電工圓鋁桿的鋁熔體爐內(nèi)精煉工藝現(xiàn)狀與展望

袁聲波，郝峰焱，周凡，王正興，金會心*，黃潤，顧煒

電工圓鋁桿的鋁熔體爐內(nèi)精煉工藝現(xiàn)狀與展望

袁聲波1，郝峰焱1，周凡1，王正興2，金會心2*，黃潤2，顧煒2

（1.中鋁貴州分公司合金化事業(yè)部，貴陽 551405；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴陽 550025）

近年來隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，普通圓鋁桿已經(jīng)無法滿足電力行業(yè)的實際需要，亟需生產(chǎn)具備高強度、高導(dǎo)電率等優(yōu)異性能的電工圓鋁桿，以助力電力行業(yè)的發(fā)展。鋁熔體的爐內(nèi)精煉是生產(chǎn)高品質(zhì)電工圓鋁桿的基礎(chǔ)及技術(shù)關(guān)鍵，但受限于熔體中夾雜的去除、雜質(zhì)元素（Fe、Si、Mn、Ti、V、Cr等）、除氣裝備、測夾雜和測氫能力等影響因素，無法很好地滿足生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品的需要。當(dāng)前，許多學(xué)者致力于研究高效環(huán)保的新型精煉劑和更為先進(jìn)的精煉裝備與技術(shù)，目的是改善傳統(tǒng)爐內(nèi)精煉技術(shù)存在的精煉效果不好、對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響、精煉自動化程度低等問題。而未來鋁熔體爐內(nèi)精煉技術(shù)的發(fā)展也應(yīng)該呈現(xiàn)為更加安全、環(huán)保、高效的趨勢。重點介紹了鋁熔體的爐內(nèi)熔劑和氣體精煉原理、爐內(nèi)精煉技術(shù)現(xiàn)狀、鋁熔體中夾雜和氫的檢測方法及其他雜質(zhì)元素的去除現(xiàn)狀，同時還對傳統(tǒng)爐內(nèi)精煉技術(shù)的不足及改進(jìn)方向提出建議和展望，旨在為爐內(nèi)鋁熔體的高品質(zhì)精煉和后續(xù)高質(zhì)量電工圓鋁桿的生產(chǎn)提供參考。

電工圓鋁桿；鋁熔體；爐內(nèi)精煉；夾雜物；氫

電工圓鋁桿是電力傳輸領(lǐng)域中用于制作電纜電線的原材料，近年來隨著電力行業(yè)的發(fā)展，對電力傳輸和電網(wǎng)建設(shè)提出了更高的要求。原有輸電電網(wǎng)面臨增容改造的問題，而普通鋁桿的抗拉強度和導(dǎo)電性一般，增加了電網(wǎng)建設(shè)成本，隨著國家特高壓、長距離輸電的大力建設(shè)，亟需高強度高導(dǎo)電率的電工圓鋁桿。

電阻率、延伸率和抗拉強度是電工圓鋁桿的主要性能指標(biāo)，影響電工圓鋁桿物理性能的因素主要有雜質(zhì)的影響、工藝條件的影響和自身缺陷的影響。在熔煉過程中，鋁液中的氫、夾雜物、堿金屬和其他雜質(zhì)對鋁合金的質(zhì)量影響尤為嚴(yán)重[1-6]。不過，適當(dāng)含量和比例的Si、Fe等元素會對圓鋁桿的物理性能提升有所幫助，通常以Fe含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）控制在0.16%～ 0.30%、（Si）控制在0.06%～0.16%[7]、（V+Ti+ Cr+Mn）≤0.0144%和（Al）≥99.70%為宜[8]。電工圓鋁桿的導(dǎo)電性主要取決于材料本身的成分組成，后序工藝（軋制和熱處理等）可以在一定范圍內(nèi)提升其抗拉強度。在一般情況下，電工圓鋁桿的導(dǎo)電性和抗拉強度是相互矛盾的，只有找到同時滿足2種性能要求的最佳平衡點才能更好地滿足產(chǎn)品應(yīng)用需要；有效控制鋁熔體的成分是達(dá)到生產(chǎn)要求的關(guān)鍵所在。鋁熔體的爐內(nèi)精煉工藝是控制鋁熔體成分的主要工藝，只有做好爐內(nèi)精煉工藝才能更好地配合后序相關(guān)工藝（扒渣、靜置、在線除氣和在線過濾等）綜合控制材料的成分組成。

