電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝技術(shù)研究

裴生武，張曉洲

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

直接用電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠，省去了扁錠的鑄造和重熔工序，降低了重熔和鑄造的能耗，減少了重熔的二次燒損，提高了成品率，降低了生產(chǎn)成本，因此被鋁冶煉企業(yè)以及加工企業(yè)廣泛采用。但是，由于電解鋁液的自身特點[1]，現(xiàn)有的電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝有所缺陷，氣體等雜質(zhì)含量高，以致鋁合金扁錠不耐磨損。加上對鋁合金扁錠質(zhì)量要求的嚴(yán)格，其軋制用坯料方鑄錠的生產(chǎn)增加了一定難度，因此，設(shè)計一種電解鋁液生產(chǎn)路合金扁錠的工藝技術(shù)，提高鋁合金扁錠的硬度。

1 電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝技術(shù)

電解鋁液在熔化狀態(tài)時的溫度高，單位時間內(nèi)、單位體積中形成新相的晶核數(shù)低。電解鋁液的溫度能夠達(dá)到930℃以上。其成分也很復(fù)雜，含有Fe、Si、Cu、Mg等多種金屬雜質(zhì)，而且含有氟化鹽、碳渣等非金屬雜質(zhì)，以及氣體雜質(zhì)主要以氫氣為主[2]。但是電解鋁液的所具有的這些特點，在生產(chǎn)鋁合金扁錠的過程中不能滿足要求。為解決這一問題，鑄造前需要對電解鋁液進(jìn)行前處理，具體生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)流程

1.1 規(guī)范配料以及熔煉

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的要求，規(guī)定原料的固液比，采用40%的固體料和60%的電解鋁液進(jìn)行配料。當(dāng)鑄造爐內(nèi)溫達(dá)800℃以上時，將熔料按照先加固體料，再加電解鋁液的順序倒入鑄造爐內(nèi)。這樣加料的好處是：能夠利用高溫的電解鋁液其中的熱量，將加入的固體料熔化，降低鋁液溫度，節(jié)省能源，將電解鋁液中的氣體初步除去；另一方面，為扁錠鑄造提供晶核，增加單位體積中形成新相的晶核數(shù)，提高晶粒度[3]。加完電解鋁液后，啟動電磁攪拌器攪拌20min，確保爐內(nèi)原料溫度的均勻性。當(dāng)電解鋁液的溫度達(dá)到730℃時，對其進(jìn)行人工攪拌。人工攪拌15min～20min后，扒去浮渣，取樣分析，分析結(jié)果合格后，待熔體溫度達(dá)到950℃～960℃，方可轉(zhuǎn)爐。

1.2 優(yōu)化爐內(nèi)精煉

爐內(nèi)精煉指的是在靜置爐內(nèi)，利用氣體進(jìn)行噴粉的法進(jìn)行煉制。將其主要成分為CCl4、C2Cl6的精煉劑按照1.0kg/t的用量裝入氣體噴粉罐，當(dāng)精煉劑變成氣泡之后，就能夠進(jìn)入電解鋁液。其詳細(xì)過程為：精煉劑預(yù)熱后的狀態(tài)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，以液體熔劑膜的形式包圍在氣體噴粉罐噴出的氣泡表面。將熔煉爐和噴粉罐之間牢固連接，然后將噴粉罐的噴嘴插入電解鋁液中，并同時打開噴粉罐的閥們，并控制好壓力和流量，操作噴粉罐在爐內(nèi)來回移動，以求進(jìn)行均勻的噴粉精煉。精煉時間一般控制在30min～40min，精煉溫度控制在730℃～750℃之間。這樣加快了電解鋁液中經(jīng)熔劑膜包裹的氣泡速度，同時也防止了電解鋁液直接接觸外界水分的情況的發(fā)生。熔劑膜的另一個作用就是能夠提高氣泡的表面活性，從而增強(qiáng)了吸附除渣的效果[4]。

1.3 在線除雜

在線除雜主要包括兩部分：

（1）在線Alpur法除氫：采用在線Alpur法除氫時，使用前對在線除氣箱用天然氣進(jìn)行烘烤，使內(nèi)襯溫度不低于700℃。傳統(tǒng)方法使用的是高純度氮氣，但是由于鋁合金中含有一定量的Mg，在熔體處理的過程中，鋁合金中的Mg與氮受到高溫，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮化鎂，產(chǎn)生雜質(zhì)影響成品質(zhì)量[5]。因此，利用在線Alpur法除氫，使用稀有氣體氬氣來取代氮氣。在這個過程中，要求氬氣的壓力在550kPa～760kPa，純度需要達(dá)到99.99%以上。由于旋轉(zhuǎn)噴頭強(qiáng)烈攪拌作用，有效的增大了氬氣和電解鋁液的接觸面積，浮游法凈化熔體的動力學(xué)條件有所改善。與此同時，由于細(xì)小氣泡在電解鋁液的熔體中上升速度慢，經(jīng)過離心力和浮力的綜合受力，熔池中的氣泡螺旋上升，延長了氣液接觸時間，達(dá)到除去熔體中的氫的目的。

圖2 磨損程度對比曲線圖

（2）在線陶瓷過濾：傳統(tǒng)工藝采用的30ppi的泡沫陶瓷過濾板進(jìn)行過濾，直徑大于20μm的夾雜只能除去約60%，直徑大于40μm的夾雜能夠除去約90%。設(shè)計的電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝技術(shù)選用40ppi～60ppi的泡沫陶瓷過濾板，使用前需要用天然氣進(jìn)行烘烤，泡沫陶瓷過濾板耐火材料內(nèi)襯溫度不低于700℃，烘烤時間不得少于2h。選用40ppi～60ppi的泡沫陶瓷過濾板能夠?qū)⒅睆酱笥?0μm的夾雜除去約85%以上，直徑大于40μm的夾雜幾乎能夠除盡。根據(jù)渣氣伴生的原理，在除去雜物的同時，熔體中的氫也會進(jìn)一步下降。

2 實驗

為了測試本文設(shè)計的電解鋁生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝技術(shù)的有效性，分別用傳統(tǒng)工藝和本文設(shè)計的工藝進(jìn)行成品耐磨損測試，結(jié)果如圖2。由上圖可以看出，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的扁錠在經(jīng)過多次磨損測試后，磨損程度在35%～45%；利用本文工藝生產(chǎn)的鋁合金扁錠在經(jīng)過耐磨損測試后，磨損程度在15%左右，質(zhì)量穩(wěn)定且耐磨損性增強(qiáng)。

3 結(jié)語

隨著電解鋁液技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁合金扁錠的質(zhì)量也在不斷提高。通過規(guī)范配料以及熔煉、優(yōu)化爐內(nèi)精煉以及在線除雜幾個主要工藝，生產(chǎn)的鋁合金扁錠耐磨損度增強(qiáng)，節(jié)約成本，完成了電解鋁液生產(chǎn)鋁合金扁錠的工藝技術(shù)的研究。