探讨1系变形铝合金熔铸工艺过程控制

探讨1系变形铝合金熔铸工艺过程控制

张策

兰州铝业有限公司 甘肃省兰州市 730060

摘要：在变形铝的生产中，冶炼、铸造工艺不仅要保证后续工艺所需的高质量毛坯，同时也要尽可能地节约能源、降低成本。本文重点阐述变形铝合金的几种铸造方法及其各自的特点，并对每一道工序的优缺点进行分析。在近年来的实际工作中，对各种技术参数的比较进行归纳，并在此基础上作出进一步地分析和研究，为今后的工程提供一定的借鉴。

关键词：1系变形铝合金熔铸；工艺过程

引言：1系铝合金，也叫商用纯铝，铝箔坯的制造工艺主要有两种，一种是用不同种类的工业纯铝，先将其铸造成一块平坯，再经过均匀化处理，磨平，加热，热轧开坯，冷轧中间退火，箔片轧制，最后退火，得到所需的箔片。二是通过铸造和轧制的方式，将工业纯铝制成厚6-8毫米的铸轧薄片，再经过冷轧、中间退火、薄片轧制和最后退火处理，得到所要求的薄片。无论采用何种方法，铝合金的铸造质量对其最终的金属箔的质量起着决定性的作用，因此本文就1系铝合金的熔铸工艺作出一些探讨。

1 系铝合金熔铸工艺过程控制

1炉料质量管理

因为1系铝合金主要是用来加工和制造铝箔，所以对进料质量有较高的要求。对炉料的质量实施控制，主要包括以下几个方面：

1.1电解铝的质量管理

在以1系铝箔为主要原料的直接掺合法制备短流程1系铝箔环时，电解铝液添加量约占全炉60-70%，其质量对高品质铝箔的生产至关重要。在确定所制得的劣质材料的化学成分（主要是 Fe、 Si含量）后，再从电解槽中提取到真空包中的电解铝液时，应根据各电解槽中的电解铝液的预先分析结果，进行选择性提取。其基本原理是：电解质中的铁、硅含量要低于铝箔的含量。因为，如果电解铝液中的 Fe、 Si含量比所生产的铝箔中的 Fe、 Si含量要高，那么在配料和熔炼过程中，熔体中的 Fe、 Si含量将很难控制，甚至必须采取稀释措施。稀释处理涉及到的不只是 Fe和 Si含量，而是其它元素的含量，这就给冶炼带来较大的困难。但是，当采用 Fe、 Si含量较低的电解铝液时，如果合金熔体中的 Fe、Si含量低于坏料成分规定的 Fe, Si含量，那么就可以以炉前化学组成分析结果为依据，在熔体中添加 Fe、 Si剂，从而达到对 Fe, Si含量的精确控制[1]。

另外，电解铝溶液中含有大量的铁、硅、钠及多种非金属夹杂，并含有大量的氢气，即极易被污染。对内外品质均有较高要求的铝箱料，若将极其污浊的电解铝溶液直接注入熔炼炉进行配料，所得到的产品品质难以保证。所以，在将电解铝溶液投入熔炼之前，需要对溶液进行预处理。对电解铝溶液进行预处理，可去除其中的各类非金属夹杂、氢气及碱金属如钠、钾、锂、钙等。用于电解铝溶液的预处理的提取剂是无水氟化铝（AlF3)，用于电解铝溶液的预处理的是氩气-氯气混合气体。

图1铝合金熔铸设备图

1.2 电解铝溶液的入炉方式控制

如何将预处理后的电解铝溶液导入熔池，即采用不同的溶液注入方式，对有效降低 Al、O2、H2含量、提高熔体品质具有重要意义。目前普遍采用的“小瀑布”充填方法，在充填时，会有较多的晶粒、杂质，以及较多的氢气被卷到熔体中。所以，对于铝箔原料熔炼和铸造工艺而言，最理想的电解铝溶液注入方式应为虹吸式。通过该方法，该方法可以将电解铝液沿熔池亚表层向下排出，避免在熔池底部和熔体表面发生强烈的撞击，造成溶液的氧化和强烈的吸氢。

2冶炼和精炼过程的控制

因为对铝箔的质量有较高的要求，所以对其进行合金的熔炼是非常重要的。熔炼过程中，熔炼工具的处理、熔炼温度、时间的控制、搅拌方式的选择以及熔化过程的控制都会对熔化过程产生影响。