1 鋁熔體爐內(nèi)精煉原理

鋁熔體的高效精煉是生產(chǎn)高質(zhì)量電工圓鋁桿的重要保證，在提高電工圓鋁桿綜合性能方面起著不可或缺的作用。如果鋁液沒得到精煉，鋁液中所含的可溶性氣體及非溶性夾雜物較多、加工過程中吸入氣體或引入其他雜質(zhì)，就可能會在電工圓鋁桿內(nèi)部產(chǎn)生夾雜和氣孔等缺陷，對產(chǎn)品的抗拉強度等性能有著巨大影響[9-16]。因此，鋁熔體的爐內(nèi)精煉對高品質(zhì)電工圓鋁桿的生產(chǎn)具有重要意義。

1.1 熔劑精煉原理

爐內(nèi)精煉早期主要采用混合氣體（氮氣-氯氣）精煉，雖然能得到較好的精煉效果，但是氯氣的使用可能會給環(huán)境和人體健康帶來危害。后來，國內(nèi)普遍采用氣體與粉狀精煉劑一同吹入的方法精煉鋁熔體。熔劑精煉的原理是夾雜物與熔劑間的潤濕性和夾雜物與鋁熔體間的潤濕性存在差異，夾雜物有自發(fā)由熔體遷入與之潤濕作用更強的熔劑中的趨勢，熔劑攜帶著夾雜上浮到熔體表面，從而達(dá)到去除夾雜效果[17]。Li等[18]認(rèn)為：熔劑與夾雜物潤濕分為2種不同的類型，其主要取決于熔融鹽的球冠半徑和夾雜物的尺寸的大小關(guān)系，如圖1[19]所示。當(dāng)2<時，表現(xiàn)為黏附潤濕；當(dāng)2>時，體現(xiàn)為浸入潤濕。熔融鹽液滴的體積、半徑與潤濕角之間的關(guān)系如下[19]：

式中：為熔融鹽液滴的體積；為球冠半徑；為熔劑與夾雜物之間的潤濕角。

圖1 熔融鹽與夾雜物的潤濕情況[19]

在使用熔劑精煉時，熔劑的除夾雜效果主要取決于熔劑與夾雜物之間的潤濕程度，兩者間的潤濕性越好，熔劑的除夾雜能力就越強，可以用熔劑在夾雜物上潤濕角的大小來判斷潤濕性能的好壞。此外，熔劑、夾雜物和鋁熔體之間的界面張力還滿足如下關(guān)系：

式中：M-I為夾雜與鋁熔體之間的界面張力；F-M為鋁熔體與熔劑之間的界面張力；F-I為夾雜與熔劑之間的界面張力。

由式（4）可知，M?I越大，F(xiàn)-M、F-I越小，熔劑對夾雜物的潤濕角越小，即熔劑的潤濕除渣性能越好[19]。

1.2 氣體精煉原理

氣體精煉的主要目的是脫除鋁熔體內(nèi)所含有的氫，其原理是氣泡浮游理論[20]。通常是向鋁熔體中吹入不與之反應(yīng)的氣體，這些氣體會在熔體內(nèi)形成大量氣泡，利用氫在鋁熔體中和氣泡中存在的分壓差，使鋁熔體中的氫進(jìn)入氣泡并隨氣泡上浮而逸出熔體[21-24]，氣體精煉基本過程如圖2所示。

2 鋁熔體爐內(nèi)精煉技術(shù)

爐內(nèi)精煉按精煉工藝可以分為氣體精煉、熔劑精煉以及將兩者結(jié)合精煉；由于精煉熔劑具有高溫下容易分解、吸附能力強等特殊優(yōu)勢，成為了目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種鋁液精煉手段。精煉熔劑通常由含堿金屬元素的氯化鹽、硝酸鹽等組成[26]。當(dāng)前，根據(jù)不同的精煉需要，發(fā)展出了更多種類的精煉熔劑[27]，但彼此間所呈現(xiàn)的精煉效果不一。

