浅谈铝箔坯料熔体中渣产生原因及控制措施

韦金霞

（山东南山铝业股份有限公司，山东 龙口265706）

摘要：本文主要阐述了铝合金扁锭加工过程中熔体中渣产生的原因，并且渣造成的铸锭缺陷，并制定了预防措施，为解决铝合金扁锭生产过程中解决铸锭渣缺陷提供参考。

关键词：铝合金扁锭  夹渣  熔体质量  过程控制

1 简介

熔铸厂是南山铝业股份有限公司下属生产轧制用铝合金板带箔坯料单位，为了提高轧制过程中产生过多的缺陷，那么源头熔铸过程就尤为重要。我司主要工艺为以电解铝液及固体废料为原料，按适当的比例进行配料，通过熔炼工序进行熔炼、炉内处理，最后通过立式DC铸造机生产出铝合金扁锭[1-2]。目前铝箔坯料及电池箔产品受到市场的欢迎，并且市场对箔产品的要求也是越来越高，那么要如何提高铸锭内部质量，成为轧制用铝合金扁锭生产厂家研究的课题，铸锭夹渣会对铸锭质量及后续加工造成严重影响，甚至会制约企业的生产组织，铸锭夹渣产生的原因及预防夹渣的形成成为轧制用铝合金生产企业竞相研究的课题。

2 铸锭夹渣产生的原因

2.1 电解铝液

熔铸厂以电解铝液为原料生产轧制用铝合金扁锭。电解铝液中主要杂质元素为Si、Fe，含量约为0.15～0.5%，同时含有微量的Cu、Mn、Mg、Ca、Ti等杂质元素，单个杂质元素含量均不大于0.03%，除了金属轧制元素外，电解铝液中还含有氧化铝、电解质、氟化盐、碳粉碳粒、炭铝化合物、氮铝化合物等非金属夹杂，这些杂质占到电解铝液的1～2%。由于这些金属夹杂及非金属夹杂在电解铝液中的存在，在后续炉内精炼处理、在线处理过过滤不彻底的情况下，这些杂质会随着铝液的浇注进入铸锭里面，在铸锭内部一渣的形式存在，破坏了组织的连续性及合金的力学性能，严重铸锭质量，为铸锭生产组织及后续加工埋下隐患。

2.2 工艺气体纯度

铝合金扁锭生产多采用Ar/N2与Cl2混合气体精炼的方式进行炉内精炼，各熔铸扁锭生产企业，对Ar/N2及Cl2的纯度都有较高的要求，如果Ar/N2、Cl2纯度不高，其中含氧量超标，会造成在炉内精炼过程中，Ar/N2及Cl2中混有的氧与铝熔体中的铝元素发生反应，生成Al2O3，由于Al2O3的密度与铝的密度相当，导致铝熔体中的Al2O3悬浮在熔体中很难去除，这些Al2O3颗粒会随着铝熔体流向铸锭，如果过滤系统不能完全将其过滤掉，将会随着熔体进入铸锭内部形成渣。

2.3转注熔体污染

由于铸造过程的特殊性，将熔融金属转化为铝合金扁锭产品，需要将铝水从保温炉（静置炉）内将铝液转出，通过熔体通道进入结晶器。熔体转注通道多采用浇注料浇注或采用烧结预制流槽。当铝熔体在溜槽内流动时，由流槽清理不彻底及流槽表面脱落造成的杂物被铝熔体带走，混合在铝熔体中，这些杂质如果不能被过滤系统充分去除或这些杂质产生于过滤系统之后的流槽内，则会直接进入铸锭内部，形成夹渣。另外，在熔体转注过程中，由于流槽烘干不及时或不充分也容易造成铝液与流槽水分反应生成氧化物混入熔体造成夹渣。

3预防铸锭夹渣的措施

根据造成铸锭夹渣的原因的不同，可采取如下措施来降低铝合金扁锭的夹渣风险。

3.1 控制电解铝液使用

电解铝液温度高，有力提高效率，降低烧损，节约燃料等优点，已经被电解铝企业广泛应用于铝合金扁锭生产中去[3-4]，既整合了资源，又降低了成本。但是电解铝液因其成分的不稳定性以及大量的金属、非金属杂质，以及其过高的温度，可导致铝合金熔体在熔炼过程中熔体过烧，降低铸锭的力学性能，大多生产企业多采用电解铝液与固体废料混合使用的方法配料，既提高了生产效率有降低了熔体过烧的风险，关于电解铝液与固体料的比例一般控制在20～50%，作者认为在保证生产效率的前提下，。电解铝液与固体冷料配合使用，温度急速降低，电解铝液中的氢会被释放，熔体中的氢含量会降低；有作者认为在电解铝液投炉之前至少在铝液台包内进行一次精炼[5]以减少电解铝液中的非金属夹杂，减少熔体中杂质含量。

