取消铝熔体_静置时间_及优化净化相关工艺操作的探讨

收稿日期：2011－06－18

作者简介：丁华国（1958－），男，黑龙江哈尔滨人，工程师。

取消铝熔体“静置时间”及优化净化相

关工艺操作的探讨

丁华国

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060）

摘要：铝合金熔炼铸造工序是生产铝材的基础，缩短熔铸的工艺流程有利于节能，提高熔体的洁净度有利于生产出高品质的铝材。作者基于长期在生产第一线工作中积累的经验，就取消熔体“静置时间”来缩短熔铸工艺流程，以及优化与熔体净化相关的工艺操作来提高熔体的洁净度进行了论述。关键词：铝合金熔铸；工艺流程；精炼；静置中图分类号：TG292

文献标识码：A

文章编号：1007－7235（2011）09－0031－04

Study on technology of “holding time ”eliminating of the melt aluminum and optimized refining

DING Hua-guo

（Northeast Light Alloy Co．Ltd．，Harbin 150060，China ）

Abstract ：The melting and casting process is the base for producing aluminum alloy．To

short the melting and casting processes can save energy ，and the quality of the aluminum ma-terials can be increased while increasing the refinement of the melt．On the base of the long

term working experience ，the process technology of “holding time ”eliminating and refine-ment optimizing has been discussed for shorting the melting process and increasing the alloy quality．

Key words ：melting and casting of aluminum alloy ；technology process ；refinement ；

holding

在国家“十二·五”规划纲要中，发展绿色低碳

经济成为重要的政策导向。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，现在，节能减排和提高产品的品质是每个生产企业必须研究的课题。铝合金熔炼铸造工序是生产高品质铝材的基础；它也是铝加工业主要的能耗工序，其能耗占铝材整个生产过程能耗的60%左右。因此，如何通过熔铸技术创新，改进现有生产工艺和设备，在提高生产效率和产品品质的同时实现节能减排，对铝加工工

业实现绿色低碳经济具有重要的意义。作者根据多

年在生产第一线工作的经验，认为现实铝合金熔铸生产中存在不少的节能和优化工艺操作的潜力。本文就取消熔体“静置时间”来缩短熔铸工艺流程，减少能源消耗，以及优化与熔体净化相关的工艺和操作，提高产品品质的课题进行探讨。

1铝合金熔铸典型的传统工艺流程

变形铝合金熔炼铸造的主要目的是配制所要求

成分的合金，进行熔炼，通过适当的工艺措施如精炼、静置和过滤等提高熔体的洁净度，然后铸造成型为塑性加工用的铸锭。典型的传统熔铸工艺流程为：炉料准备—装炉—熔化—加合金化元素炉料—熔化后扒渣—搅拌—取样分析—搅拌—扒渣—倒炉（导入静置炉）—精炼—扒渣、覆盖—静置一定时间、调温—炉前测氢—铸造。上述工艺流程通常是在一台熔炼炉和一台静置炉内完成的，熔炼炉担负熔化和调整成分的任务，静置炉担负净化熔体和保温的任务。有些工厂将上述工艺流程全放在一台炉子内完成，此时该炉子担负熔炼和静置的双重任务，称为熔炼保温炉。

由于铝合金熔炼过程中极易与氧化合生成

Al

2O

3

，也极易吸收气体（主要是氢），而且熔体中

Al

2O

3

含量越高其氢含量也越高；此外，炉料表面往

往带有一些非金属杂物污染熔体。所以要对熔体进行精炼净化处理来除渣除气，以获得洁净的熔体。铝合金熔体精炼按其作用原理可分为吸附精炼和非吸附精炼两个基本类型。

吸附精炼是通过熔体直接与吸附剂（如氮气、氯气、氩气，液态和固态精炼剂，过滤介质）相接触，使吸附剂与熔体中的氢、非金属夹杂物发生物理化学的、物理的或机械的作用，从而达到除氢、除渣的目的。

