濕度大

三、提高電解鋁液直配3104合金扁錠的技術水平，以促進其可持續地發展

（一）、3104鋁合金扁錠的生產工藝研究

1、化學元素含量的確定

3104合金中含量較高的合金元素主要有Mn、Mg，雜質元素主要有Fe、Si等。Mn與Al結合形成強化相MnAl6。但過量的Mn形成大量脆性化合物，使扁錠澆鑄過程中易開裂。

雜質Fe、Si對合金的熱脆性有比較明顯的影響。

Si含量增加，合金的熱脆性急劇提高，而Fe含量增加，合金的熱脆性明顯下降。這是因為3104合金中，Mg和Si形成Mg2Si后，有大量的過剩Mg存在。此時Mg2Si很少進入固溶體中，存在于晶界和枝晶界的低熔點共晶體中，從而增加合金的熱裂傾向。當向合金中添加Fe以后，生成了一些含FeSiMn的雜質化合物，使晶界和枝晶界的Mg2Si量減少，從而降低熱裂傾向。

2、配料

根據鋁及鋁合金扁錠化學成分的要求，合理搭配使用符合成分要求的原鋁液噸位，及精確計算各種配料用中間合金（合金元素添加劑）的用量。

3、攪拌及轉注

當配料工序完成后，熔煉爐內鋁液溫度控制于730℃-740℃時，關閉爐門，啟動電磁攪拌器進行鋁液攪拌。在轉注前對流槽進行相關的處理，給流槽粉刷涂層，并對流槽進行預熱，且預熱時間不低于30min。其要進行確保耐火襯里在使用前完全干燥，并且在轉爐前清除轉爐流槽和澆口里所有殘渣和金屬，檢查轉爐流槽內襯和涂層是否有裂縫、磨損，接縫處是否密封等工作，以保證鋁液能夠快速平穩注入保溫爐，同時預防熔體的氧化燒損。

（二）、鑄造3104鋁合金扁錠質量缺陷的控制措施

目前國內生產3104鋁合金扁錠普遍采用人工配料、手工計算和人工操作。其會造成配料不精確，攪拌不均勻，扒渣不徹底，爐內吹氣精煉不易掌握，鋁液流量控制不夠準確，鋪底不均衡，水流量變化大等現象發生。其除造成鑄造缺陷外，還會使扁錠鑄造成品率很低。某公司生產3104合金扁錠成品率僅在50%左右。其廢品主要表現為裂紋、氧化夾雜、彎曲變形、氣泡、縮松、成分偏析、表面偏析瘤與晶粒粗大等。

1、粗大晶粒控制

（1）、控制電解鋁液的配料比例。電解槽內鋁液的溫度在930℃左右，用真空抬包吸出并運輸到鑄造車間后，鋁液的溫度仍然保持在860℃-900℃，即屬于過熱熔體。在實際生產中，電解鋁液的配料量控制在60%以內。

（2）、盡可能實現快速熔煉與爐內精煉處理。由于熔化、精煉時間長，必定造成熔體過熱，而導致粗大晶粒產生，因此，控制熔煉和精煉時間是消除粗大晶粒的重要途徑。

（3）、控制具有粗大晶粒組織的爐料用量。金屬爐料具有組織遺傳性。實踐證明，在3104合金熔煉中，具有組織遺傳爐料的添加量不能超過15%。

（4）、鑄造工藝參數控制。在3104鋁合金扁錠DC鑄造時，在確保合金扁錠具有良好的成形性的前提下，采用較大的冷卻強度控制粗大晶粒很有必要。

（5）、添加晶粒細化劑。添加晶粒細化劑要保證細化劑有效化學元素的含量相良好的溶解性能。因為有效元素的溶解性能好，所以其實收率高，細化效果好。實踐證明，在溜槽中通過自動喂絲機逆流添加晶粒細化劑桿細化效果好。

2、夾雜缺陷控制

加強爐料管理，防止爐料污染；盡可能不要采用人工攪拌或機械攪拌，最大程度利用電磁攪拌、永磁攪拌或爐底透氣磚攪拌；采用虹吸裝置從真空抬包向熔煉爐轉注鋁液，將鋁液轉注過程中氧化膜形成的可能性降低到最低程度；選擇最佳的固液比，減小高雜質含量電解鋁液對夾雜形成的不利影響；確保合適的精煉溫度和靜置時間，使夾有充足的時間隨精煉氣體上浮至熔體表面；確保精煉用氣純度不小于99.90%；采用高質量雙級或復合過濾板。

3、疏松缺陷控制

（1）、電解鋁液的凈化處理：將原鋁液用虹吸管轉入熔煉爐轉注入熔煉爐，添加適量的除渣劑，電磁攪拌20min-30min，將液面浮起的渣子扒干凈；靜置爐內的熔體凈化，用氣體（Cl、Ar、N或兩種氣體的混合）精煉為宜。在線凈化采用三級在線除渣系統，過濾板以40/60ppi為宜。

（2）、嚴格控制保溫爐內熔體的靜置時間：確保熔體靜置不少于30min-40min；

（3）、降低環境濕度：在鑄造平臺側旁增設抽風機，消除鑄造平臺上方聚集的水蒸汽，使生產環境相對濕度小于40%；

（4）、控制爐內合金液溫度：爐內溫度達到工藝要求（733℃-742℃）。

四、結束語

隨著國民經濟的發展和國民生活質量的提高，鋁合金材料飲品包裝的需求量不斷增長。目前，市場上廣泛使用的碳酸飲料包裝罐材質主要以3104鋁合金為主。在美國、日本等發達國家，以3104鋁合金作為啤酒、可樂等飲料的包裝罐已經有很長的時間，而在中國使用鋁合金材料作為包裝罐的歷史則相對很短。近十幾年來，國內相關研究機構、學院和企業相繼進行了3104罐用合金的研究，并取得了一定進展。在目前電解原鋁產能過剩的情況下，研究用電解鋁液直接生產高品質3104罐用鋁合金扁錠的生產工藝，對于高品質罐料的軋制有著重要的意義。

參考文獻

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