國內(nèi)外大都采用將精煉熔劑和惰性氣體噴入熔煉爐的方法進(jìn)行爐內(nèi)精煉操作，有的企業(yè)使用的混合惰性氣體中仍然包括有害氣體——氯氣。鑒于此方法對環(huán)境會產(chǎn)生不利影響、人工操作強度大和后續(xù)加工高端產(chǎn)品的需要等因素，爐內(nèi)精煉技術(shù)也逐步在向更具環(huán)保效益、精煉效果更好的方向發(fā)展。電工圓鋁桿對鋁液成分要求較為嚴(yán)苛，為了保證產(chǎn)品的性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)從精煉熔劑、精煉氣體等方面綜合選擇其生產(chǎn)工藝。

2.1 常規(guī)精煉劑噴粉精煉

精煉劑噴粉精煉是目前國內(nèi)大部分鋁企業(yè)在生產(chǎn)過程中采用的精煉技術(shù)，其具體操作是將粉狀精煉劑按照精煉前準(zhǔn)備好的用量裝入噴粉裝置，然后隨惰性氣體一起噴入鋁熔體內(nèi)。可以達(dá)到除氫和去除夾雜的精煉效果，為了保證鋁熔體得到充分的精煉，精煉時間一般為5～20 min[28]。不過，使用粉狀精煉劑來精煉鋁熔體時會帶來大量的粉塵，將加劇熔劑污染并增大產(chǎn)生危險的可能性。為了取代粉狀熔劑，世界各地相繼開始研究和生產(chǎn)顆粒狀熔劑[29]；不少學(xué)者也將關(guān)注點放在傳統(tǒng)精煉劑的不足之處，將研究方向轉(zhuǎn)為對精煉劑的改進(jìn)。陳家鑫等[30]研究對比了稀土精煉劑和普通精煉劑，發(fā)現(xiàn)使用稀土精煉劑生產(chǎn)的鑄錠具有更優(yōu)秀的熱塑性和熱擠壓加工性能。陳聞天等[31]研發(fā)了新型環(huán)保GFLUX—J100顆粒狀熔合精煉劑，可以有效降低熔煉過程中鋁的燒損，在去除Na、Li等堿金屬時表現(xiàn)優(yōu)異。

2.2 旋轉(zhuǎn)噴吹精煉

旋轉(zhuǎn)噴吹精煉系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)噴嘴機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)等組成，可以靈活選擇吹入的精煉介質(zhì)（氣體、氣體+精煉劑）。其工作流程主要為：將預(yù)熱過后的轉(zhuǎn)子經(jīng)過預(yù)留的小門伸入爐內(nèi)進(jìn)行噴吹精煉，精煉完畢后清理轉(zhuǎn)子，隨后收回轉(zhuǎn)子，最后關(guān)閉小門[32]。

旋轉(zhuǎn)噴吹精煉的優(yōu)勢在于精煉介質(zhì)在經(jīng)過快速旋轉(zhuǎn)的噴嘴后，可以更加均勻地分散在熔池中。由于旋轉(zhuǎn)裝置的特殊設(shè)計，當(dāng)精煉介質(zhì)選擇氣體時，氣體在進(jìn)入熔體后會被快速剪切為大量小尺寸氣泡，這使得氣泡與熔體接觸面積更大、接觸時間更長，從而提高了精煉效果。此外，旋轉(zhuǎn)裝置還能對熔體起到一定的攪拌作用。因為通常不用打開大爐門，實現(xiàn)了更全面的惰性氣體覆蓋，也減弱了爐內(nèi)熔體的溫度波動。由于該系統(tǒng)自動化程度較高，使精煉效果更為穩(wěn)定可控。但旋轉(zhuǎn)噴吹精煉的缺點是：相較于傳統(tǒng)精煉技術(shù)，其所使用的精煉裝備價格更為昂貴。

2.3 透氣磚精煉

透氣磚精煉是目前國內(nèi)外爐內(nèi)精煉的相關(guān)研究熱點之一，其精煉過程通常是在爐底鋪設(shè)具有良好熱穩(wěn)定性的透氣磚，再配置相應(yīng)的通氣管路和自動控制系統(tǒng)，用于控制向爐內(nèi)通入惰性氣體，然后進(jìn)行精煉。透氣磚精煉除氫效果好，可以減少熔煉過程中產(chǎn)生的渣量，還能在一定程度上降低鋁液中的溫度差。但透氣磚精煉也存在一些弊端，市面上透氣磚的價格普遍昂貴，會增加生產(chǎn)成本；透氣磚精煉存在滲鋁的現(xiàn)象，有時還會發(fā)生堵塞，嚴(yán)重影響到生產(chǎn)的連續(xù)性。

