铝合金熔铸技术的发展现状

铝合金熔铸技术的发展现状

近年米，我国铝材的需求量持续快速增长，到2000年达到200万t

以上。铝材被广泛应用于航天、航空、建筑、交通、运输、包装、电子、印刷、装饰等国防和民用领域。我国的铝加工技术得到了迅速的发展和提高，西南铝业(集团)有限责任公司等大型企业开发出PS版基、制罐料、电解电容器用高压箔、波音飞机锻件等技术含量和附加值较高的产品，替代进口产品。然而，由于我国铝加工业技术仍然比较落后随着加入wT0．铝加工业不仅要面临国内竞争，而且还要与国外发达国家的大企业进行更激烈的竞争，这就要求我国铝加工企业不断加大投入，加快铝加工技术的发展，缩小与国外先进水平的差距．在竞争中求生存和发展。

熔铸是铝加工第一道工序，为轧制、锻造、挤压等生产提供合格的锭坯．铸锭质量的高低直接与各种铝材的最终质量密切相关。20世纪90年代以来，国内熔熔铸技术有了较大的提高，某些方面甚至达到了国际先进水平，例如西南铝业(集团)有限责任公司的在线除气和氢含量检测等技术。但在整体上，我国铝熔铸技术水平同国际先进水平相比，还有较大差距。本文对国内外铝合金熔铸装备、晶粒细化、熔体净化等技术及发展趋势和最新成就做简要介绍，为国内企业缩小与发达国家的差距赶超国外先进水平提供参考。

1 熔铸设备

熔铸设备的发展多年来一直追求大型、节能、高效和自动化。在国外，大型顶开形炉和倾动式静止炉得到广泛应用，容量一般达30－50t，多得达100t以上，熔铝炉装料完全实现机械化。铸造机通常使用液压铸造机，大型液压铸造机可铸100t/次以上．最大铸锭重量达30t 熔炼炉燃烧系统一般采用中、高速烧嘴，加快炉内燃气和炉料的对流传热，燃烧尾气通过换热器将助燃空气加热到350～400．从而将熔炼炉的热效率提高到50％以上。燃烧系统的新发展是使用快速切换蓄热式燃烧技术．即所谓的“第二代再生燃烧技术”，它采用机械性能可靠，迅速频繁切换的匹通换向阀和压力损失小、比表面积大且维护简便的蜂窝型蓄热体．实现了极限余热回收和超低no2排放。

此外，用计算机控制熔铸生产全过程已较为普遍。国内西南铝业(集团)有限责任公司从1989年起，先后从英国引进了4台35t顶开式圆形炉和配套的4台35 L倾动式静置炉，2台前苏联制造的60t液压铸造机，以及1台50t

顶开式圆形炉及配套的静置炉，60t内导式液压铸造机。35t熔炼炉燃烧系统为2个中速烧嘴和1个高速烧嘴，35t熔化炉和静置炉的燃烧实现计算机控制，50t炉的燃烧系统是2组再生式烧嘴，该机组从熔炼到铸造全过程均由计算机控制。另外，为了使熔化炉内铝熔体的化学成分更均匀，减少劳动强度，发达国家通常都在炉底安装电磁搅拌器。国内在“七五”期间研制成了“炉底平板式”电磁搅拌装置，现在该技术在国内应用不太多，是“八五”期间新技术推广项目。2 晶粒细化在铝液中加入晶粒细化剂可以明显改善铸锭的组织．最广

泛使用的是A1-Ti二元合金和al－ti－b三元合金。国内产品主要有

A1—4Ti和Al一5Ti一1B块状细化剂，在调整好铝熔体成分后加入；

而国外多将细化剂做成棒状，在铸造流槽中加人，细化效率显著提高。

产品有Al一-5Ti—lB、Al一5Ti一0 2B、Al一3Ti一1B、Al一6Ti

等；国内很多厂家在生产高质量产品时，。使用进口的棒状细化剂。

今年来，细化剂的研究集中在降低使用成本和减少添加细化剂对熔体

质量的影响上，针对不同合金采用不同的细化剂，如在某些铝箔和特

薄板中使用A1—6T；或低硼细化剂AL-5TI-0.2B以减少FiB2粒子对

产品质量的影响．使用新的高浓度产品．AL-10TI-0.48和AL-10Ti，

在添加等量Ti的情况下与A1—5Ti一-0．2B或Al一6Ti有同等细化

效果，但使用成本却显著下降。另外，1996年美国铝业公司研制出了

新的细化剂AL-TI-C,先后应用在：lxxx、2xxx、3xxx、4xxx、5xxx、

6xxx、7xxx系合金中．显示出很多优点，我国AL-TI-C细化剂也正在

进行研究。3 熔体净化和检测多年来，铝合金制品对铸锭的内部质

量尤其是清洁度的要求不断提高，而熔体净化是提高铝熔体纯洁度的

主要手段．熔体净化可分为炉内处理和在线净化两种方式。

3.1 炉内处理

炉内熔体处理主要有气体精炼，熔剂精炼和喷射精炼等方式。炉内处

理技术的发展较慢，国内只有90年代中期出现的喷粉精炼相对较新，

其除气除渣效果较气体精炼和熔剂精炼稍好，但因精炼杆靠人工移

动，精炼效果波动较大。

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2004-09-11 12:38 AM

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国外先进的炉内净化处理都采用自动控制。较有代表性的有两种：

