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(guó)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(diǎn)，從理論和實(shí)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(guó)罐料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的困局，以開創(chuàng)中國(guó)鋁加工行業(yè)的新局面。

二、對(duì)電解鋁液直配3104合金扁錠的分析與認(rèn)識(shí)

（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(duì)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(huì)降低金屬液流動(dòng)性和補(bǔ)縮能力。金屬在結(jié)晶時(shí)進(jìn)行液態(tài)收縮和凝固收縮，會(huì)在晶?；蚓е﹂g形成孔隙，位于過渡帶的液體金屬黏性大、流動(dòng)性差，從而導(dǎo)致鑄坯形成補(bǔ)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(shí)間不夠

（3）、環(huán)境相對(duì)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(jìn)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(qiáng)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(duì)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?yàn)?104合金中，Mg和Si形成Mg2Si后，有大量的過剩Mg存在。此時(shí)Mg2Si很少進(jìn)入固溶體中，存在于晶界和枝晶界的低熔點(diǎn)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(jì)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(shí)，關(guān)閉爐門，啟動(dòng)電磁攪拌器進(jìn)行鋁液攪拌。在轉(zhuǎn)注前對(duì)流槽進(jìn)行相關(guān)的處理，給流槽粉刷涂層，并對(duì)流槽進(jìn)行預(yù)熱，且預(yù)熱時(shí)間不低于30min。其要進(jìn)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?jiān)徒饘伲瑱z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(shí)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(guó)內(nèi)生產(chǎn)3104鋁合金扁錠普遍采用人工配料、手工計(jì)算和人工操作。其會(huì)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(huì)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(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)快速熔煉與爐內(nèi)精煉處理。由于熔化、精煉時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)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(shí)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(shí)，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(qiáng)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?yàn)橛行г氐娜芙庑阅芎?，所以其?shí)收率高，細(xì)化效果好。實(shí)踐證明，在溜槽中通過自動(dòng)喂絲機(jī)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(qiáng)爐料管理，防止?fàn)t料污染；盡可能不要采用人工攪拌或機(jī)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(duì)夾雜形成的不利影響；確保合適的精煉溫度和靜置時(shí)間，使夾有充足的時(shí)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(jí)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(jí)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(shí)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(tái)側(cè)旁增設(shè)抽風(fēng)機(jī)，消除鑄造平臺(tái)上方聚集的水蒸汽，使生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)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(zhǎng)。目前，市場(chǎng)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(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(zhǎng)的時(shí)間，而在中國(guó)使用鋁合金材料作為包裝罐的歷史則相對(duì)很短。近十幾年來，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、學(xué)院和企業(yè)相繼進(jìn)行了3104罐用合金的研究，并取得了一定進(jìn)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(duì)于高品質(zhì)罐料的軋制有著重要的意義。

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