對整個鋁熔體爐內(nèi)精煉來說，透氣磚精煉沒有實現(xiàn)完全的無熔劑精煉。國內(nèi)某公司針對此問題，在透氣磚精煉的基礎(chǔ)上開發(fā)了爐底氣泡床精煉技術(shù)。該技術(shù)通過精準(zhǔn)的氣泡控制系統(tǒng)和爐底布置的透氣塞，在爐內(nèi)形成動態(tài)平衡的氣泡床，氣泡床由大量微小的氣泡組成，且氣泡在運動的過程中會捕獲熔體中的氫，將之帶出鋁液，同時還通過吸附作用對夾雜進(jìn)行去除，去除效果可觀[29]。氣泡床精煉技術(shù)不僅可以達(dá)到良好的除氫效果，還特別適合用于去除大量鋁液中的少量夾雜。

2.4 鋁熔體爐內(nèi)精煉改進(jìn)建議

電工圓鋁桿需要具備良好的導(dǎo)電性能和抗拉強度，為此生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該不斷改進(jìn)其生產(chǎn)工藝以提高電工圓鋁桿的物理性能。傳統(tǒng)的爐內(nèi)精煉手段存在精煉效果不顯著、對周邊環(huán)境不友好、生產(chǎn)安全系數(shù)不夠高等缺陷，針對電工圓鋁桿的鋁熔體爐內(nèi)精煉，在此提出一些相關(guān)建議：

1）在精煉劑的選擇方面，應(yīng)采用顆粒狀精煉劑以解決粉狀精煉劑所帶來的污染等問題，以改善生產(chǎn)環(huán)境；選擇精煉效果優(yōu)良的精煉劑，在一定程度上可以減少精煉劑的使用量，從而方便了生產(chǎn)，同時還需注意精煉劑的環(huán)保性能。

2）在精煉技術(shù)的改進(jìn)方面，在控制生產(chǎn)成本的同時，不但要關(guān)注良好的除氣效果，除夾雜效果也同等重要，從而確保生產(chǎn)的連續(xù)性以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，多種精煉技術(shù)相互結(jié)合、相互協(xié)同也可以帶來更好的精煉效果。

3）高效率、低成本、自動化、智能化精煉應(yīng)當(dāng)成為爐內(nèi)精煉的主要趨勢，可以在很大程度上減少人工精煉操作帶來的不穩(wěn)定因素，更加精準(zhǔn)地控制影響精煉結(jié)果的各種因素，穩(wěn)定達(dá)到精煉標(biāo)準(zhǔn)。

3 鋁熔體中夾雜和氫的檢測及去除

長期以來，隨著世界各國對環(huán)保的愈加重視以及對安全高效的生產(chǎn)需要，鋁加工企業(yè)不斷改進(jìn)更新其鋁熔體爐內(nèi)精煉技術(shù)和工藝裝備，這使得鋁熔體中的夾雜和氣體含量持續(xù)降低；與此同時，鋁熔體中雜質(zhì)的檢測手段也在一次次生產(chǎn)實踐中得到相應(yīng)的提高。在通常情況下，當(dāng)圓鋁桿本身存在氣孔、夾渣的現(xiàn)象，那么其抗拉強度和延伸率必然很低，電阻率則相對較高，從而影響其物理性能。因此，鋁熔體中夾雜和氫的定性檢測對電工圓鋁桿的鋁熔體精煉起著重要的指導(dǎo)作用。

3.1 鋁熔體中夾雜的檢測方法

由于夾雜物在鋁熔體中會存在局部偏析等情況，對夾雜物的檢測結(jié)果很難評價整個熔體中夾雜物的狀況，通常只對其作相對定性的分析[33]。傳統(tǒng)上大都采用溴-甲醇法定量檢測金屬鋁中氧化鋁的含量，其原理是在一定的溫度條件下，將金屬鋁樣溶解于溴-甲醇溶液中，樣品中的鋁及其部分合金元素與溶液反應(yīng)生成溴化物進(jìn)而溶于甲醇中，而氧化鋁不溶于甲醇，可以將其過濾后分離。但受限于此方法的局限性，并不能測定金屬鋁及其合金中總的非金屬夾雜的含量。周月雯等[34]針對傳統(tǒng)溴-甲醇法的洗滌、灼燒等過程，改用不同的洗滌劑進(jìn)行對照洗滌；用無吸附性的過濾坩堝替代濾紙過濾；換用精度更高的十萬分之一分析天平保證更高的分析精度，以此對傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)后，成功測出了鋁合金中總的夾雜含量。

