一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

劉民章， 祁海東， 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司 技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

劉民章， 祁海東， 李 賢

(青海橋頭鋁電股份有限公司 技術(shù)中心， 青海 西寧 810100)

介紹了鋁合金熔體在線除氣裝置的作用，分析了現(xiàn)用在線除氣裝置的缺點(diǎn)，介紹了一種新型在線除氣裝置及其特點(diǎn)，測試了新型在線除氣裝置的除氫效果。

鋁合金熔體； 在線出除氣裝置； 除氫效果

0 前言

在鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)中，氫含量超標(biāo)時(shí)很重要的兩種質(zhì)量缺陷。因此，無論是鋁合金鑄軋板或者是鋁合金鑄錠，對氫含量都有嚴(yán)格的要求。因?yàn)?，如果合金鑄錠或鑄軋板中的氫含量過高，在凝固過程中會(huì)因?yàn)閬聿患耙莩龆詺錃馀莸男问匠霈F(xiàn)于鋁合金產(chǎn)品中。當(dāng)合金扁錠或鑄軋卷軋制到一定厚度時(shí)，就會(huì)在氫氣泡出現(xiàn)部位出現(xiàn)孔洞，造成軋制帶材斷裂，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。因此，根據(jù)下游產(chǎn)品加工工藝和終端產(chǎn)品要求，通常，規(guī)定在0.10～0.14 mL/100 g-Al范圍。為了將鋁合金產(chǎn)品中的氫含量控制在要求范圍內(nèi)，除了在保溫爐內(nèi)對熔體進(jìn)行精煉除氣以外，在鑄造過程中還要通過在線除氣裝置對熔體進(jìn)行除氣處理。目前，國內(nèi)鋁加工行業(yè)常用的在線除氣裝置是溜槽式多石墨轉(zhuǎn)子除氣裝置。

1 現(xiàn)用鋁合金熔體在線除氣裝置的基本構(gòu)造、工作原理及其存在問題

現(xiàn)用溜槽式多轉(zhuǎn)子在線除氣裝置主要由除氣容器、上蓋吊運(yùn)系統(tǒng)、氣路、石墨轉(zhuǎn)子和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和人機(jī)界面組成。石墨轉(zhuǎn)子安裝在上蓋吊運(yùn)系統(tǒng)上。工作時(shí)，將上蓋吊運(yùn)至鋁液溜槽上，安裝于上蓋上的石墨轉(zhuǎn)子浸入高溫鋁液中。由石墨轉(zhuǎn)子的空心軸將一定壓力的惰性氣體(氮?dú)?、氬?通入，當(dāng)石墨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在氣體壓力和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)力的作用下，惰性氣體通過轉(zhuǎn)子噴頭上的小孔以細(xì)小氣泡的形式彌散分布與鋁合金熔體中。根據(jù)氣壓差和表面吸附原理，氣泡吸收熔體中的溶解氫并吸附氧化夾渣之后，上升到熔體的表面形成浮渣而除去。

雖然現(xiàn)用溜槽式多轉(zhuǎn)子在線除氣裝置具有一定的除氣和除渣效率，但是，這種在線出氣裝置有以下幾個(gè)方面的缺點(diǎn)：

(1)上部吊蓋與鋁液溜槽密封不嚴(yán)：由于上部吊蓋是放置在鋁液溜槽上的，而吊蓋是用約5 mm厚的碳素鋼板焊接加工而成的。通常，鋁液流經(jīng)除氣位置的溫度高于700 ℃，吊蓋系統(tǒng)長期工作于約700 ℃的溫度下，產(chǎn)生殼體變形是必然的，這就導(dǎo)致吊蓋殼體與溜槽的密封不嚴(yán)。而密封不嚴(yán)則會(huì)使除氣箱內(nèi)漏入環(huán)境空氣，對除氣箱內(nèi)的惰性氣體保護(hù)環(huán)境產(chǎn)生破壞，造成除氣過程中部分氫被鋁熔體溶解吸收，導(dǎo)致在線除氣裝置除氣效率下降。

(2)石墨轉(zhuǎn)子桿易產(chǎn)生高溫氧化：石墨的成分主要是碳，石墨在超過600 ℃的空氣條件下發(fā)生可見的氧化現(xiàn)象，碳氧化反應(yīng)的產(chǎn)物是CO和CO2氣體，對轉(zhuǎn)子不能起保護(hù)作用，石墨轉(zhuǎn)子的氧化不可避免。氧化的結(jié)果使轉(zhuǎn)子軸的軸徑逐步變小，直至斷裂報(bào)廢。

(3)石墨轉(zhuǎn)子桿易受到鋁液沖刷：石墨轉(zhuǎn)子浸入除氣箱內(nèi)的鋁液中，一般以200～400 r/min的速度旋轉(zhuǎn)并強(qiáng)烈攪動(dòng)鋁液，鋁液對轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷、摩擦。特別是在液面處，由于高溫氧化作用使轉(zhuǎn)子組織變得疏松，在鋁液的沖刷作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)逐漸剝落，使用一段時(shí)間后轉(zhuǎn)子與液面相接觸部位逐漸變細(xì)，細(xì)到一定程度后會(huì)斷裂報(bào)廢。

上述缺點(diǎn)說明，現(xiàn)用鋁液在線除氣裝置故障頻率較高，維護(hù)檢修成本高，鋁熔體除氣效率較低。

2 一種新型鋁合金熔體在線除氣裝置

2.1 基本構(gòu)造和工作原理

新型在線除氫裝置是由海德魯公司研制開發(fā)的，型號為Hycast I- 60 SIR。該裝置由熔體精煉裝置(包括反應(yīng)器底盤及其上的氣體柜/空氣柜/電氣柜，反應(yīng)器帶有流槽及檔板、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子、軸承、空氣加熱器、氣噴口和集塵器)、操作臺(tái)和可編程控制器/馬達(dá)控制中心柜組成。其外形和主要部件如圖1和圖2所示。其結(jié)構(gòu)及組成是基于以下主要原則：

