刘民章， 祁海东， 李 贤

(青海桥头铝电股份有限公司 技术中心， 青海 西宁 810100)

一种新型铝合金熔体在线除气装置

刘民章， 祁海东， 李 贤

(青海桥头铝电股份有限公司 技术中心， 青海 西宁 810100)

介绍了铝合金熔体在线除气装置的作用，分析了现用在线除气装置的缺点，介绍了一种新型在线除气装置及其特点，测试了新型在线除气装置的除氢效果。

铝合金熔体； 在线出除气装置； 除氢效果

0 前言

在铝合金产品生产中，氢含量超标时很重要的两种质量缺陷。因此，无论是铝合金铸轧板或者是铝合金铸锭，对氢含量都有严格的要求。因为，如果合金铸锭或铸轧板中的氢含量过高，在凝固过程中会因为来不及逸出而以氢气泡的形式出现于铝合金产品中。当合金扁锭或铸轧卷轧制到一定厚度时，就会在氢气泡出现部位出现孔洞，造成轧制带材断裂，导致产品报废。因此，根据下游产品加工工艺和终端产品要求，通常，规定在0.10～0.14 mL/100 g-Al范围。为了将铝合金产品中的氢含量控制在要求范围内，除了在保温炉内对熔体进行精炼除气以外，在铸造过程中还要通过在线除气装置对熔体进行除气处理。目前，国内铝加工行业常用的在线除气装置是溜槽式多石墨转子除气装置。

1 现用铝合金熔体在线除气装置的基本构造、工作原理及其存在问题

现用溜槽式多转子在线除气装置主要由除气容器、上盖吊运系统、气路、石墨转子和电机驱动系统和人机界面组成。石墨转子安装在上盖吊运系统上。工作时，将上盖吊运至铝液溜槽上，安装于上盖上的石墨转子浸入高温铝液中。由石墨转子的空心轴将一定压力的惰性气体(氮气、氩气)通入，当石墨转子旋转时，在气体压力和转子旋转力的作用下，惰性气体通过转子喷头上的小孔以细小气泡的形式弥散分布与铝合金熔体中。根据气压差和表面吸附原理，气泡吸收熔体中的溶解氢并吸附氧化夹渣之后，上升到熔体的表面形成浮渣而除去。

虽然现用溜槽式多转子在线除气装置具有一定的除气和除渣效率，但是，这种在线出气装置有以下几个方面的缺点：

(1)上部吊盖与铝液溜槽密封不严：由于上部吊盖是放置在铝液溜槽上的，而吊盖是用约5 mm厚的碳素钢板焊接加工而成的。通常，铝液流经除气位置的温度高于700 ℃，吊盖系统长期工作于约700 ℃的温度下，产生壳体变形是必然的，这就导致吊盖壳体与溜槽的密封不严。而密封不严则会使除气箱内漏入环境空气，对除气箱内的惰性气体保护环境产生破坏，造成除气过程中部分氢被铝熔体溶解吸收，导致在线除气装置除气效率下降。

(2)石墨转子杆易产生高温氧化：石墨的成分主要是碳，石墨在超过600 ℃的空气条件下发生可见的氧化现象，碳氧化反应的产物是CO和CO2气体，对转子不能起保护作用，石墨转子的氧化不可避免。氧化的结果使转子轴的轴径逐步变小，直至断裂报废。

(3)石墨转子杆易受到铝液冲刷：石墨转子浸入除气箱内的铝液中，一般以200～400 r/min的速度旋转并强烈搅动铝液，铝液对转子会产生强烈的冲刷、摩擦。特别是在液面处，由于高温氧化作用使转子组织变得疏松，在铝液的冲刷作用下，转子会逐渐剥落，使用一段时间后转子与液面相接触部位逐渐变细，细到一定程度后会断裂报废。

上述缺点说明，现用铝液在线除气装置故障频率较高，维护检修成本高，铝熔体除气效率较低。

2 一种新型铝合金熔体在线除气装置

2.1 基本构造和工作原理

新型在线除氢装置是由海德鲁公司研制开发的，型号为Hycast I- 60 SIR。该装置由熔体精炼装置(包括反应器底盘及其上的气体柜/空气柜/电气柜，反应器带有流槽及档板、转子、转子、轴承、空气加热器、气喷口和集尘器)、操作台和可编程控制器/马达控制中心柜组成。其外形和主要部件如图1和图2所示。其结构及组成是基于以下主要原则：