采用傳統(tǒng)金相法可以觀察金相樣品中夾雜物的物理形態(tài)和化學(xué)狀態(tài)，但檢測準(zhǔn)確性無法達(dá)到較高水平，所以通常會引入計算機(jī)技術(shù)以提高其檢測速度。結(jié)合掃描電鏡便可以較為準(zhǔn)確地檢測出夾雜物的形貌和成分[35-43]。雖然金相檢驗的試樣制備會花費較長時間，但可以得到較為直觀的定量分析結(jié)果[44]。

采用過濾的方法可以較為直接地分離鋁熔體中的夾雜，然后再對夾雜進(jìn)行檢測分析。其基本原理是：通過施加外力或依靠鋁熔體自身的質(zhì)量使之流過特制的過濾裝置，過濾裝置通常由耐高溫、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性強的多孔泡沫陶瓷制備而成，熔體中的夾雜物在經(jīng)過三維立體的過濾裝置時被阻擋捕獲[45-54]。基于此原理衍生了多種鋁熔體中夾雜的檢測方法。比如，Prefil-Footprinter法是通過自動化系統(tǒng)監(jiān)控熔融金屬流過納米級過濾片，同時自動記錄過濾量與時間的曲線圖，再分析過濾曲線就可以得知當(dāng)前鋁液含渣量的水平[55]。此方法可以在較短時間內(nèi)，對熔體中夾雜物進(jìn)行定性定量分析，因而可以應(yīng)用在熔體品質(zhì)實時監(jiān)控與檢測方面。

3.2 鋁熔體中氫含量的檢測方法

鋁熔體由于通常難以避免與空氣中的水蒸氣接觸，以及某些熔煉原材料本身含有水分，它們在高溫下與鋁液反應(yīng)最終轉(zhuǎn)變?yōu)樵討B(tài)的氫。而氫對鋁熔體及其后續(xù)加工危害極大，對于氫的在線檢測技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，使用較為廣泛的方法有減壓凝固法、惰性氣體循環(huán)法、氫濃差電池法等[56]。這些方法可以起到定量或定性測氫的作用。

減壓凝固法是利用氫會在真空條件下從逐漸凝固的鋁樣中析出，再通過檢測分析的方式，以此達(dá)到測氫的目的。因其工藝設(shè)備簡單、操作方便、檢測成本低等優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中有著舉足輕重的地位，如今在一些熔煉現(xiàn)場仍在大范圍使用。其不足之處在于，當(dāng)鋁液中氫的含量處于較低水平時，此方法的測氫靈敏度也相對較低。

惰性氣體循環(huán)法是通過探頭向鋁熔體中輸送不與之反應(yīng)的惰性氣體，然后將熔體中的氫攜帶出來，循環(huán)氣體通常選擇氮氣或氬氣，該方法不需要對鋁液進(jìn)行取樣檢測，可以直接測量鋁液中的氫。不過，當(dāng)鋁熔體中氫含量較低時，因為鋁液中的氫需要更長的時間擴(kuò)散，測氫時間也會相應(yīng)延長。此外，鋁液容易對探頭造成堵塞進(jìn)而會增大生產(chǎn)壓力。

近年發(fā)展起來的氫濃差電池法可以說是新型鋁液氫含量檢測方法的代表，該方法在國外率先得到發(fā)展，利用高溫質(zhì)子導(dǎo)體陶瓷材料的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，根據(jù)電動勢、溫度與氫分壓之間的Nernstian定律實現(xiàn)氫分壓的測試[57]，測量結(jié)果可靠。此方法不僅可以實現(xiàn)鋁液中氫的連續(xù)檢測，相對于傳統(tǒng)測氫技術(shù)在檢測速度方面也有一定的提升。