2.1 熔炼工具处理

（1）铁质工具的处理

在铝合金的冶炼中，需要用到多种钢工具，例如：精关钢及除渣铲等渣工具。因钢制工具在铝液中快速溶蚀，易导致铝液中 Fe含量升高，从而影响铝箔胚芽料组分的准确测定。所以，在使用之前，必须对其表面进行仔细的清洁（如有需要，可用砂布打磨），然后，以以氮化硼涂料进行涂布，然后进行烘干处理。

（2） 耐火材料表面处理

在铝合金的冶炼期间，铝液从熔炼炉经滑道流入保温炉，接着再送到联机脱气容器和联机过滤容器，最终通过浇口流入铸型机。而这种溜槽、箱体的衬里，一般都是用Al2O3—SiO2 耐火材料砌筑的。这种耐火材料在一定的服役年限内，因受到机械撞击或熔融铝液的冲刷而有一定的破坏，若不能及时修复，势必在铝材中掺杂 SiO2，不但会使铝材中的夹杂物增多，还会使铝材中的Si量升高，从而降低铝材的冶金品质。所以，在使用这些溜槽、箱体之前，必须先将耐火衬里损坏的部分修整、打磨，再用氮化硼涂料涂敷其表面，并进行烘干。

2.2 熔炼温度与时间控制

在1系（商用纯铝）的熔炼过程中，熔炼温度是一个关键问题。若熔炼时温度较低，则熔炼速率较慢，使铝材在炉膛中滞留较久，不但会影响铸件的产量，还会引起铸件的粗晶化，使铸件发生抽气；在提高熔融速率的同时，也会加剧熔融过程中的烧损，使熔融物中的氧化性夹杂、氢气等成分增多，并使形成粗大晶粒的机率增大。对1系铝合金进行冶炼时，较好的冶炼温度为500~1000℃，一般为700~750℃。为了防止熔炼结束后，熔炼液在炉子里滞留过长时间，一般不能超过两个小时。

2.3 熔体搅拌方式选择

对铝合金熔融物的搅拌可分为三类：手动搅拌、机械搅拌和电磁搅拌。

（1）手动搅拌

手动搅拌是指由操作者手提钢质搅拌器，在熔池中对铝液进行搅动。因为这样的搅拌方法会对操作者的身体健康造成很大的损害，而且搅拌的时间很长，在搅拌的过程中会破坏熔体表面的氧化膜，同时，由于搅拌棍是铁质材料，熔体在搅拌过程中，随着时间的推移，搅拌棍上的 Fe元素会融入铝液中，从而导致熔体中 Fe含量有所上升。所以，除一些小的铸造企业，现基本上不使用该类方法。

（2）机械搅拌

机械式搅拌机采用铲渣车前侧的铲渣板在熔融物中作往复移动来实现混合。在使用这种搅拌方法时，尽管搅拌的效果（熔体的温度和化学组成的均匀程度）要比手动搅拌要好得多，但是，由于铲渣板的占地面积较大，所以即便是缓慢的情况下，也易引起熔池中的铝熔体剧烈的动荡，破坏熔体中的氧化膜，使得氢含量大幅度增加。在此过程中，由于机械搅拌，铁质的提高幅度也远大于手动搅拌。

(3)电磁搅拌

电磁搅拌是一种在熔炼炉底部安装磁性搅拌机器，从而达到非接触式搅拌的新型搅拌方式。通过调整电流的强度，来调节电磁搅拌力的大小，可以将搅拌引起的熔体翻腾的波峰高度控制在6 mm以内，由于该工艺不会对表面的氧化膜造成破坏，因此，铝液中的夹杂物及氢气的含量均不会升高。电磁搅拌能在更短的时间（1min）内达到熔体成分及温度均匀（上下最大差异不大于5℃，各处合金元素含量差异不大于10%)，且不会导致铝液中的铁含量增加，也不会影响铝液成分的稳定性。所以，对于1系铝合金熔铸，应优先采用电磁搅拌[2]。

结束语：

对1系合金的特征及熔铸工艺特征进行了解很有必要，将生产设备、生产工艺和人员操作经验有机地结合起来，对1系铝合金熔铸工艺过程进行精确的控制，这样才能生产出高品质的1系变形铝合金扁锭和铸轨板。

参考文献：

[1]卜祥启,郝风昌.无菌包用0.005 mm厚铝箔的开发研究[J].轻合金加工技术,2021,49(12):30-33.

[2]刘建兴,周建荣,王生宁,张宏强.电解铝液铸轧装饰用3105铝合金板带工艺改进[J].轻合金加工技术,2022,50(7):9-13.