該裝置通過金屬進(jìn)口和金屬出口與溜槽連接，使用前，將一個(gè)用耐火材料制作的擋板安裝于鋁液溜槽中，把金屬進(jìn)口和出口隔開。金屬由進(jìn)口進(jìn)入裝置并經(jīng)處理后由出口返回鋁液溜槽，在流經(jīng)在線除渣裝置。該裝置的金屬處理室被擋板隔成兩部分(兩室)，每一個(gè)金屬處理室底部分別安裝有一個(gè)石墨轉(zhuǎn)子，在鋁合金熔體處理過程，通過降低大氣壓力使反應(yīng)器內(nèi)的金屬液位升高到約1米時(shí)進(jìn)行處理。金屬處理使用的工藝氣體為氬氣。工作前，使用該裝置自配的加熱裝置對空氣進(jìn)行預(yù)熱，然后再利用預(yù)熱的空氣加熱處理室。因?yàn)樵诰€裝置的底部具有一定的傾斜度，使得液態(tài)金屬很容易流入溜槽系統(tǒng)，因此，每個(gè)鑄次完成后都能很容易地將殘留金屬排空。

圖1 Hycast I- 60 SIR 裝置外形圖

圖2 Hycast I- 60 SIR裝置主要部件

2.2 新型在線除氣裝置的特點(diǎn)

新型在線除氣裝置具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)石墨轉(zhuǎn)子安裝在箱體底部，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中不會(huì)產(chǎn)生旋渦，鋁液中就不代入氧化渣；

(2)箱體密閉，使鋁液不與大氣接觸，不產(chǎn)生氧化反應(yīng)，減少氧化渣；

(3)鋁液進(jìn)入箱體時(shí)，氣泡與鋁液流動(dòng)方向相同，而鋁液出箱體時(shí)，氣泡與鋁液流動(dòng)方向相反，逆向流動(dòng)，另因鋁液約有1000 mm的高度，這樣氣泡和鋁液就有充分的時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到鋁液凈化的要求；

(4)鋁液出口在箱體底部，除氣后的氧化渣不會(huì)隨鋁熔體流出，保證了鑄造鋁液的潔凈；

(5)由于渣量少清渣工作簡單方便，沒有存鋁，不需要放鋁；

(6)轉(zhuǎn)子使用壽命長：連續(xù)鑄造時(shí)間保證在200～400小時(shí)；

(7)除渣除氣效果好：除渣：>40 μm，效率為98%；>20 μm，效率為50%；除氣：>0.4 mL/100 g-Al效率為70%，保證值為0.11 mL/100 g-Al。

2.3 除氫效果

某公司在10.5萬t鋁合金扁錠生產(chǎn)線上安裝了Hycast I- 60 SIR在線出氣裝置。在新型在線除氣箱進(jìn)出口對幾種牌號鋁合金熔體進(jìn)行了氫含量測試，并進(jìn)行了除氫效果的分析計(jì)算，現(xiàn)場測定的氫含量見表1。

表1 幾種鋁合金的除氫效果

由表1可以看出，對三種合金氫含量的測試表明，Hycast I- 60 SIR在線除氣裝置的除氫率均達(dá)到50%以上，除氣箱出口鋁合金熔體中的氫含量均達(dá)到0.12 mL/100 g-Al，除氫效果很理想。由于幾種牌號鋁合金熔體的初始?xì)浜烤陀?.40 mL/100 g-Al，因此，沒有達(dá)到70%的除氣效率。

3 結(jié)語

鋁合金在線除氣裝置的不僅具有除氣功能，而且還具有除渣功能。因此，在線除氣裝置的應(yīng)用對于確保鋁合金產(chǎn)品的氫含量以及消除夾雜缺陷是十分重要的。廣大從事鋁合金加工的科技工作者應(yīng)當(dāng)重視鋁合金熔體除氣和除渣原理的研究探討，密切結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，加大新技術(shù)、新工藝和新裝備的引進(jìn)與應(yīng)用，并從中學(xué)習(xí)和借鑒先進(jìn)的理念，設(shè)計(jì)和開發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的鋁合金熔體在線處理系統(tǒng)，推動(dòng)我國鋁加工產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

A New Type of On-line Degassing Device for Aluminium Alloy Melt

LIU Min-zhang， QI Hai-dong， LI Xian

(Technology Center, Qinghai Qiaotou Aluminium & Power Co., Ltd. Xining 810100, China)

The paper introduces the effect of on-line degassing device for aluminium alloy melt, analyses the disadvantages of existing on-line degassing device, introduces a new type of on-line degassing device and its features, and tests the dehydrogenation effect of aluminium alloy melt.

aluminium alloy melt；on-line degassing device；dehydrogenation effect

2014-08-16

劉民章(1961-)，男，大學(xué)本科，高級工程師，主要從事鋁加工工藝技術(shù)研究工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心鋁加工研發(fā)工程師。

祁海東(1981-)，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事鋁加工技術(shù)管理工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司電解鋁分公司鑄造車間技術(shù)員。

TF821

B

1003-8884(2014)05-0025-03

李 賢(1980-)，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)研究工作，現(xiàn)為青海橋頭鋁電股份有限公司技術(shù)中心電解鋁研發(fā)工程師。