3.3 鋁熔體中夾雜、氫和其他雜質(zhì)元素的去除現(xiàn)狀

鋁液中的夾雜物主要包括氧化物、氯化物、氮化物和硅酸鹽[58]等。夾雜物的存在會嚴(yán)重影響后續(xù)加工過程。氫含量也是鋁熔體爐內(nèi)精煉需要控制的重要指標(biāo)，當(dāng)鋁液中的氫含量達(dá)到0.15 mL/100 g（Al）以上時，會導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)械性能特別是抗拉強度和延伸率明顯降低，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，鋁合金制品氫含量一般應(yīng)小于0.15 mL/100 g（Al），在航空航天方面，鋁合金氫含量一般不能超過0.10 mL/100 g（Al），在高質(zhì)量電子工業(yè)方面，鋁材氫含量需低于0.06 mL/100 g（Al）[59]。

秦頤鳴等[60]研究對比了氮氣精煉和氮氣-氯氣混合氣體精煉2種精煉方法，原因是這2種氣體都具有良好的精煉效果，且能分解部分氧化鋁。對比發(fā)現(xiàn)，采用氮氣-氯氣混合氣體精煉后，鋁中氫含量由0.24 mL/100 g（Al）降至0.11 mL/100 g（Al），降低了54.2%，夾雜含量由0.27 mm2/kg降至0.18 mm2/kg，降低了33.3%，證明了相對于氮氣精煉，混合氣體精煉效果更為顯著。李斌亮等[61]研究了某精煉劑在現(xiàn)行精煉工藝下對鋁熔體中非金屬夾雜的去除效果，發(fā)現(xiàn)該精煉劑對夾雜的總?cè)コ誓苓_(dá)到87.95%，完成爐內(nèi)精煉操作后，殘留在熔體中夾雜的尺寸大部分都小于5 μm。葛素靜等[62]分別采用普通精煉劑和K3AlF6含量較高的自制精煉劑對鋁合金進(jìn)行精煉，再結(jié)合吹入惰性氣體除氣，發(fā)現(xiàn)使用普通精煉劑可將氣渣體積分?jǐn)?shù)降至1.35%，而使用K3AlF6含量較高的精煉劑則可以將氣渣體積分?jǐn)?shù)進(jìn)一步降至1.21%。

鋁熔體中的微量雜質(zhì)元素Fe、Si、Mn、Ti、V、Cr等對電工圓鋁桿的性能影響較大，控制鋁熔體中雜質(zhì)元素含量是爐內(nèi)精煉的重點和技術(shù)難點。目前，電工圓鋁桿大都直接采用電解原鋁液經(jīng)爐內(nèi)精煉后連鑄連軋生產(chǎn)，所以鋁熔體中雜質(zhì)元素受電解鋁液波動影響較大，通過爐內(nèi)精煉技術(shù)控制雜質(zhì)元素含量是生產(chǎn)滿足高強度、高導(dǎo)電性電工圓鋁桿的關(guān)鍵。

目前，通過添加硼元素可以有效處理這些微量元素，研究表明，硼元素的加入會與Ti等元素生成沉淀相，對Mn、Ti、V等元素的去除率可達(dá)60%～70%[63]。此外，Cui等[64]研究對比了Al-6B中間合金的不同加入量對工業(yè)純鋁導(dǎo)電性的影響，發(fā)現(xiàn)中間合金添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為1.0%時，提高了工業(yè)純鋁3.2%的導(dǎo)電率，效果最為明顯。此外，Li等[65]選擇Ce作為添加劑用來熔煉工業(yè)純鋁，發(fā)現(xiàn)加入Ce后，鋁基體中Si的含量明顯降低，純鋁的導(dǎo)電率也有所提高，其原因是Ce與Si反應(yīng)生成了金屬間化合物。電工圓鋁桿的鋁熔體爐內(nèi)精煉在雜質(zhì)的去除方面，往往更加關(guān)注提高其導(dǎo)電性能和強度，因此，鋁熔體中夾雜、氫和其他雜質(zhì)元素的去除也該朝這個方向發(fā)展。

4 結(jié)論

隨著國家電力行業(yè)的增容改造，迫切需要高強度、高導(dǎo)電率的電工圓鋁桿來助推電力行業(yè)的發(fā)展，在帶來機(jī)遇的同時，電工圓鋁桿的生產(chǎn)企業(yè)也面臨新的挑戰(zhàn)。而鋁熔體的爐內(nèi)精煉則是生產(chǎn)高品質(zhì)電工圓鋁桿的重要一環(huán)，以下是對當(dāng)前鋁熔體爐內(nèi)精煉技術(shù)的相關(guān)總結(jié)：