一种是从炉顶或炉墙向炉内熔体中插入多根喷枪进行喷粉或气体

精炼，但该技术存在喷枪易碎和密封蹦难等缺点而未广泛应用；另

一种是在炉底均匀安装多个可更换的透气塞，由计算机控制精炼气

流和精炼时间。该方法是比较有效的炉内处理方法。

3．2在线净化

一般说来，炉内处理对铝合金熔体的净化效果是有限的．要进一步

提高熔体纯洁度，进一步降低氢含量和去除非金属夹杂物，必须采

用高效的在线净化技术，在线净化有除气和过滤之分。

(1)在线除氢

在线除氢装置是各大铝熔铸厂重点研究和发展的对象．种类繁

多．典型的有MINT等采用固定喷嘴的装置和SNIF、Alpur等采用

旋转喷头的设备。我国从80年代末一些厂家先后从国外购买了MINT、SNIF、Alpm等装置，此后，在引进装备的基础上。也自行开发了多种除气设备．如西南铝业(集团)有限责任公司的SAMRU、DFU、DDF等等。这些除气装置采用N２或Ar作为精炼气体，能有效去除铝熔体中的氢。如在精炼气体里加入少量的cl2cCI4或sF6等物质，还能很好地除去熔体中碱金属和碱土金属。然而，上述除气装置的体积都较大，铸次间放干料多或需加热保温，运行费用昂贵。除气装置新的发展方向是在不断提高除气效率的同时，通过减小金属容积．消除或减少铸次间金属的放干，取消加热系统来降低运行费用，如Ajcan公司开发的紧凑型除气装置ACD．该装置是在一般流槽上用多个小转子进行精炼，转子间用隔板分隔。该装置在铸次之间无金属存留，无需加热保温，运行费用大幅度下降，除气效果与传统装置相当或更好。另一种有前途的装置是加拿大casthousetechnology Iit研制的流槽除气装置．该装置的宽度和高度与流槽接近，在侧面下部安装固定喷嘴供气。该装置占地极少，只有极少放干料，操作简单．除气效率高。国内西南铝业(集团)有限责任公司2000年研制成了类似的紧凑型除气装置cdu。该装置在仅使用氯或氮气的情况下除气率达到50％以上．占地只有lmxO．5m．无需加热保温．放干料约30kg．而造价仅为传统除气装置的1／4—1／3，运行费用降低百分之30以上．是一种极具推广应用价值的除气装置。

(2)熔体过滤

过滤是去除铝熔体中非金属夹杂物最有效和最可靠的手段．过滤方式有多钟，效果最好的有过滤管和泡洙陶瓷过滤板。床式过虑器体积大．安装和更换过滤介质费时费力．仅适用于大批量单一合金的生产，因而使用的厂家较少，在我国目前还没有应用。其最新的进展是挪威科技大学等正在研制的紧凑深床过滤器。该装置中，铝液向下流动，装置底部中央有一透气塞加入惰性气体，与透气塞上方的铝液上升管形成一个气体提升泵，可调节出口金属水平，目的是在提高过滤效率的同时．更有效的利用过滤球，此装置小巧紧凑，易于装填、清空和移动。刚玉管过

滤器过滤效率高，但价格较昂贵、使用不方便，在日本应用较多。西南铝业（集团）有限责任公司曾在80年代研制成了刚玉管过滤器，但因装配质量等原因过虑效果不稳定，在90年代已不再使用。泡沫陶瓷过滤板使用方便，过滤效果好，价格低，在全世界广泛使用。在发达国家百分之50以上的铝合金熔体都采用泡沫陶瓷过滤板过滤。该技术发展迅速．为满足高质量产品对熔体质量的要求．过滤板的孔径越来越细．国外产品已从15、20、30、40、50ppi发展到60、70ppi，同时还有不少新品种面世。较有前途的一是Selee 公司的复合过虑板，该过滤板分为上下两层，上面一英寸厚的孔径较大，下而一英寸厚的孔径较小，品种有30／50、30／60、30／70ppi 等。复合过滤板比普通过滤板的效率高．通过的金属量更大。另一种是VesuviusHi—TeCHh Ceramics生产的新型波浪高表面过滤板，此种过虑板的表面积比传统过滤板的多30％，金属通过量有所增