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        淺論利用電解原鋁液直接生產(chǎn)3104合金扁錠技術(shù)與發(fā)展

        2015-07-04 22:16:12田良
        今日財富 2015年36期
        關(guān)鍵詞:鋁液電解鋁配料

        田良

        摘要:本文論述了利用電解原鋁液直接生產(chǎn)3104合金扁錠技術(shù)與發(fā)展,為利用電解原鋁液直接生產(chǎn)3104合金扁錠技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了一定見解。

        關(guān)鍵詞:電解原鋁液;3104合金錠;技術(shù)與發(fā)展

        一、引言

        3104合金扁錠系3×××合金扁錠系列。其主要用于生產(chǎn)易拉罐。國內(nèi)僅有極少數(shù)廠家能生產(chǎn)易拉罐。而3×××系扁錠產(chǎn)品規(guī)格越大,開發(fā)生產(chǎn)難度相當(dāng)大。其只有研究3104合金的特性、電解鋁液的特點,從理論和實踐上研究探索適合于罐用3104合金扁錠生產(chǎn)的熔體處理工藝和鑄造工藝參數(shù)的合理配置,才能生產(chǎn)出滿足罐體日益減薄所需要的高品質(zhì)合金扁錠,從而擺脫我國罐料長期依賴進口的困局,以開創(chuàng)中國鋁加工行業(yè)的新局面。

        二、對電解鋁液直配3104合金扁錠的分析與認(rèn)識

        (一)、鋁合金扁錠疏松缺陷類型

        在鋁合金鑄錠的晶界或晶枝間,常常有一些宏觀或微觀的孔洞,孔洞內(nèi)表面大多參差不齊,呈棱角狀,就是疏松。疏松可以通過切取鑄錠的低倍試片磨光后用肉眼或顯微鏡檢查出來。

        (二)、鋁合金扁錠疏松缺陷典型形貌及形成原因分析

        1、疏松缺陷典型形貌

        對疏松鑄錠試樣做掃描電鏡分析,發(fā)現(xiàn)有一定數(shù)量彌散狀分布的微觀夾雜。夾雜主要成分是O、Na、Mg、Si、Mn、H等元素的化合物。在嚴(yán)重疏松試樣的橫截面存在大量的孔洞,這是夾雜性疏松。

        鑄造溫度過低會降低金屬液流動性和補縮能力。金屬在結(jié)晶時進行液態(tài)收縮和凝固收縮,會在晶?;蚓е﹂g形成孔隙,位于過渡帶的液體金屬黏性大、流動性差,從而導(dǎo)致鑄坯形成補縮性疏松。

        2、疏松缺陷形成原因

        (1)、合金液的凈化程度不高

        (2)、爐內(nèi)合金液靜止時間不夠

        (3)、環(huán)境相對濕度大

        三、提高電解鋁液直配3104合金扁錠的技術(shù)水平,以促進其可持續(xù)地發(fā)展

        (一)、3104鋁合金扁錠的生產(chǎn)工藝研究

        1、化學(xué)元素含量的確定

        3104合金中含量較高的合金元素主要有Mn、Mg,雜質(zhì)元素主要有Fe、Si等。Mn與Al結(jié)合形成強化相MnAl6。但過量的Mn形成大量脆性化合物,使扁錠澆鑄過程中易開裂。

        雜質(zhì)Fe、Si對合金的熱脆性有比較明顯的影響。

        Si含量增加,合金的熱脆性急劇提高,而Fe含量增加,合金的熱脆性明顯下降。這是因為3104合金中,Mg和Si形成Mg2Si后,有大量的過剩Mg存在。此時Mg2Si很少進入固溶體中,存在于晶界和枝晶界的低熔點共晶體中,從而增加合金的熱裂傾向。當(dāng)向合金中添加Fe以后,生成了一些含F(xiàn)eSiMn的雜質(zhì)化合物,使晶界和枝晶界的Mg2Si量減少,從而降低熱裂傾向。

        2、配料

        根據(jù)鋁及鋁合金扁錠化學(xué)成分的要求,合理搭配使用符合成分要求的原鋁液噸位,及精確計算各種配料用中間合金(合金元素添加劑)的用量。

        3、攪拌及轉(zhuǎn)注

        當(dāng)配料工序完成后,熔煉爐內(nèi)鋁液溫度控制于730℃-740℃時,關(guān)閉爐門,啟動電磁攪拌器進行鋁液攪拌。在轉(zhuǎn)注前對流槽進行相關(guān)的處理,給流槽粉刷涂層,并對流槽進行預(yù)熱,且預(yù)熱時間不低于30min。其要進行確保耐火襯里在使用前完全干燥,并且在轉(zhuǎn)爐前清除轉(zhuǎn)爐流槽和澆口里所有殘渣和金屬,檢查轉(zhuǎn)爐流槽內(nèi)襯和涂層是否有裂縫、磨損,接縫處是否密封等工作,以保證鋁液能夠快速平穩(wěn)注入保溫爐,同時預(yù)防熔體的氧化燒損。

