曾奇才，邹万军

（清远市钛美铝业有限公司，广东清远，）

一、序言

当前、我国大部份电解铝厂把电解铝液经过精练，除渣除气，而后锻造成重熔铝锭销售；而铝型材厂购回上述铝锭，从新熔炼锻造，临盆挤压用铝合金圆锭。

倘使在高温电解铝液增加合金，直接熔炼锻造成铝合金圆锭，收缩了工艺过程，免却了铝锭重熔工序，裁减设立投资和人为待遇。操纵电解原铝液直接临盆圆锭，唯有工艺法子适宜，产品德量齐全吻合挤压临盆工艺的请求。熔炼锻造成本元/t-A，个中烧损0.8%左右、油耗4kg/t-A、电耗14kw/t-A、人为待遇24元/t-A等。

采纳短过程临盆工艺，充足操纵了电解铝液的高温热能，俭朴了贵重的动力，节减了烟气、粉尘对处境的玷污，节减了铝液的烧损1%左右，每吨产品也许俭朴油料60kg以上，节电30多度，每一吨产品最少发明经济效力-元。

但是，有些临盆单元应用设立过于粗陋，对电解铝液的特征不够相识，工艺法子失当，圆铸锭原料存在非金属同化多、气体含量高、晶体粗壮、裂纹等原料弊病。唯有采纳恰当的工艺手艺法子，增强治理，齐全也许临盆出优良圆锭，满意用户的须要。

二、电解原铝液的特征

1、电解原铝液温度高，气体含量高

了如指掌，电解铝临盆过程是在高温前提下的电化学过程。现今，隨着科学手艺的进展，电解槽容量越来越大，电流强度高达-KA，电流效率到达94-95%。电解槽以碳块为阳极，以半石墨化碳块做阴极，通常温度在-℃之间。电解质成分很繁杂，除主成分冰晶石除外，还加有Al2O3、CaF2、MgF2等，它们的含量离别为1.38-2.88%、4.88-5.88%和0.47-0.87%；含水率除AlF3≤7.5%外，其余均小于或即是1.0%。上述物估中的水分离别为附着水和结晶水，附着水在高温前提下，易于挥发去掉，而结晶水在电解槽中施行化学反响3H2O+2AL→Al2O3+6[H]，[H]消融于电解铝液中，铝液温度越高，原子氢的饱和浓度越大。

除了氢除外电解铝液还含有CO2、CO、CH4和N2。电解原铝液气体含量构成范畴也很宽，H2：53-96%；CO2：2.5-30%；CO：20%；CH4：2.5%；N2：2.5%。对气体含量高的电解原铝液，必要采纳行之灵验的除气法子，才华消除它们的妨害。

2、电解原铝液杂质含量多

液态原铝中的杂质重要为非金属杂质，也有少许金属杂质。非金属杂质含量至多为氧化铝，其次是氟化盐、碳化铝和氮化铝。电解过程中，列入电解槽中的氧化铝是砂状氧化铝。砂状氧化铝由α-Al2O3和γ-Al2O3，α-Al2O3≥25%；α-Al2O3呈球状、比强大、原料精致、表面积小，在电解质中，消融速率慢，来不及消融的α-Al2O3经常沉没于槽底，少许混入阴极铝液中。而γ-Al2O3活性大，消融速率快，通常不会在电解槽底堆积。通常来讲，电解槽24小时抽取铝液一次，混入铝液中的α-Al2O3隨同铝液一齐加入铝液抬包，倒进熔铸临盆系统的熔炼炉内。

电解原铝液中的金属杂质有硅、铁、锌、钛、钠等，但最重要的金属杂质照旧硅和铁。这些杂质的泉源重要有两个方面：一是来自材料及材料，比方采纳碱法临盆的氧化铝材料含有SiO2、F2O3、TiO2、ZnO、Na2O等杂质，经过电解，生成了Si、F、Ti、Zn、Na等金属。二是来自电解槽内衬、器材、设立、尘埃及其余。

乘隙说一下，在高温液态铝中，碳与钛反响生成TiC，TiC是液态铝合金在凝集过程中很好的非自愿晶核，TiC的成核影响优于TiB2粒子，有益于合金铝液结晶时细化其晶粒，惋惜含量过低。

