對我國鋁合金扁錠生產工藝技術現狀及發展趨勢的認識

孔維鑫

[摘要]本文論述了我國鋁合金扁錠生產工藝技術的現狀及發展趨勢。為我國鋁合金扁錠生產工藝技術走持續、穩定及健康的發展道路提供了一定的見解。

[關鍵詞]鋁合金扁錠 生產工藝技術 現狀 發展趨勢

1、前言

用電解鋁液生產鋁合金扁錠，由于沒有原鋁錠的重熔，節省能源，減少了金屬的燒損，可以明顯降低鋁合金扁錠的生產成本。但由于電解鋁液溫度高、非金屬夾雜物多、氣體含量高，若熔體凈化不充分的話，則易使鑄錠產生氣孔、疏松、夾渣等組織缺陷，進而影響鋁加工材的組織性能，因此，用電解鋁液配料生產鋁合金扁錠時，必須對鋁熔體進行嚴格的凈化處理，以確保熔體的純潔度。

2、對我國鋁合金扁錠生產工藝技術的分析與認識

用電解鋁液直接生產鋁合金扁錠所取得的經濟效益主要體現在節能和減少鋁的損失兩個方面。首先其可省去將鋁液鑄成鋁錠和將鋁錠重熔加熱兩道工序。這一方面可減少鋁液鑄成鋁錠過程中0.4%-0.5%鋁的損失和鋁錠二次重熔過程中2%-4%的燒損。另一方面就是鋁錠重熔時需要消耗相當的能量。據測算，將1t鋁錠從室溫加熱到熔煉溫度750℃的液鋁冷卻到室溫，冷卻水系統要消耗電能，而且需要補充新水。由此可見，用電解鋁液直接生產鋁合金扁錠可減少能耗。以目前能源和鋁錠的價格，由前面分析可以推算出，用電解鋁液直接生產鋁合金扁錠可減少能耗以目前能源和鋁錠的價格，由前面分析可以推算出，用電解鋁液生產鋁合金扁錠每噸至少可以比鋁錠重熔法降低成本500元以上，經濟效益顯著。

3、依靠技術進步。以促進我國鋁合金扁錠生產工藝技術的可持續發展

3.1、鋁合金熔體的凈化

a1、熔煉爐內凈化處理

1）、熔體預處理。電解鋁液注入熔煉爐滿爐后向熔體表面撒入粉除渣劑（質量為熔體質量的0.1%-0.2%），再對鋁熔體進行10min-15min的電磁攪拌，靜置20min后扒去鋁液表面浮渣。通過熔體預處理，可以初步除去從電解槽帶來的氧化鋁夾渣，并減少爐壁掛渣。

2）、熔劑法除渣精煉。熔劑法除渣是根據吸附凈化原理，利用熔劑對氧化夾雜的吸附、溶解、化合等作用而實現除渣的。加人金屬熔體中的低熔點熔劑在熔煉溫度下與非金屬夾雜物接觸時，會產生潤濕和吸附作用。氧化鋁特別是懸混于熔體中的氧化膜碎片被具有凝聚性及潤濕性的熔劑吸附包圍后，便改變了氧化物的性質、密度和形態，通過上浮而脫離金屬熔體。

3）、除堿金屬。鈉在高鎂鋁合金中易引起鈉脆，用活性氣體（氯氣、四氯化碳）可以清除鈉等堿金屬。考慮到氯氣對人體有害并污染環境，目前某公司生產高鎂鋁合金不使用氯氣，而是使用除鈉劑除鈉。

b）、靜置爐內惰性氣體吹洗精煉。在靜置爐內，通過爐底的透氣磚向熔體均勻地吹入氮氣（高鎂合金用氫氣）對熔體進行精煉。氮氣（或氫氣）吹入鋁熔體后形成許多細小的氣泡，熔體中的氫進人氣泡中，隨氣泡一起上浮逸出，從而實現除氫；熔體中的氮氣（或氫氣）泡在上浮過程中，與懸浮狀態的非金屬夾雜物相遇，通過吸附作用使其吸附在氣泡表面而被帶出熔體。因此，通過惰性氣體吹洗精煉可以同時實現除渣和脫氫。

氮氣加入量為每個透氣磚45J/min，精煉時間30min。精煉完畢后，按熔體質量的0.15%撒人除渣劑，靜置20min后扒除表面浮渣。

c）、在線除氣。使用ALPUR TS-55旋轉除氣裝置進行在線除氣。這種除氣裝置為雙石墨轉子，最大金屬流量為55t/h。

ALPUR凈化工藝是基于吸附凈化原理，通過轉子吹出精煉氣體，借助旋轉噴嘴產生均勻分布的微小氣泡，并與反應室內的熔體充分接觸反應使熔體凈化。精煉氣體可以是氮氣（，或氬氣），也可以是氮氣（或氬氣）與氯氣的混合氣體。

d1、在線過濾除渣。過濾除渣主要是靠過濾介質的阻擋作用、摩擦力或流體的壓力使雜質沉降或堵滯，從而凈化熔體。上述生產線采用CFF雙級泡沫陶瓷過濾板，過濾箱安裝2套平行過濾板，處理流量為55t/h。過濾板為雙層30/50ppi復合泡沫陶瓷過濾板，上層過濾板的孔隙度為30 ppi，底層過濾板的孔隙度為50 ppi。CFF泡沫陶瓷過濾裝置可以有效除去直徑大于20um的夾渣物，過濾效率可達75%。

e）、結晶器的過濾除渣。在鋁液分配流槽用玻璃絲布進行鋁液轉注過程的過濾除渣：在結晶器內用專用的金屬分配過濾袋進行最后一道除渣凈化，以除去在分配流槽和進人結晶器時所產生的氧化鋁。

3.2、熔體凈化效果

a）、除氫效果。用HYSCAN II型測氫儀分別在ALPUR除氣裝置人口流槽和出口流槽測定5052鋁合金熔體的含氫量。其結果是：人口鋁熔體含氫量為0.28ml/（100gAl）；出口鋁熔體含氫量為0.13ml/（100gAl），除氫率超過50%。

b）、除鈉效果。取5052、3104合金扁錠試樣分析檢驗，鈉含量如表1所示。

c）、除渣效果。取試樣做金相低倍試驗，未發現夾渣。

4、結束語

鑄造工藝參數對產品質量影響非常大。其應當加強對鑄造過程的參數測量，收集更多的數據，建立數學模型，以進一步提高產品質量和成品率。生產實踐表明：通過凈化工藝處理后的鋁合金熔栓氫含量低于0.15ml（100gAl），其除氣效果明顯。但其鈉含量控制在0.0002%-0.0009%范圍，即除鈉效果不穩定。其除渣效果較好。對于高鎂鋁合金可用含2%-5%氯氣的氮（或氬）氯混合氣體進行在線精煉，這樣既可提高除氫、除渣效果，而且除鈉效果也優于在爐內使用除鈉劑。因為六氯乙烷加人鋁熔體后發生一系列化學反應，生成四氯化碳、氯氣以及揮發性的A1C13，產生大量的氣體參與精煉，達到除氣、除渣、除鈉的目的，所以其應在使用除鈉劑的基礎上添加六氯乙烷，以強化除鈉和精煉效果。