周玉焕，刘辉丽，卢继延

(广东坚美铝型材厂(集团)有限公司，广东佛山528231)

透气砖在金属冶炼过程中，具有高效除气、减少炉底积渣等突出优点，在国内广泛应用于钢包底吹精炼上，至今已有近30年的历史，并形成YB/T 4118－2003《精炼钢包用透气砖和座砖》行业标准，精炼钢包用透气砖技术已十分成熟。但由于铝液的渗透性和透气砖的润湿角等参数与钢液有较大区别，导致钢包底吹透气砖精炼技术直接移植到铝合金精炼过程存在较大困难。近年，由于轨道交通、航天航空等高端大断面铝合金挤压材的需求不断上升，对铝棒含气量的控制，尤其是含氢量的控制越来越高，一般含氢量都需低于 0.25 Nml/100g Al，有些甚至要求低于0.15 Nml/100g Al，才能有效防止后续挤压过程中发生氢脆和因氢化而产生的应力腐蚀等问题。针对这些要求，适用于铝精炼的弥散透气砖技术逐渐开发出来，并应用于铝合金熔炼炉和保温炉中。本文就透气砖在铝合金精炼过程中的应用作一简要介绍。

1 透气砖精炼净化原理

在铝合金保温炉炉底安装一定数量的透气砖，把高纯氮气等惰性气体通过透气砖吹入铝液中，惰性气体上升过程吸附带出铝液中其它体积较小的气体和杂质，达到净化铝液的效果。

与传统的插入式精炼喷枪吹气精炼相比，使用透气砖净化无需打开炉门，可防止炉外空气及水汽混入炉内重新被铝液吸附，同时还达到节约能源、减少烧损的目的。

2 透气砖精炼净化试验

本次透气砖精炼净化试验过程中使用的铝液，在除渣阶段已经将大部分固体渣去除，再由熔炼炉转入保温炉中。精炼净化的主要目的是除气，附带进一步除渣。由于氢在铝液中的溶解度较其它气体大，除气前其溶解度可达0.40 Nml/100gAl以上，约占杂质气体体积分数的80%，其次是氧气、一氧化碳等气体，约占20%，而且氢气在铝棒铸造和挤压工序中的危害最大，极易发生氢脆、氢化等现象导致产品报废。所以本次透气砖的精炼净化效果我们用除氢的效果来体现。

2.1 试验方法

试验分别采用传统的插入式精炼喷枪吹气和透气砖底吹净化两种方式，对保温炉中铝液吹气净化前后含氢量进行测试，将测试数据结果进行对比分析。每种方式各做5炉次试验，熔炼的铝合金牌号均为6063合金。

2.2 主要试验设备

(1)铝合金保温炉。本试验使用的是25t倾动式矩形燃气保温炉，炉内分布10块透气砖，具体结构如图1所示;

(2)透气砖及座砖。本试验使用的透气砖(A)材料为弥散锥型刚玉氧化铝－铬耐火材料，外面使用不锈钢壳(C)紧密包裹在透气砖周围，钢壳从底部到侧部使用气密性焊接。座砖(B)为预制成型的浇注料保护层，主要用于保护透气砖。透气用的钢管(D)通过底板从底部通入气体到达透气砖芯。密封衬套(E)焊接在底部钢板，用于紧密送气管和炉壳之间的密封， 防止气体逸出。具体结构如图2所示;

(3)流量控制系统。试验采用的10块透气砖，线路均使用流量控制系统进行控制，自动控制系统专门按透气砖的流通特性设计，单独调节和稳定每个透气砖的流量，保证流量不随工作压力变化而波动。每块透气砖的流量范围可以设定从3Nl/min～60Nl/min。控制系统拥有单独的PLC和触摸屏，带有本身的运行程序。程序的流量和精炼/搅拌时间均纪录在PLC中，设定的时间到达设定状态后，将自动切换下一模式或停止。

2.3 试验条件及结果

试验采用Alscan测氢仪，把延伸臂从炉后测温孔插入铝液中，测量精炼净化前后的含氢量。前5炉次采用插入式喷枪吹气人工搅拌精炼方式，通入气体为99.99%高纯氮气，气压0.5MPa。后5炉次采用透气砖底吹精炼，通入气体为99.99%高纯氮气，每个透气砖的气体流量为25Nl/min。10炉次精炼时间均为25min。试验数据前后对比情况如表1所示。

表1 每100g铝液中氢含量精炼前后对比表Tab.1 Comparison of hydrogen content per 100g of molten aluminum before and after refining

2.4 结果分析

(1)由表1中1～5炉次测试数据可知，铝液精炼前氢含量均值为0.484Nml/100gAl，插入式喷枪吹气精炼后均值为 0.336Nml/100gAl，除氢效率约为30.6%;

(2)由表1中6～10炉次测试数据可知，铝液精炼前氢含量均值为0.482Nml/100gAl，透气砖底吹精炼后均值为0.222Nml/100gAl，除氢效率约为53.9%;

(3)试验中，使用透气砖精炼的除氢效率可达50%以上，比插入式喷枪精炼除氢效率高23.3%。主要是因为除气精炼过程中，插入式喷枪精炼整个过程须将炉门提升约20cm，炉外空气容易进入炉内，吸附在铝液表层氧化膜外侧，且人工搅拌会将该层氧化膜严重破坏并翻入铝液中，造成铝液二次污染。而使用透气砖吹气精炼技术，无需打开炉门，大大减少铝液氧化膜吸附空气的概率，同时，透气砖可以有规律更合理地安置在炉内，通入的氮气能与铝液更加充分的接触，使得除氢效率更高。

3 结论

(1)在铝合金精炼过程中，通过采用透气砖底吹精炼的方式，能大幅减少铝熔体中的氢含量，除氢效率比插入式喷枪精炼方式的除氢效率高20%以上，能较好地满足高质量铝棒含氢量低于0.25 Nml/100gAl的要求。这对防止在挤压高精铝合金型材时发生氢化、氢脆和铝合金型材因氢化而产生应力腐蚀等问题有极大帮助;

(2)对于一些特殊用途的工业铝材，要求含氢量在0.15 Nml/100gAl以下时，除炉内采用透气砖精炼的方式，将铸造铝液的含氢量降低到0.25 Nml/100gAl以下，还需安装在线除气装置，在铸造过程中经过在线精炼处理，才能达到铸造产品质量性能要求。

［1］王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册［M］.长沙:中南工业大学出版社，2005.

［2］肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册［M］.北京:冶金工业出版社，2005.

［3］吴旭龙，余广松.吹气精炼系统在铝保温炉的应用与改进［J］.有色金属加工，2006，35(3):60 －63.