电解铝液生产铝合金扁锭的工艺技术研究

2019-09-12裴生武张晓洲

中国金属通报 2019年8期

裴生武，张晓洲

（中国铝业青海分公司，青海西宁 810108）

直接用电解铝液生产铝合金扁锭，省去了扁锭的铸造和重熔工序，降低了重熔和铸造的能耗，减少了重熔的二次烧损，提高了成品率，降低了生产成本，因此被铝冶炼企业以及加工企业广泛采用。但是，由于电解铝液的自身特点[1]，现有的电解铝液生产铝合金扁锭的工艺有所缺陷，气体等杂质含量高，以致铝合金扁锭不耐磨损。加上对铝合金扁锭质量要求的严格，其轧制用坯料方铸锭的生产增加了一定难度，因此，设计一种电解铝液生产路合金扁锭的工艺技术，提高铝合金扁锭的硬度。

1 电解铝液生产铝合金扁锭的工艺技术

电解铝液在熔化状态时的温度高，单位时间内、单位体积中形成新相的晶核数低。电解铝液的温度能够达到930℃以上。其成分也很复杂，含有Fe、Si、Cu、Mg等多种金属杂质，而且含有氟化盐、碳渣等非金属杂质，以及气体杂质主要以氢气为主[2]。但是电解铝液的所具有的这些特点，在生产铝合金扁锭的过程中不能满足要求。为解决这一问题，铸造前需要对电解铝液进行前处理，具体生产流程如图1所示。

图1 生产流程

1.1 规范配料以及熔炼

根据产品规格的要求，规定原料的固液比，采用40%的固体料和60%的电解铝液进行配料。当铸造炉内温达800℃以上时，将熔料按照先加固体料，再加电解铝液的顺序倒入铸造炉内。这样加料的好处是：能够利用高温的电解铝液其中的热量，将加入的固体料熔化，降低铝液温度，节省能源，将电解铝液中的气体初步除去；另一方面，为扁锭铸造提供晶核，增加单位体积中形成新相的晶核数，提高晶粒度[3]。加完电解铝液后，启动电磁搅拌器搅拌20min，确保炉内原料温度的均匀性。当电解铝液的温度达到730℃时，对其进行人工搅拌。人工搅拌15min～20min后，扒去浮渣，取样分析，分析结果合格后，待熔体温度达到950℃～960℃，方可转炉。

1.2 优化炉内精炼

炉内精炼指的是在静置炉内，利用气体进行喷粉的法进行炼制。将其主要成分为CCl4、C2Cl6的精炼剂按照1.0kg/t的用量装入气体喷粉罐，当精炼剂变成气泡之后，就能够进入电解铝液。其详细过程为：精炼剂预热后的状态从固态变为液态，以液体熔剂膜的形式包围在气体喷粉罐喷出的气泡表面。将熔炼炉和喷粉罐之间牢固连接，然后将喷粉罐的喷嘴插入电解铝液中，并同时打开喷粉罐的阀们，并控制好压力和流量，操作喷粉罐在炉内来回移动，以求进行均匀的喷粉精炼。精炼时间一般控制在30min～40min，精炼温度控制在730℃～750℃之间。这样加快了电解铝液中经熔剂膜包裹的气泡速度，同时也防止了电解铝液直接接触外界水分的情况的发生。熔剂膜的另一个作用就是能够提高气泡的表面活性，从而增强了吸附除渣的效果[4]。

1.3 在线除杂

在线除杂主要包括两部分：

（1）在线Alpur法除氢：采用在线Alpur法除氢时，使用前对在线除气箱用天然气进行烘烤，使内衬温度不低于700℃。传统方法使用的是高纯度氮气，但是由于铝合金中含有一定量的Mg，在熔体处理的过程中，铝合金中的Mg与氮受到高温，发生化学反应生成氮化镁，产生杂质影响成品质量[5]。因此，利用在线Alpur法除氢，使用稀有气体氩气来取代氮气。在这个过程中，要求氩气的压力在550kPa～760kPa，纯度需要达到99.99%以上。由于旋转喷头强烈搅拌作用，有效的增大了氩气和电解铝液的接触面积，浮游法净化熔体的动力学条件有所改善。与此同时，由于细小气泡在电解铝液的熔体中上升速度慢，经过离心力和浮力的综合受力，熔池中的气泡螺旋上升，延长了气液接触时间，达到除去熔体中的氢的目的。

图2 磨损程度对比曲线图

（2）在线陶瓷过滤：传统工艺采用的30ppi的泡沫陶瓷过滤板进行过滤，直径大于20μm的夹杂只能除去约60%，直径大于40μm的夹杂能够除去约90%。设计的电解铝液生产铝合金扁锭的工艺技术选用40ppi～60ppi的泡沫陶瓷过滤板，使用前需要用天然气进行烘烤，泡沫陶瓷过滤板耐火材料内衬温度不低于700℃，烘烤时间不得少于2h。选用40ppi～60ppi的泡沫陶瓷过滤板能够将直径大于20μm的夹杂除去约85%以上，直径大于40μm的夹杂几乎能够除尽。根据渣气伴生的原理，在除去杂物的同时，熔体中的氢也会进一步下降。