關于鋁熔鑄生產的新工藝及設備的分析

羅文臣

（中國鋁業股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

關于鋁熔鑄的生產工藝主要有兩種，即長流程工藝以及短流程工藝。其中長流程工藝屬于傳統工藝，在長期發展下，該項工藝的生產效能因為不滿足生產需求，所以幾乎被淘汰，而短流程工藝屬于現代工藝，其效能表現良好，因此備受青睞，但無論是哪一種工藝，在當前市場背景上，其都存在問題表現，所以需要改善，而這也是本文研究課題的意義所在。

1 鋁熔鑄工藝常見問題

1.1 長流程工藝問題

鋁熔鑄長流程工藝雖然在大部分時候，因為產能不足而不被使用，但在小部分時候該流程更為實用，例如技術條件簡陋、產能要求較低的條件下，所以具有分析意義。具體來說，鋁熔鑄長流程工藝應用中，首先要通過在線凈化處理方式，對電解車間中的電解鋁液進行處理，隨后通過熔鑄手段得到鋁錠，其次將鋁錠運至鋁加工廠生產處，進行鋁合金產品生產，生產過程當中，需要將鋁錠放入熔煉爐進行融化，結合模型形成制定形狀，同時在其中添加合金，隨后放入保溫爐當中，使鋁液在一定穩定下凝固，但不完全硬化，再次通過在線處理與過濾手段，對產品造型進行修整，最終通過鑄造、鑄軋等方式即可使鋁合金產品定型。該工藝存在以下問題。

（1）工作負擔大。綜上可見，長流程工藝基本上可以分為兩個部分，其中需要通過運輸來進行銜接，所以這一流程會變得十分緩慢，同時會給工作人員帶來較大的工作負擔，且這一表現也是導致該工藝產能不足的主要原因之一。

（2）產品質量問題。長流程工藝在表面上來看較為全面，各個步驟面面俱到，但結合現代鋁合金產品要求，長流程工藝生產出來的產品，在性能上總是存在瑕疵，針對這一點，說明該工藝的產品質量存在問題。究其原因，因為長流程工藝中沒有凈化雜質的步驟，所以導致茶農質量不佳。

1.2 短流程工藝問題

短流程工藝應用當中，首先直接將電解車間中的電解鋁液注入熔煉爐，并摻入相應的中間合金，同時此步驟中的返回料、添加劑會生成液態鋁合金原料，其次將這些原料放入保溫爐內進行在線精煉鑄造，由此形成鋁合金產品，相比這下，短流程工藝省去了長流程工藝中運輸及之前的步驟，所以在能耗上表現良好，也降低了工作的負擔，同時在在線處理以及過濾當中，可以對產品進行凈化，排除其中雜質，說明其應用價值較高。但結合現代研究確認，短流程工藝依舊存在部分問題，即氣體缺陷、夾雜缺陷、堿金屬缺陷、組織粗大，各類問題具體表現見下文。

（1）氣體缺陷。短流程工藝的溶液中存在氫氣，其溶解度會隨著溶液溫度會一同降低，在這種條件下，因為短流程工藝當中，其鑄造工藝屬于水冷工藝，該工藝條件下溶液凝固速度很快，所以氫氣來不及從溶液當中排除，由此在凝固過程當中，就會導致鋁合金出現疏松、氣孔等氣體缺陷，代表鋁合金產量的金屬連續性降低，如果情況嚴重很可能導致產品報廢。

（2）夾雜缺陷。短流程工藝在線處理中雖然可以對溶液雜質進行清理，但是結果并不如預期，且該工藝生產過程當中，會出現很多夾雜物，例如氧化夾渣、爐襯耐火材料、保溫材料、過濾器、熔鑄工具碎片、鋁液凈化時產生的氯化物等等，這些物質會給鋁合金產品帶來諸多負面影響，即力學性能、加工性能、疲勞抗力、抗蝕性等性能降低。

（3）堿金屬缺陷。短流程工藝所使用的原材料成分中包含了鈉、鈣等堿及堿土金屬，這些成分均屬于堿金屬、堿土金屬，兩者本身是一種對鋁材性能有一定危害的物質，所以受原材料影響，該工藝下的鋁合金產品，容易出現堿金屬缺陷。

舉例來說，如果鋁合金產品內，存在大量的鈉成分，則代表鋁鎂系合金內的含鎂量降低，使其流動性減弱，形成具有鈉脆性特點的鋁合金產品，其質量無法應用到實際工作中。

（4）組織粗大。因為短流程工藝的電解鋁液溫度較高，導致自身非自發形核少，所以一旦熔體處理不當，就可能使鋁合金產品內部出現晶粒組織，這些組織的粒徑普遍較大，屬于粗大組織，會導致鋁合金產品的力學性能降低。

2 新工藝及設備分析

2.1 新工藝方案

在新工藝當中為了提高凈化效果，需要突破熔鑄工藝局限性，在其他部分也需要進行凈化處理，所以本文認為可以在熔鑄生產車間內，設置獨立的電解鋁熔體凈化系統，在該系統運作下，整個工藝流程中就等于存在兩個凈化步驟，所有鋁液在進入熔鑄車間時，都會預先進行處理，并借助車間設備監測設備對清潔度進行觀察，如果不滿足工藝要求則返回再次清理先，完成后鋁液才會進入后續生產流程[2]。該方案具有如下優勢：①除堿效果穩定。前置的凈化步驟，可以直接對鋁液進行除堿、除渣處理，保障熔煉爐內的鋁液清潔度達標，該步驟因為具備自動化特征，所以不容易受人工因素影響，所以清潔、除堿效果穩定。②工藝消耗降低。因為熔煉爐內鋁液的清潔度得到提高，所以熔煉爐在運作過程當中，其鋁液攪拌次數、扒渣次數都會降低，代表工藝時間減短、能源消耗以及運作成本降低。③設備維護能效良好。以往短流程工藝當中，因為鋁液內的雜質較多，所以進入熔煉爐之后，會導致爐壁內存在大量結渣現象，運作過程中容易引起爐壁劃傷，需要人工頻繁進行維護。

2.2 應用流程與設備

本文設計的新工藝方案具有4個步驟，即準備工作、入料、精煉處理、放流，各步驟具體內容見下文。

①準備工作。打開入料口、排煙接口閥后，將底料放鋁口、扒渣口、放鋁口、激光液位控制器口全部關閉，隨后啟動油缸零位，同時對石墨轉子的位置進行檢查，確保其處于高位。②入料。將電解抬包運至電解鋁熔體凈化系統入口，隨后傾斜電解抬包即可將鋁液注入電解鋁熔體凈化系統內。③精煉處理。關閉入料口，控制石墨轉子下降，當其達到中位開啟氬氣系統、達到低位則控制石墨轉子轉動，帶動噴粉精煉運行5min～10min后即可關閉。④放流。先將激光液位控制器口打開，隨后打開放鋁口，將鋁液注入熔煉爐內，同時觀察激光對液面高度的測試結果，當達到設定值后，將放鋁口關閉，等到鋁液進入熔煉爐，直至熔煉爐充滿即可。

3 結語

本文主要對關于鋁熔鑄生產的新工藝及設備進行了分析，分析中先對鋁熔鑄長、短流程工藝進行了分析，結果顯示這兩種工藝均存在問題，需要進行改善，隨后設計了新工藝方案，并對該方案的設備以及應用流程進行了介紹。