赵光辉
河南中孚技术中心有限公司，河南巩义，451200
摘要：精铝(highpurity aluminium) 通常是指纯度(铝含量)大于99.8%的纯铝。精铝具有许多优良性能，用途广泛。它具有比原铝更好的导电性、延展性、反射性和抗腐蚀性，在电子工业及航空航天等领域有着广泛的用途。随着对精铝性能的进一步认识和开发，精铝的应用前景越来越广阔。其中3N2精铝更是被大量应用于航空航天、汽车车身以及工程、工业高强度大规格铝合金板等，市场前景巨大。本文以现有设备为基础，通过工艺优化，研发出能够提升3N2圆锭成品率、提高生产效率、降低微量元素含量的稳定生产工艺。
关键词：精铝、偏析炉、结晶速率
1 前言
我司现拥有7条精铝生产线，与上海交通大学共同开发合作，获得了较好的理论基础和技术指导，同时通过了前期的生产实践、取得了一定的生产经验，基本掌握了影响产品质量的要点，为技术攻关奠定了良好基础。通过从原铝选择、精炼、杂质预处理、偏析等工艺技术研究，技术水平达到行业先进水平。在研发过程中根据技术中心检测结果和客户反馈的使用效果，不断进行工艺优化。随着技术的不断提升满足了类客户的不同对微量元素的需求，目前实现批量化生产。
2 工装优化
工装设备是生产过程中工艺优化、质量稳定的基础。该项目目的是优化工艺、提升质量。为了更好完成研究，从基础设备：偏析炉保温层、冷却水、转子形态等方面进行研究，确保各工装设备的统一、稳定。
2.1偏析炉保温层的优化
原偏析炉保温层全部使用石棉铺垫，根据要求用手撕成要求厚度使用，由于人工操作的不确定性，会导致石棉厚度不一，相同工艺条件下，不同偏析炉生产的偏析锭厚薄不一致，偏差较大，导致成分偏差较大。通过与同行业、供货商沟通了解，统一使用质量较好，厚度均匀的陶瓷纤维凯盾毯来做保温层，做到各偏析炉保温层一致。
2.2冷却水优化
原偏析炉流量控制采用手动阀，很难实现炉体恒温控制，现将偏析炉将流量控制改为电磁阀，并加装流量传感器，检测到数据后把流量反馈到触摸屏上，实现了流量的自动控制。
2.3转子形态优化
转子的形态对于溶质的流动、结晶效率的变化有至关重要的影响。通过改变石墨转子形态，缩小转子直径，增加转子厚度，在保证足够旋转能力的前提下，适应各种锭形的需求。
3 工艺优化
通过研究发现降温速度、结晶速度越慢对铝液中Fe、Si元素的提纯效果越好，铝液中的杂质元素含
量越低，该项目围绕减慢降温速度、降低结晶速率来优化工艺，以达到提高质量的目的。同时还要兼顾生
产效率，以确保批量生产，满足供货需求。这就需要找到各工艺参数的平衡点，达到最优效果。
3.1原铝选择
电解原铝液质量是保证重熔用精铝锭质量的前提，根据电解槽原铝质量预分析结果，选择铝纯度较高的原铝液，和电解车间进行沟通，使用专用电解槽、专用台包，避免原铝液质量受到污染，确保原铝液质量稳定。
3.2入铝温度
温度是保证质量的的先决条件，入铝温度控制的较好，一开始就能形成较好的温度场，通过不断调整制定一致的入铝温度。
3.3封盖温度
通过实验表明，与成品纯度对比，封盖温度与成品纯度有着同样的趋势变化。封盖温度越高则开始结晶时间越晚，生产周期越长。这就要求我们合理选择入铝温度和封盖温度，既能保证产品质量又可稳定生产。
3.4转子转速
石墨转子的速度是产品质量重要因素，转子速度快容易造成铝液飞溅和化学成分不达标；故将转子速度控制在19-21Hz。
3.5微量元素的控制
Fe、Si为主要杂质元素，通过上述有效措施能够得到有效控制，但Ti、V等其他反偏析微量元素仍是影响产品质量主要因素，经过加入添加剂搅拌处理对这部分微量元素进行控制。
3N2一次偏析工艺要求
生产周期 8小时
下限 上限
原铝温度 830℃
入铝温度 780℃ 800℃
加热炉设定温度 300℃
预热时间 2小时
坩埚温度 200℃ 300℃
闭盖温度 680±5℃
水压 0.3Mp 0.4Mp
加热器温度 700℃
转速 20Hz 23Hz
偏析时间 6小时 8小时
偏析厚度 20CM 21CM
结晶等待时间 0分钟 15分钟
重量 1000KG 1100KG
5 结束语
通过对工装设备优化、工艺参数优化有效控制结晶速度，改变圆锭成品率，使其由原来的60%提升至75%。通过改变生产周期，由原来的12小时/炉改为8小时/炉，以达到提高生产效率、降低生产成本目的。通过添加B、Mn等元素，在经过精炼后，有效去除了Ti、Cr、V等微量元素，化学成分稳定，符合3N2标准以上。本项目的实施一方面满足国内市场需求，另一方面提高自主创新水平，也为生产更高标准精铝标锭积累经验，培养技术人才队伍，保持我公司在铝合金新材料生产领域的技术优势，促进经济支柱产业发展具有重要的意义。
参考文献
1.张 佼、何 博、孙宝德、孙 刚3、刘 莉，《定向凝固的进展对高纯铝偏析法提纯工艺的影响》，铸造技术，Vol. 24 No. 4 Jul. 2003
2.余宇楠，《偏析法提纯高纯铝中降温速度对去除Si和Fe的影响》，云南冶金，2013 年8月第42卷第4期(总第241期)