        (二)、鑄造3104鋁合金扁錠質(zhì)量缺陷的控制措施

        目前國內(nèi)生產(chǎn)3104鋁合金扁錠普遍采用人工配料、手工計算和人工操作。其會造成配料不精確,攪拌不均勻,扒渣不徹底,爐內(nèi)吹氣精煉不易掌握,鋁液流量控制不夠準(zhǔn)確,鋪底不均衡,水流量變化大等現(xiàn)象發(fā)生。其除造成鑄造缺陷外,還會使扁錠鑄造成品率很低。某公司生產(chǎn)3104合金扁錠成品率僅在50%左右。其廢品主要表現(xiàn)為裂紋、氧化夾雜、彎曲變形、氣泡、縮松、成分偏析、表面偏析瘤與晶粒粗大等。

        1、粗大晶??刂?/p>

        (1)、控制電解鋁液的配料比例。電解槽內(nèi)鋁液的溫度在930℃左右,用真空抬包吸出并運輸?shù)借T造車間后,鋁液的溫度仍然保持在860℃-900℃,即屬于過熱熔體。在實際生產(chǎn)中,電解鋁液的配料量控制在60%以內(nèi)。

        (2)、盡可能實現(xiàn)快速熔煉與爐內(nèi)精煉處理。由于熔化、精煉時間長,必定造成熔體過熱,而導(dǎo)致粗大晶粒產(chǎn)生,因此,控制熔煉和精煉時間是消除粗大晶粒的重要途徑。

        (3)、控制具有粗大晶粒組織的爐料用量。金屬爐料具有組織遺傳性。實踐證明,在3104合金熔煉中,具有組織遺傳爐料的添加量不能超過15%。

        (4)、鑄造工藝參數(shù)控制。在3104鋁合金扁錠DC鑄造時,在確保合金扁錠具有良好的成形性的前提下,采用較大的冷卻強度控制粗大晶粒很有必要。

        (5)、添加晶粒細(xì)化劑。添加晶粒細(xì)化劑要保證細(xì)化劑有效化學(xué)元素的含量相良好的溶解性能。因為有效元素的溶解性能好,所以其實收率高,細(xì)化效果好。實踐證明,在溜槽中通過自動喂絲機逆流添加晶粒細(xì)化劑桿細(xì)化效果好。

        2、夾雜缺陷控制

        加強爐料管理,防止?fàn)t料污染;盡可能不要采用人工攪拌或機械攪拌,最大程度利用電磁攪拌、永磁攪拌或爐底透氣磚攪拌;采用虹吸裝置從真空抬包向熔煉爐轉(zhuǎn)注鋁液,將鋁液轉(zhuǎn)注過程中氧化膜形成的可能性降低到最低程度;選擇最佳的固液比,減小高雜質(zhì)含量電解鋁液對夾雜形成的不利影響;確保合適的精煉溫度和靜置時間,使夾有充足的時間隨精煉氣體上浮至熔體表面;確保精煉用氣純度不小于99.90%;采用高質(zhì)量雙級或復(fù)合過濾板。

        3、疏松缺陷控制

        (1)、電解鋁液的凈化處理:將原鋁液用虹吸管轉(zhuǎn)入熔煉爐轉(zhuǎn)注入熔煉爐,添加適量的除渣劑,電磁攪拌20min-30min,將液面浮起的渣子扒干凈;靜置爐內(nèi)的熔體凈化,用氣體(Cl、Ar、N或兩種氣體的混合)精煉為宜。在線凈化采用三級在線除渣系統(tǒng),過濾板以40/60ppi為宜。

        (2)、嚴(yán)格控制保溫爐內(nèi)熔體的靜置時間:確保熔體靜置不少于30min-40min;

        (3)、降低環(huán)境濕度:在鑄造平臺側(cè)旁增設(shè)抽風(fēng)機,消除鑄造平臺上方聚集的水蒸汽,使生產(chǎn)環(huán)境相對濕度小于40%;

        (4)、控制爐內(nèi)合金液溫度:爐內(nèi)溫度達(dá)到工藝要求(733℃-742℃)。

        四、結(jié)束語

        隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和國民生活質(zhì)量的提高,鋁合金材料飲品包裝的需求量不斷增長。目前,市場上廣泛使用的碳酸飲料包裝罐材質(zhì)主要以3104鋁合金為主。在美國、日本等發(fā)達(dá)國家,以3104鋁合金作為啤酒、可樂等飲料的包裝罐已經(jīng)有很長的時間,而在中國使用鋁合金材料作為包裝罐的歷史則相對很短。近十幾年來,國內(nèi)相關(guān)研究機構(gòu)、學(xué)院和企業(yè)相繼進行了3104罐用合金的研究,并取得了一定進展。在目前電解原鋁產(chǎn)能過剩的情況下,研究用電解鋁液直接生產(chǎn)高品質(zhì)3104罐用鋁合金扁錠的生產(chǎn)工藝,對于高品質(zhì)罐料的軋制有著重要的意義。

        參考文獻

        [1]、劉民章等.用電解鋁液生產(chǎn)3104鋁合金扁錠熔鑄工藝技術(shù)研究[J].鋁加工.2014(02):25-29;

        [2]、 魏國忠.3104鋁合金扁錠疏松缺陷分析及其抑制方法[J].青海科技.2009(04):52-54;

        [3]、張機琴.大規(guī)格3104鋁合金扁錠的生產(chǎn)技術(shù)[J].鑄造技術(shù).2009(05):692-694。

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