3.2 改变工艺气体以控制其中的氧含量

对炉内精炼用工艺气体（Ar和Cl2）加大兼管力度，严格按照工艺对工艺气体进行制备或购置，工艺气体不合格时杜绝进行炉内精炼作业，防止不纯的工艺气体中的氧与铝液反应造渣。一般自行制备工艺气体N2中的含氧量要略高一些，所以为防止炉内精炼作业中精炼气体中杂质对熔体的二次造渣污染，我们改变了工艺气体的使用，由自制N2改为购买高纯度Ar。Ar纯度一般在99.999%以上，可以有效避免里面的氧气或水分对铝熔体的二次污染。

3.3 改变精炼方式

为有效地避免精炼过程熔体翻腾产生的铝熔体与空气接触轴承的氧化夹渣，可将传统的透气塞精炼转换为炉外STAS精炼方式（炉外转子精炼），这样可以有效的避免透气塞精炼过程中熔体翻腾过程中造成的铝熔体与空气接触产生的氧化夹渣或氢含量增加，二次污染铝熔体。

3.4减少转注污染

在车间推行清洁生产，对熔体转注通道进行每铸次一清理，并作好流槽的烘干工作。对有裂纹的流槽进行及时更换，在溜槽表面涂刷氮化硼涂料，将熔体与流槽隔离，防止因流槽内衬耐火材料脱落造成铝液污染。尤其要注意控制过滤系统以后熔体通道的洁净程度，过滤系统以后所有的熔体中杂物均进入铸锭内部，造成铸锭内部缺陷。

3.5提高下注管及控制销的使用温度

铝熔体凝结前最后经过工序为流盘内的控制销与下注管，所以两者的温度对初经过的铝熔体的质量影响非常大，如果两者温度过低，铝熔体经过时会有冷凝现象产生，此时产生的冷凝现象产生的即为熔体夹渣，将直接进入到成品内部或表面对成品产生影响。所以为有效避免两者温度低造成的积渣影响，应根据实际情况制定合理的温控范围。

3.6控制合金在保温炉内的静置时间

熔铸车间工艺要求保温静置炉熔体精炼时间最低为25分钟，精炼完毕后进行扒渣作业、静置，当因为某些原因长时间没有铸造时，需要进行补充精炼半小时，再扒一遍渣，熔体静置未达到30分钟不允许进行铸造生产，以达到铝熔体净化目的。

4结束语

造成铝合金扁锭夹渣的原因很多，远远不止上文提到几点，铝合金生产过程控制中的每一个环节或某一个操作的不规范都容易导致铝合金扁锭夹渣，作为铝合金扁锭生产企业，在做好生产过程控制，做到清洁生产，在不断规范工艺技术规程的同时，通过技术人员不断专研及下游铝加工企业反馈信息积极查找原因，并采取有效控制措施，才能为生产高品质的铝合金扁锭提供保障。

参考文献：

[1] 刘少宇, 隋信勤, 汪尚元, 郭海燕. 轧制用大规格铝合金扁锭熔炼铸造技术研究[C], 2008年全国铝合金熔铸技术交流会论文集,2008: 102-113.

[2] 刘少宇. 48万吨轧制用铝合金扁锭熔铸生产线的工艺设计[J], 有色金属加工，2012(1): 15-17.

[3] 沈海鸥. 用电解铝液生产铝合金大扁锭的关键技术[J].有色金属加工,2010(5):23-25

[4] 孙建华. 电解铝液生产铝合金扁锭工艺技术研究与实践[J].铝加工,2005(1):47-49

[5] 杜选科. 电解铝液生产铸轧板坯的冶金质量控制 [J].铝加工,2006(2):27-32

作者简介：韦金霞（1990.06），汉族，女，黑龙江密山人，助理工程师，大学本科，主要从事铝合金熔铸工作。