我国事全天下原铝产量至多的国度，采纳短过程，操纵电解原铝液太阳能电池直接临盆铝加工所须要的扁锭和圆锭，这是铝产业进展的必由之路，也引发了关联部门的高度正视。有些大型电解铝企业，比方贵州铝厂、青海铝厂、包头铝厂、青铜峡铝厂等，近几年来，引进西欧国度的先进手艺和先进设立，接踵建成了主动化水平高手艺一流的熔铸临盆线，主体设立包含大型熔炼炉，大型液压倾动静置炉，大功率电磁搅拌器，在线氩气除气系统，液压锻造机及铸锭平均修饰备等。经过投料试车临盆，产品德量上佳，取患了很好的经济和处境效力。

也有一些企业，投资数百万元，建三台15吨熔炼炉、两台钢丝绳锻造机、一台单轨天车、一套偱环水系统，产能也也许到达70吨/年。不过设立过于粗陋，手艺装置差，又不尊崇学科，疏于治理，粗制滥造，产品德量差，题目成堆。关于这一类企业，怎么施行设立改变，增强手艺治理，改革工艺手艺法子，完竣工艺轨制，临盆及格产品。在这边，谈谈自身的主张，供同业参考。

三、用电解原铝液临盆园锭的工艺手艺法子

1、熔炼工艺手艺的改革

采纳电解原铝液临盆铝合金圆锭，常常铝合金占90%以上，间或也临盆一点3、、、5、之类的铝合金。这些铝合金临盆，固液相温度范畴小，冷热裂纹偏向小，手艺难度小。不像2XXX系列硬铝和7XXX系列超硬铝那样，合金成分元素多，范畴宽，由于结晶温度范畴宽，固液区塑性低，具备极大的造成热裂纹和松散的偏向性，同时还应试虑杂质元素Si、F的比例对合金本能带来的影响，斟酌采纳列入铜、锰、铬、来改观合金的耐蚀性，列入钛、锆改观铸锭和再结晶布局。

熔炼炉在倒铝水以前，先把不带水分的干枯头尾料加到熔炼炉炉底。铝电解槽液温度很高，平常环境下高达-℃，槽底铝液温度也不低于℃。铝液倒进熔炼炉以后，再有-℃。为了避免高温下铝液氧化，当即撒上一层笼罩剂笼罩熔体表面。由于笼罩剂的熔点比铝液温度低，密度比熔体小，还具备卓越的潮湿本能，在熔体表面造成一层持续的液体爱护膜，将炉内熔体与空气间隔。

通常环境下，氧气或水蒸汽不能或很少能透过此笼罩层与铝液施行反响，而消融在电解液中的氢原子由于其半径很小，则也许穿透笼罩层而逸出。

由于电解原铝液气体与杂质含量高，针对上述成分特征，必要增强熔体精练工序。精练常常采纳粉状精练剂、用氮气吹炼；首先必要保证精练剂和氮气原料。临盆铝合金铸锭，通常采纳1#精练剂；当前、国内市售精练剂品种稠密，而绝大大都企业均以守密为由，不向用户表明成分构成，加之供给商之间价值比赛强烈，个体不良精练剂临盆厂家便从化工材料采用，配方搭配及加工办法上偷工减料，精练剂必要要保证原料，用心采用。深圳派瑞科治金材料有限公司的精练剂原料较好，能够试用一下。氮气自身不能建造，采纳市售产业氮气，纯度为99%，那末氮气再有1%的氧气和水分，吹气时光越长，带到铝液中的水分及氧气越多。精练所用氮气必要保证氮气纯度≥99.%。建一条流量为20M3的制氮临盆线，设立投产不到20万元，至多一年收回设立投资。既保证了氮气纯度，又俭朴了临盆成本何乐而不为。

采纳优良精练剂和高纯氮气，在-℃温度前提下，施行两次精练。第一次精练精练剂用量2.5kg/t-A，精练时光25-30min；精练后扒渣、加镁、补火。第二次精练精练剂用量1.5kg/t，精练时光15-20min。第二次精练实现以后，扒渣、取样剖析、成分及格以后，再撒一层笼罩剂，炉内静置30min。

采纳熔剂吸附精练，精练的功效除了与精练剂的是曲氮气纯度的凹凸息息关联除外，并且与精练的操纵也亲近关联。由于吹气精练是创立在分压散布除气和浮选除渣原形上的。惟独与精练气体、粉剂造成密切来往的地区才有精练影响。操纵工人必要遵循操纵规程，让精练器顺着炉底，在熔炼炉四角，先后左右平均挪移，让一齐的铝液都与精练剂、氮气充足来往，不留死角。气体精练的功效更重要取决于气体散开度和善泡的巨细。气泡的尺寸愈小，除气功效愈好。由于气泡愈小，则由同体积气体造成的气泡数愈多，表面积愈大；并且上浮速率越慢；与熔体来往的时光越长。采纳常常丁字形精练器时，气泡的直径约为10mm，功效特别好；若采纳直径15mm钢管做精练器，气泡直径可达mm以上，应用更多的氮气，除气功效照样很差。

