电解铝液生产铝合金扁锭工艺技术研究

电解铝液生产铝合金扁锭工艺技术研究

张阿龙

陕西有色榆林新材料集团有限责任公司  陕西 榆林 719000

摘要：为避免铝合金扁锭生产期间出现杂质过高、合金交叉污染等问题，应对电解铝液生产工艺技术进行规范优化，尽可能提高铝合金扁锭生产质量。基于此，本文首先简单阐述了铝合金扁锭电解铝液生产工艺概况，进一步指出其生产工艺技术要点，旨在提升铝合金扁锭耐磨损性。

关键词：电解铝液；铝合金扁锭；生产工艺

引言：电解铝生产工艺技术存在能耗低、流程简便、成品率高、成本低等优势，故在工业生产期间被广泛应用，但采用电解铝生产工艺期间若存在杂质过高等问题，则会导致所生产的铝合金扁锭耐磨损性不足，因此，应对电解铝液生产工艺技术进行改进优化，以此提升铝合金扁锭质量。

一、铝合金扁锭电解铝液生产工艺概况

电解铝液成分复杂，存在诸多金属杂质（如Si、Fe、Mg、Cu等）、非金属杂质（如碳渣、氟化盐等）、气体杂质（如氢气），杂质成分将会极大降低铝合金扁锭生产质量，故在实际生产期间应做好杂质去除工作。对铝合金扁锭电解铝液生产工艺流程进行总结，具体如下：电解铝液→炉内降温→配料→扒渣搅拌→炉前取样→清炉洗炉→预处理→炉内精炼→扒渣静置→晶粒细化→在线除杂→浇筑出井→锯切→质检→入库。铝合金扁锭质量参数标准如下：（1）要求氢含量控制在0.12 ml/100g-Al以内；（2）晶粒度需低于2级，疏松度应低于1级；（3）要求铝合金扁锭铣面无裂纹、无疏松、无夹渣，要求低倍组织无气孔、无光亮晶、无气孔；（4）需将成品粗晶层厚度控制在8mm以内；（5）偏析瘤高度与成层碰伤深度分别控制在4mm、5mm以内。

二、铝合金扁锭生产工艺要点

（一）规范配料标准

为保障铝合金扁锭生产质量，应注意控制固液比，即固体料与电解铝液分别占40%、60%，通过控制配料比例，提升铝合金扁锭硬度。在实际生产期间，需将铸造炉温度提升至500℃，按照配比添加固体料，后倒入电解铝液，采用“先顾后液”的方式进行加料，能够借助电解铝液高温热量熔化固体料，以此减少铝合金扁锭生产过程中的能源损耗，并可初步去除气体杂质，此外，还可提供晶核提升晶粒度。电解铝液添加后开启电磁搅拌器装置，持续搅拌20min，使温度热量均匀分布，待电解铝液提升至730℃时需转为人工搅拌，约15min后去除浮渣，并取样分析，若结果达标，则继续提升熔体温度，达到955℃左右时即可转炉。

（二）降低交叉污染

1.彻底清炉洗炉

为避免炉内精炼期间的交叉污染现象，应在炉内精炼之前做好清炉洗炉工作。合金熔炼精炼时将会应用较多覆盖剂与含钠精炼剂，其中碱金属钠存在较高腐蚀性，可对炉衬造成损伤，钠在熔炼期间以蒸汽形式、离子形式渗入炉衬结构内，而铝合金熔炼工艺对钠含量的要求较低，以此可在炉内生成钠浓度梯度环境，可促进钠在炉衬熔体内的扩散，继而产生钠污染，故在炉内精炼之前，需全面清理保温炉与熔炼炉。

2.预处理电解铝液

电解铝液内存在诸多杂质，如Al2O3、H2、Na、碳化物等，其中Na能够降低铝合金性能，严重时可造成铸锭开裂质量隐患，还会引发板材裂边病害，继而降低产品成材率[1]。此外，若Al2O3等杂质含量较高，则会在铝合金扁锭成品内形成夹杂物，而合金基体与夹杂物的弹性模量存在较大差异，故在两者交界处将会形成裂纹，大幅降低铝合金扁锭质量。为降低各类杂质带来的负面影响，应于铝合金扁锭生产过程中做好电解铝液的预处理工作，在现阶段工艺发展中，需依靠专项装置预处理电解铝液，以此减少熔体内溶解氢含量及夹杂物含量，使电解铝液内碱金属（Li、Na等）的质量分数低于3×10-6，通过减少电解铝液杂质提高铝合金扁锭生产质量[2]。

（三）改善炉内精炼

炉内精炼主要在静置炉内进行，借助气体喷粉的方式炼制合金。在炉内精炼过程中，应以1.0kg/t的标准，将精炼剂（成分以C2Cl6、CCl4为主）添加至气体喷粉罐内，使精炼剂转化为气泡。经预热处理后，精炼剂实现了固态到液态的转变，在气泡表面形成一个完整的液体熔剂膜，此时连接喷粉罐与熔炼炉，使带有液体熔剂膜的气泡通过喷嘴进入电解铝液，打开喷粉罐阀门，调节好流量与压力，以此即可实现均匀喷粉精炼。在炉内精炼过程中应控制好温度与时间参数，为提高铝合金扁锭硬度，可分别将温度与时间分别控制在730℃~750℃、30min~40min范围内，加快气泡速度，且避免电解铝液与外界水分直接接触。除此之外，液体熔剂膜还具有提高气泡表面活性、增强吸附除渣效果的作用。

（四）在线净化除杂

在线净化除杂是保障铝合金扁锭生产制造的关键工序，在电解铝液生产工艺技术中，需采用在线Alpur法与在线陶瓷过滤两种方式进行净化除杂。第一，在线Alpur法。运用天然气烘烤在线除气箱，要求其内衬温度至少700℃，为减少铝合金扁锭内钠含量，在除杂处理时，应避免氮化镁等杂质的产生，此时可运用氩气代替传统工艺中的氮气，将氩气纯度控制在99.99%以上，压力处于550kPa~760kPa范围内，同时加强搅拌效果，用于促进电解铝液与氩气的接触，并改善净化去除时的动力学条件。此外，在浮力与离心力的双重作用下，能够减缓气泡上升速度，使其螺旋上升，延长净化处理时间，继而更为彻底的去除氢气杂质。第二，在线陶瓷过滤。传统化30ppi过滤板仅可实现部分杂质去除，为有效提高铝合金扁锭生产质量，可在电解铝液工艺技术中优化泡沫陶瓷过滤板规格，选用40ppi~60ppi规格，并通过持续2h的天然气烘烤，使其内衬温度超过700℃。在此条件下，可去除85%的20μm直径夹杂质，同时基本去除40μm直径杂质，继而有效提升铝合金扁锭生产质量。

结束语：综上所述，为有效提升铝合金扁锭硬度性能，应对电解铝液技术进行改进优化，对配料标准进行优化改进，采用彻底清炉洗炉、预处理电解铝液等措施降低合金交叉污染，减少杂质，同时规范化落实炉内精炼与在线净化除杂工序，以此增强铝合金扁锭质量。

参考文献：

[1]白世森,刘民章.大规格3104铝合金扁锭的熔铸工艺及表面偏析瘤缺陷的预防措施[J].轻金属,2021(09):45-51.

[2]樊晓伟,张能发,刘民章.用电解铝液生产5454铝合金扁锭的熔铸工艺及预防通裂的措施[J].轻金属,2020(01):53-57+62.