1）熔劑精煉是依靠夾雜與熔劑間的潤濕性優(yōu)于夾雜與鋁熔體間的潤濕性來達(dá)到精煉的目的，而氣體精煉則主要依靠的是氣泡浮游理論。就熔劑的除渣性能來說，熔劑與夾雜物的潤濕角越小，越能達(dá)到更高的潤濕除渣性能。

2）傳統(tǒng)精煉劑存在產(chǎn)生污染、精煉效果上限低等弊端，從而凸顯了新型精煉劑研究和開發(fā)的必要性。新型精煉劑應(yīng)該兼具環(huán)保、高效、功能多樣化等性能。先進(jìn)的精煉技術(shù)往往能更好地服務(wù)于人、服務(wù)于生產(chǎn)，改進(jìn)精煉工藝有助于提高電工圓鋁桿的物理性能；綠色可持續(xù)發(fā)展是時代的主旋律，爐內(nèi)精煉技術(shù)的創(chuàng)新除了要滿足生產(chǎn)的安全、成本、效率等要求外，也應(yīng)該符合這一主旋律。

3）對于鋁熔體的爐內(nèi)精煉，尤其是后續(xù)還需進(jìn)一步加工成高品質(zhì)的電工圓鋁桿時，監(jiān)控并檢測鋁熔體中的夾雜和氫含量是非常重要的，檢測手段的跟進(jìn)也有助于縮小企業(yè)間產(chǎn)品的差距。而在實際精煉過程中，檢測設(shè)備應(yīng)該向檢測靈敏度更高、檢測時間更短、檢測連續(xù)性更好的方向發(fā)展，以滿足實際生產(chǎn)的需要。

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Current Status and Prospects of Aluminum Melt Furnace Refining Process for Electrical Round Aluminum Rod

YUAN Shengbo1, HAO Fengyan1, ZHOU Fan1, WANG Zhengxing2, JIN Huixin2*, HUANG Run2, GU Wei2

(1. Alloy Business Department of China Aluminum Guizhou Branch, Guiyang 551405, China; 2. School of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

In recent years, with the rapid development of the power industry, ordinary round aluminum rods have been unable to meet the actual needs of the power industry. There is an urgent need to produce electrical round aluminum rods with excellent properties such as high strength and high conductivity to help the development of the power industry. The furnace refining of aluminum melt is the foundation and technical key for producing high-quality electrical round aluminum rods, but there are still many shortcomings due to limitations in the removal of inclusions and impurity elements (Fe, Si, Mn, Ti, V, Cr, etc.), degassing equipment, and the ability to measure inclusions and hydrogen. Currently, many scholars are committed to studying efficient and environmentally friendly new refining agents and more advanced refining equipment and technologies, with the aim of improving the problems of traditional furnace refining technology, such as insufficient refining efficiency, environmental pollution, and low level of refining automation. The development of furnace refining technology for aluminum melt in the future should also present a trend of being safer, more environmentally friendly, and more efficient. The work aims to summarize the principles of furnace flux and gas refining, the current status of furnace refining technology in China and abroad, the detection methods for inclusions and hydrogen in aluminum melt, and the removal status of other impurity elements. At the same time, suggestions and prospects for the shortcomings and improvement directions of traditional furnace refining technology are also proposed, aiming to provide reference for the high-quality refining of furnace aluminum melt and the subsequent production of high-quality electrical round aluminum rods.

electrical round aluminum rod; aluminum melt; furnace refining; inclusions; hydrogen

10.3969/j.issn.1674-6457.2024.02.009

TG292

A

1674-6457(2024)02-0071-08

2023-11-28

2023-11-28

國家自然科學(xué)基金（52164036）；國家自然科學(xué)基金（U1960201）

National Natural Science Foundation of China (52164036); National Natural Science Foundation of China (U1960201)

袁聲波, 郝峰焱, 周凡, 等. 電工圓鋁桿的鋁熔體爐內(nèi)精煉工藝現(xiàn)狀與展望[J]. 精密成形工程, 2024, 16(2): 71-78.

YUAN Shengbo, HAO Fengyan, ZHOU Fan, et al. Current Status and Prospects of Aluminum Melt Furnace Refining Process for Electrical Round Aluminum Rod[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(2): 71-78.

（Corresponding author）