采纳熔剂吸附精剂，精练剂直接与铝融体相联触，经过吸附散布影响，进而到达除渣的卓越功效。同时，精练剂也再有除气影响。熔剂的除气影响重要展目前三个方面：一是随络合物γ-Al2O3。XH的撤退而撤退被氧化同化所汲取的部份络合氢。二是熔剂造成分解而与熔体彼此做历时造成气态产品，施行散布除氢。三是熔体表面氧化膜被熔剂中的冰晶石消融而使得融化于铝液中的原子氢向大气散布变得轻易。

静置的方针：一是便于精练油载体上游将铝液中的气体和藐小的非金属同化物带出液面，二是便于大块的非金属同化物下降至炉底。

2、锻造工艺手艺的改革

由于电解原铝液与铝锭重熔铝液配成铝合金精练以后，其性质照样有所差别，前者杂质含量稍高，粘度稍大，震动性稍差。固此，在锻造圆锭时，为了保证震动性，前者的锻造温度应比后者高10℃左右，关于铝合金来讲，应把锻造温度节制在-℃。持续锻造时，合金液的震动性愈好，则铸锭在凝集期间造成的缩孔更易患到补缩，铸锭在凝集末期压缩碰壁而造成的热裂纹也更易患到准时的焊合，铸锭表面造成冷隔的偏向性也更小，关于气体和杂质的上浮也有长处。因而，惟独稍微抬高电解原铝合金液的锻造温度，抬高其震动性，方能博得崇高的圆锭。

依据铝合金的结晶特征，晶核的造成不是泉源于铝合金熔液过冷而自产生核，试验上老是造成于铝合金熔液中的活性杂质。电解原铝液合金中杂质含量尽管高于铝铸重熔合金液中的杂质，但前者中的杂质万古间处于-℃的高温处境下，曾经流失了其活性变为了惰性杂质，不能成为结晶中央。因而用电解原铝液临盆铝合金圆锭，惟独倚赖外来晶核，增大Al-Ti-B丝的用量，才华博得晶粒藐小的等轴晶布局。经过临盆试验表明，Al-Ti-B丝用量应增大到3.5-4.0kg/t，比重熔铝锭合金液要增多50%，不然，圆铸中会造成粗壮的等轴晶或柱状晶布局。

铸锭的结晶速率是决计铸锭品德的要害要素，常常，结晶速率愈大，铸锭的结晶布局愈藐小，力学本能就愈好。低落偱环水温度，增大冷却水压力，也许低落铸锭表面温度，抬高铸锭凝壳内的温度梯度，增多导热强度，有益于抬高铸锭的结晶速率。在临盆试验中，保证铸锭不造成热裂纹的前提下，尽可能抬高锻造速率。

用电解原铝液临盆的铝合金圆锭，头尾料与重熔铝锭临盆的产品有很大的差异，头部经常造成粗晶布局，尾部夹气严峻。锻造最先时，蓄谋识在流槽中放一些Al-Ti-B丝，或增大喂丝机的速率，照旧难以消除粗晶布局，因而，锯切时，增多头部长度为铸锭直径的2倍，也许去掉粗晶布局。

铸锭尾端，晶粒布局照样是藐小等轴晶布局，重要展现为铸锭布局松散，氢气含量高。由于锻造过程行将结果，炉内金属液量少，温度低，震动性差。恰当低落锻造速率，合金液照旧难以齐全增多合金在液态和凝集态的体积压缩而造成的藐小而散开的孔洞，因而便致使了宏观和显微压缩松散的造成。尾部锯切长度节制在铸锭直径的1.5倍。惟独切足头尾废物，才华保证产品德量。

四、论断

1、电解原铝液具备温度高、气体含量高、杂质多、结晶形核活性质点少的特征。

2、在熔剂吹氮精练时，采用优良熔剂、高纯氮气，加大熔剂用量到4.0kg/t，精练时光伸长到40-50min，充足除渣排气，抬高铝合金液原料。

3、铝合金锻造温度为-℃，Al-Ti-B细化剂增加量为3.5-4.0kg/t，低落水温，增洪流压，抬高结晶速率，也许临盆出晶粒藐小的优良圆铸锭。

4、留足头、尾料，去除头尾段原料弊病，保证产品德量。

考参文件

[1]罗苏、吴锡坤等主编，铝型材加工有用手艺手册，第一版，长沙：中南大学出书社，

本文泉源：铝加工

本

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