非吸附精炼是通过某种物理作用（如熔体与夹杂物的密度差，超声波，真空处理），改变熔体-氢气系统、或熔体-夹杂物系统的平衡状态，使氢气和夹杂物从熔体中分离出来。熔体静置处理便是属于利用熔体与夹杂物的密度差的非吸附精炼法，也称为澄清法。在静置过程中夹杂物发生沉降或上浮，熔体被澄清而净化。需要的静置时间与熔体的黏度、密度及夹杂物的形状等有关，夹杂物颗粒越细则下沉或上浮的速度越慢，球状颗粒下沉速度较大，片状颗粒容易上浮。在铝合金熔铸生产中，静置时间根据合金种类及制品不同而异，一般设定为10min 45min。

2取消“静置时间”的可行性分析

2．1铝合金熔体净化技术的发展

从20世纪80年代以来，我国铝加工业引进了和自行开发了多种熔体净化新技术，它们是：

炉内熔体处理技术方面有：从炉顶或炉墙向炉内插入多根喷枪进行喷粉式气体精炼；在炉底均匀安装多个透气塞，由计算机控制精炼气体和精炼时间来净化熔体。

炉外熔体处理技术方面有：SNIF、ALPUR和MINT在线除气装置，安装在供流槽上的紧凑型除气装置，泡沫陶瓷板过滤，复合陶瓷板过滤，双级泡沫陶瓷板过滤等等净化装置［1］。

这些新的净化技术尤其是炉外在线处理技术的应用，大大提高了熔体的洁净度，它们大大超过熔体静置处理（澄清法）的效果。

2．2熔体“静置时间”净化效果的局限性

文献［2］指出：“单纯依靠澄清法来除渣，只能适用于密度差较大，特别是颗粒半径在100μm以上的固体氧化物才能有效。而实际上，熔融时物质的状态十分复杂，如Al2O3的状态就很复杂，它有几种不同的形态。固态时其密度为3．53g/cm3 4．15 g/cm3，熔融态时其密度为2．3g/cm3 2．4g/cm3，而且氧化铝中必然会有或大或小的空隙和疏松气孔，因此就有大小不同密度的氧化铝颗粒同时存在于金属中。此外，氧化渣颗粒之形状如呈球形，就有利于沉、浮；如呈薄片状或树枝状，几乎难于采用斯托克斯定律来计算，而通常的氧化物总是以多枝状形态存在。总而言之，澄清法除渣对许多金属，特别是轻金属，它不是主要有效的方法，还必须辅以其他方法”。

文献［3］指出：“在有色金属中，特别是铝及铝合金中的气体和氧化物不是互不相干，而是相互作用的；除气净化与除氧化夹杂物净化也不是各自独立，而是互相关联的。单纯强调静置处理时间来达到除氧化夹杂物的目的，势必带来因时间延长而产生铝熔体再吸气的逐渐增加”。

据文献［4］介绍：“铝熔体经静置炉炉内精炼后静置时间与氢含量的关系是，开始氢含量不断下降，静置到2h左右又开始吸氢。吸氢的快慢因合金而异，与空气湿度有关”。

2．3一般情况下实际生产中“静置时间”已无意义在实际生产中，在铸造2ˑˑˑ系和7ˑˑˑ系铝合金大规格铸锭时，由于受到铸造速度慢、铸井面积和铸造结晶器数量的制约，铸造结束前往往熔体在静置炉内的停留时间自然而然会超过2h；小规格多铸次情况下也同样超过2h；一般大多数规格的铸锭的铸造时间均为2h左右。因此，即使取消了静置工序，熔体仍然在静置炉内有0 2h不等的停留静置时间。而在新砌筑炉和长期停炉后的特殊情况下，静置炉内精炼好的熔体如果不尽快铸造会加重因再吸气所致的氢含量升高，可见静置处理与熔体再吸