该装置通过金属进口和金属出口与溜槽连接，使用前，将一个用耐火材料制作的挡板安装于铝液溜槽中，把金属进口和出口隔开。金属由进口进入装置并经处理后由出口返回铝液溜槽，在流经在线除渣装置。该装置的金属处理室被挡板隔成两部分(两室)，每一个金属处理室底部分别安装有一个石墨转子，在铝合金熔体处理过程，通过降低大气压力使反应器内的金属液位升高到约1米时进行处理。金属处理使用的工艺气体为氩气。工作前，使用该装置自配的加热装置对空气进行预热，然后再利用预热的空气加热处理室。因为在线装置的底部具有一定的倾斜度，使得液态金属很容易流入溜槽系统，因此，每个铸次完成后都能很容易地将残留金属排空。

图1 Hycast I- 60 SIR 装置外形图

图2 Hycast I- 60 SIR装置主要部件

2.2 新型在线除气装置的特点

新型在线除气装置具有以下几个特点：

(1)石墨转子安装在箱体底部，在转动的过程中不会产生旋涡，铝液中就不代入氧化渣；

(2)箱体密闭，使铝液不与大气接触，不产生氧化反应，减少氧化渣；

(3)铝液进入箱体时，气泡与铝液流动方向相同，而铝液出箱体时，气泡与铝液流动方向相反，逆向流动，另因铝液约有1000 mm的高度，这样气泡和铝液就有充分的时间进行反应，达到铝液净化的要求；

(4)铝液出口在箱体底部，除气后的氧化渣不会随铝熔体流出，保证了铸造铝液的洁净；

(5)由于渣量少清渣工作简单方便，没有存铝，不需要放铝；

(6)转子使用寿命长：连续铸造时间保证在200～400小时；

(7)除渣除气效果好：除渣：>40 μm，效率为98%；>20 μm，效率为50%；除气：>0.4 mL/100 g-Al效率为70%，保证值为0.11 mL/100 g-Al。

2.3 除氢效果

某公司在10.5万t铝合金扁锭生产线上安装了Hycast I- 60 SIR在线出气装置。在新型在线除气箱进出口对几种牌号铝合金熔体进行了氢含量测试，并进行了除氢效果的分析计算，现场测定的氢含量见表1。

表1 几种铝合金的除氢效果

由表1可以看出，对三种合金氢含量的测试表明，Hycast I- 60 SIR在线除气装置的除氢率均达到50%以上，除气箱出口铝合金熔体中的氢含量均达到0.12 mL/100 g-Al，除氢效果很理想。由于几种牌号铝合金熔体的初始氢含量均低于0.40 mL/100 g-Al，因此，没有达到70%的除气效率。

3 结语

铝合金在线除气装置的不仅具有除气功能，而且还具有除渣功能。因此，在线除气装置的应用对于确保铝合金产品的氢含量以及消除夹杂缺陷是十分重要的。广大从事铝合金加工的科技工作者应当重视铝合金熔体除气和除渣原理的研究探讨，密切结合生产实践，加大新技术、新工艺和新装备的引进与应用，并从中学习和借鉴先进的理念，设计和开发出具有国际领先水平的铝合金熔体在线处理系统，推动我国铝加工产品质量的进一步提升。

A New Type of On-line Degassing Device for Aluminium Alloy Melt

LIU Min-zhang， QI Hai-dong， LI Xian

(Technology Center, Qinghai Qiaotou Aluminium & Power Co., Ltd. Xining 810100, China)

The paper introduces the effect of on-line degassing device for aluminium alloy melt, analyses the disadvantages of existing on-line degassing device, introduces a new type of on-line degassing device and its features, and tests the dehydrogenation effect of aluminium alloy melt.

aluminium alloy melt；on-line degassing device；dehydrogenation effect

2014-08-16

刘民章(1961-)，男，大学本科，高级工程师，主要从事铝加工工艺技术研究工作，现为青海桥头铝电股份有限公司技术中心铝加工研发工程师。

祁海东(1981-)，男，大学本科，工程师，主要从事铝加工技术管理工作，现为青海桥头铝电股份有限公司电解铝分公司铸造车间技术员。

TF821

B

1003-8884(2014)05-0025-03

李 贤(1980-)，男，大学本科，工程师，主要从事铝电解生产工艺技术研究工作，现为青海桥头铝电股份有限公司技术中心电解铝研发工程师。