摘要：液体铝直配6060合金锭的节能工艺
关键词：节能、环保、成本
一、引言
合金铸锭一般是将重熔用铝锭熔化后加入其它辅料进行配制铸造，其必须重新加热，能源消耗多，成本较高。近年来，各电解铝工业利用高温电解铝液直配合金铸锭已得到初步应用，因其节省加热费用，降低生产成本，减少环境污染的优势，在国内的应用将越来越广泛。本文分析了电解铝液生产6060合金的优缺点，并提出了克服其缺点的措施。
二、用电解铝液生产工艺特点
1. 优点
电解铝液无须加热，可节省燃料和人工费用。将铝锭熔化加热到铸造温度一般吨铝需要耗电或天然气约120-150元。
2. 缺点
电解铝液温度较高（850℃左右），且比较浑浊，非金属杂质含量较高，容易形成羽毛状晶、气孔、夹渣等缺陷。电解铝液中的非金属杂质有氧化铝、氟化盐、炭渣、炭化铝、氮化铝、气体状态的氢、二氧化碳、一氧化碳等，主要是氧化铝和氢。氢在850℃时每 100 克电解铝液中含量可高达2 立方厘米，铝液在高温下搁置时间过长，也会吸收氢气，而且铝液吸氢几乎与温度成正比，表 1 为氢在铝内的溶解量与温度的关系。氢若不能及时排出，极易形成气孔。氧化铝由于颗粒细微，比重与铝差不多，不易在铝液中分离出来，易造成夹渣。从该工艺的特点可以看出，要发挥电解铝液生产合金铸锭工艺的优点，必须克服其缺点。
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三、缺陷的防止
1. 羽毛状晶的预防
工业生产实践证明 ：同一种合金，在工艺条件基本相同的情况下，铸锭中是否出现羽毛状晶组织，主要取决于熔炼温度和晶粒细化剂的含量。采取下列措施可有效防止羽毛状晶 ：
(1)采用较低的浇注温度。开铸时炉内铝水温度：730℃--755℃，浇注温度一般控制在 675 ～ 690℃之间。因为浇注温度越高，温度梯度越大，晶核的厚度面沿着铸锭散热方向排列的几率就会增加，羽毛状晶形成和长大的几率也随之增大。因此，在其它条件一定的情况下，可以通过降低铝合金的浇注温度来控制羽毛状晶的生成和长大。
(2)适当地添加 Al-Ti-B晶粒细化剂 , 一般将合金中的钛含量控制在0.008~0.01% 之间。 目前普遍采用 AlTi 5B1铝中间合金锭，其钛含量在 4.5 ～ 6.0%之间，有一定的时效性 (3 ～ 4 小时 )，因此一般在浇铸前精炼时加入。
(3)加入不超过20%的工艺废料，如废铝合金棒头、废挤压型材等，这些工艺废料熔化后能增加有效晶核 数，起到晶粒细化剂的作用，同时能使高温铝液迅速降温，在较短时间内满足铸造要求。
2. 气孔和夹渣的预防
高温电解铝液中含有大量的氢和氧化铝，氢在液态金属铝中的溶解度为 0.65立方厘米 /100 克，约为固态的 19 倍，结晶时有大量的氢析出，这是铸锭中容易产生气孔的根本原因。氧化铝由于颗粒细微，比重与铝差不多，不易在铝液中分离出来，最后混在铝液中形成夹渣。要预防气孔和夹渣就必须降低铝液中氢和氧化铝的含量。具体措施如下 ：
（1）提高炉料质量，6060合金熔液除电解铝液外主要配入镁锭、铝硅合金、铝钛硼及废铝合金棒头、废挤压型材等。这些炉料必须保证表面清洁无脏污、内部纯洁无杂质，同时尽量使用比表面小的炉料。
（2） 采用合适的除渣剂进行除渣、除气和熔剂保护。 6060 铝合金宜采用符合YS/T491 标准的 RD1-1 牌号的除渣剂。该除渣剂不仅保护金属铝不受氧化，还利用其具有的润湿、吸附、溶解氧化铝杂质的特性和浮选作用，能将铝熔体内混入的固体、气态夹杂大部分除去。生产工艺参数如下：①铸造速度： φ112/φ127为110--165mm/min，φ145/φ172为90--120mm/min②冷却水温、水压：15℃--35℃、0.25--0.5Mpa,冷却水流量：2400—3900L/min。
（3）严格的精炼工艺。在 6060 合金生产中，精炼是不可缺少的工序。提高精炼效果，确保熔体的精炼质量，是降低熔体中氢含量，预防气孔的关键。我公司采用熔剂精炼 + 氩气精炼的综合精炼法，取得了较好的效果。氩气精炼即向铝液中吹入氩气，熔解在铝液中的氢按分压定律向氩气气泡中扩散，随着氩气气泡的上升排出熔体。在气泡的上升过程中，气泡表面所接触到的非金属夹杂物，按浮选原理随气泡上升而带到熔体表面。熔剂精炼能有效地从熔体中去除Al2O3，并使氢含量降低。精炼剂主要由 NaCl、Na3AlF6、KCl、C 2Cl 6 组成，氩气则用含氮量为 99.999% 的高纯氩，通过喷射器氩气将精炼剂喷入熔体中 , 喷射时将喷射管在底炉作“Z”字形运动 , 从而保证炉内各部位精炼彻底。精炼剂加入量为炉内铝容量的3--5‰，精炼温度：720--745℃、精炼时间30—90min。
（4）合理的静置时间。精炼后的熔体静置，需要掌握合理的静置时间，因为静置时间太短，达不到通过静置进一步净化金属的目的，若静置时间太长，又将使金属中气体含量增高。静置时熔体中非金属夹杂物的上浮和下沉与熔体的粘度、比重及夹杂物的形状因素有关。静置时间不少于 30分钟。世
（5）科学有效的过滤。目前，铝及铝合金熔体的过滤是在工业生产条件下对金属纯洁度要求高的合金制品 广泛采用的一种方法。过滤的过程不仅能将金属夹杂物排除，同时由于氢往往以γ-Al 2O3?xH 络合物形式存在，在除去氧化夹杂物的过程中也能达到除氢的目的。过滤方式有网状材料过滤、固体块状材料过滤、陶瓷管过滤、泡沫陶瓷过滤板过滤、熔剂过滤等，我公司目前采用泡沫陶瓷过滤板过滤，效果较好。陶瓷过滤板安装在静置炉出铝口，规格为 381*381*50（毫米），40ppi。在用陶瓷过滤板过滤精炼时的注意事项 ：a 陶瓷过滤板周围必须用石棉塞严。b 陶瓷过滤板必须加热到700 ℃以上。c 在铸造过程中密切注意陶瓷过滤板的使用情况，发现破损应立即停止铸造。
四、结束语
用电解铝液直配合金铸锭工艺相比重熔铝锭铸造工艺具有节能、环保、成本低的优势，必将得到推广应用。当然，由于电解铝液温度高、非金属杂质较多，在用电解铝液直配合金铸锭时应采取有效措施防止羽毛状晶、气孔、夹渣等缺陷的产生。
参考文献：
[1]唐剑. 铝合金熔炼与铸造技术 冶金工业出版社， 2009.
[2]谢水生、刘静安、黄国杰主编 铝加工生产技术500问 －北京 化学工业出版社， 2006.
[3]王祝堂，田荣璋主编. 铝合金及其加工手册[M]. 中南大学出版社， 2000.
[4]2014年全国铝加工熔铸技术研讨会 中国有色金属加工工业协会