圓鋁桿生產過程常見缺陷的成因分析及對策

摘 要：本文對連鑄連軋機組改造后，在電工圓鋁桿生產過程中出現常見缺陷的成因、危害逐一加以分析，并采取相應工藝處理措施，實踐證明采取工藝處理措施是有效的，提高了電工圓鋁桿的產品合格率，取得了較為滿意的經濟效果。

關鍵詞：連鑄連軋；圓鋁桿；缺陷；對策

中圖分類號：TG292 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0283-02

1 前 言

在連鑄連軋機組試生產過程中，我們發現約有80%的廢品是與圓鋁桿存在各種缺陷有關。因此，識別和分析缺陷及其成因，尋求防止或減少產生缺陷的方法，對提高圓鋁桿產品的本身質量及再加工質量，減少廢品率，提高勞動生產率，降低生產成本都是有很現實的意義。從嚴格上講，連鑄連軋的圓鋁桿與鑄坯的缺陷有數十種，這里僅對連鑄連軋生產中常見的缺陷，如氣孔，鑄坯裂紋，線桿夾渣，電阻率超標飛邊，麻點，機械性能超標等加以分析其成因并在生產實踐中采取相應工藝處理措施。

2 氣孔（氣眼）

2.1 氣孔的危害

鋁液中的各種氣體是造成鑄坯、圓鋁桿氣孔（氣眼）缺陷的主要原因。我們在生產中取樣后，如將鑄坯剖面磨光，就可以看到氣眼的痕跡，有時會看到大的空洞，皆為氣孔。在圓鋁桿樣品的化驗分析時，有時也會看到微小的氣眼，這就是鑄坯氣孔經軋制后產生的。有關研究表明，圓鋁桿中的氣眼占有效面積的1～1.5%時，就可使線桿抗拉強度降低10～15%，延伸率降低35～40%。同時，生產中氣孔往往伴隨大量的夾渣，夾渣和氣孔都使鑄坯抗拉強度不夠，從而容易導致拉制的圓鋁桿脆斷，電阻率增大等等，嚴重時可造成大量的廢品。

2.2 氣孔的來源

在鋁液中的氣體主要有氫、氧、氮、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等，但經有關資料表明，氫占總含氣量的85%以上，因此，所謂鋁液中的含氣量可近似看作含氫量，這些氣體并非金屬本身所固有的，而是鋁液在熔煉過程中從外界吸收的，這些氣體在鋁液凝固過程中來不及逸出，就在圓鋁桿中形成了氣孔。從實際生產來看，鋁液吸收氣體主要有以下幾個方面：

（1）鋁原料中帶來的氣體；

（2）從爐氣中吸收的氣體；

（3）在熔鑄過程中吸進的氣體；

（4）生產熔劑、工具、耐火材料等帶入的氣體；

（5）其它因素的影響。如高溫長時間的熔化則會促進鋁液吸氣。

2.3 氣孔產生原因及防止措施

鑄坯中產生的氣孔可分為析出型氣孔和反應型氣孔。

2.3.1 析出型氣孔

溶解于鋁液中的氣體（主要為H2），其溶解度隨溫度降低而減少，因而，在鋁液凝固過程中會逐漸析出，同時鋁液粘度增大。凝固較快時，鋁液中形成的氣泡來不及上浮逸出，便留在了鑄坯內部，形成析出型氣孔。

防止析出型氣孔的最有效的方法是搞好鋁液精煉，除渣、除氣，可用粉末狀精煉劑并輔以氮氣來進行的方法等，并保證精煉時間與澄清時間，以便鋁液中的氣體逸出，同時在鋁液澆鑄過程中，防止溫度過高及鋁液攪動、紊流、翻滾等現象的發生，讓鋁液在氧化膜的保護下平穩地流動，則可以阻止吸氣。具體做法是鋁液澆鑄時嚴禁有敞露的落差和液流沖擊。

2.3.2 反應型氣孔

金屬在凝固過程中，與各種水分，涂料，潤滑劑等產生反應或金屬內部產生反應，產生的氣體在鋁液凝固時來不及上浮逸出形成的氣孔稱反應型氣孔。在純鋁主要的反應為下式：

3AL+2H20→AL2O3+2H2（1）

由上式可見，在生產中與鋁液接觸的工器具，流槽、澆包以及結晶輪表面，潤滑劑，脫模油等中的水分均與鋁液發生反應而產生氫氣，最終導致氣孔產生。防止反應型氣孔產生的主要方法為：與鋁液接觸的工器具，流槽、澆包、鋼帶以及結晶輪表面要注意保持干燥，在生產過程中要隨時注意鋼帶是否開裂，開裂后要及時更換鋼帶。

3 鑄坯裂紋

3.1 危 害

在連鑄連軋生產中，對鑄坯生產的微小裂紋，在經過連續13道次的軋制后，一般在高溫下可以被壓合，對圓鋁桿質量不構成危害。但過大的裂紋就易于出現質量問題，或發生斷桿或發生堆料故障，堆料嚴重時還會發生設備事故，就是能夠及時發現裂紋并剪除，也會造成生產中斷，廢料增多。

3.2 產生原因

配料時化學成分不符合要求及澆鑄過程中冷卻不夠均勻都會產生鑄坯裂紋。鑄坯裂紋可分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是當金屬強度和塑性都較低時，在澆鑄冷卻過程中，四周冷卻不一致導致鑄造應力而產生或者凝固發生相變反應，生成較脆的多元化合物分布于晶界面而引起熱裂。例如，對工業純鋁，當雜質中Si>Fe時凝固時就會生成熔點為574.5oC的α（Al）+β（AlFeSi）+Si三元共晶分布于晶界面而易熱裂，但如果是Fe>Si時，因凝固時在629℃時就生產包晶反應，見式（2）。

FeAl3+L→α（Al）+β（AlFeSi）（2）

所以，在629℃時，鑄坯中就完成了凝固，提高了凝固脆性區下限溫度，則不易產生熱裂。而冷裂的發生一般是鑄坯冷卻到溫度較低的彈性狀態時，因鑄坯內、外溫差大，使鑄造應力超過金屬強度極限而產生的，并且往往由熱裂擴展而成。在我們生產出現的裂紋中，一般曲折而不規則，常出現分枝，表面略有氧化色的為熱裂紋，而表面光潔又呈直線擴展的、較為規則的為冷裂紋。大多時候，熱裂紋和冷裂紋又是同時存在的。

3.3 防止措施

一切能提高鋁液在凝固區的塑性和強度，減少非平衡結晶或改善其分布狀況，細化晶粒，降低溫度梯度等因素，皆有利于防止鑄坯熱裂和冷裂。在工藝上主要是通過控制純鋁的化學成份，限制雜質量（例如，一般控制Fe/Si值在2左右）。及選擇合理的工藝措施：低鑄造速度和低澆鑄溫度，均勻供流與均勻冷卻等。例如：在生產前應該檢查結晶輪水眼，發現有堵塞要及時清理，鋼帶與結晶輪要除銹清潔，脫模油不能過多以及澆鑄點要控制平穩等。

4 圓鋁桿夾渣

圓鋁桿中的氧化物、硫化物，硅酸鹽，爐襯剝落物以及脫模劑殘焦等非金屬夾雜物都通稱為夾渣。夾渣對圓鋁桿的物理性能，如抗拉強度、延伸率及電阻率等都有很在大的影響，是圓鋁桿生產過程中不可忽視的一個問題。

4.1 產生原因

在實際生產中，非金屬夾渣物一般有四個來源：

（1）原鋁中帶來；

（2）在保持爐中停留時混入；

（3）在熔體轉注過程中混入；

（4）工藝控制不當形成。

4.2 防止措施

（1）對原鋁中帶來及保持爐中混入的非金屬夾雜物，可采取徹底地精煉排渣，增加澄清時間（利于夾渣上浮逸出）等辦法來解決。

（2）對于鋁液轉注過程中造成的夾渣，可在轉注過程中設立過濾網過濾。保證均勻供流，盡可能避免供流過程中出現鋁液落差和沖擊，以防鋁液表面氧化膜被撕裂混入，不能過多地攪動鋁液。

（3）對工藝夾渣，可以適當提高澆鑄溫度，降低鑄造速度，因為鋁液溫度提高，其粘性則降低，更加有利于夾雜物的聚集與上浮，因而有利于減少鑄坯中的的夾渣物。

5 結束語

實施工藝處理措施前后的效果比較：（如表1）

由表1中可以看出：實施后，鋁導桿產品合格率達到了97.8%，產品質量全面提高，這為連鑄連軋機組轉入正常生產打下了良好的工藝基礎，為公司帶來了可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]連鑄連軋工藝學.機械工業出版社.

[2]陳存中，主編.有色金屬熔煉與鑄錠.冶金工業出版社.

收稿日期：2018-6-6

作者簡介：黃榮燕（1980-），女，壯族，廣西平果人，冶煉助理工程師，中專，主要從事鋁行業方面的工作。