摘要：近年来，电解铝液直接铸造铝合金锭中的配料问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了电解铝液特点以及生产中使用固体料的情形，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就以5052铝合金为例的配料平衡及热平衡计算问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：电解铝液；直接铸造；铝合金锭；配料
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，电解铝液直接铸造铝合金锭的配料问题有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对电解铝液直接铸造铝合金锭中配料问题的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
现代铝加工工业的特点是设备高度自动化，生产规模大型化，尽可能采用短流程工艺、减少工艺废料提高成品率，采用先进的加工技术改善产品性能，通过各种手段降低生产成本。欧、美的大型铝业公司采用大型集约化生产，直接利用电解铝液铸成大型铝合金扁锭，生产销售高附加值的铝板带箔材已经非常普遍。将电解铝液直接铸成铝及铝合金锭坯或其他产品，对促进我国电解铝企业与铝加企业之间的集约化生产，节能减排，实现双赢具有重要意义。
3电解铝液特点
电解铝液的生产过程是通过950℃～970℃的熔盐（基本组成是冰晶石和氧化铝）电解完成的，因此电解槽中的铝液具有以下特性：
3.1电解铝液温度高。电解铝液抽取时的温度一般在920℃以上，大大超过工业纯铝的熔点（655℃），并且在电解槽内长时间存放，存在非自发晶核少，铸造时易导致晶粒粗大等组织缺陷。
3.2电解铝液易吸气造渣。因铝液温度高，与空气温差较大，极容易吸收空气中的气体，使氢含量增加。经测量，注入混合炉中的每百克电解铝液氢含量在0．26mL以上；电解铝液也容易造渣，据试验，氧化夹渣的质量分数为0．001%～0．003%的铝液不经处理就铸造成锭，其铸锭中的氧化物夹渣的质量分数可达到0．01%～0．28%。
3.3电解铝液温度高，影响合金成分的测定。必须对电解铝液进行降温处理，以免影响合金成分的准确性。根据铝及铝合金的特点，其熔炼温度一般控制为700℃～760℃，合金成分分析的取样、金属添加剂的加入、熔体的净化处理、熔体的变质处理等均在此温度范围内，因此在生产中需要进行降温处理。
3.4铝液中含有较多的碱金属钠。在电解过程中，使用冰晶石（Na2AlF6）、氟化钠（NaF）等介质，使电解铝液中存在一定量的钠。电解铝液中w（Na）=0．05%～0．10%时，易造成带坯裂纹、气泡、夹渣和晶粒粗大等缺陷。
3.5夹杂多。由于强大的电流产生的磁场作用，电解槽内的铝液剧烈运动，铝又重新氧化和碳化，加上电解的熔盐，使电解铝液的各种夹杂含量较高。
用电解铝液配料生产铝合金扁锭与传统的全用重熔铝锭生产铝合金扁锭相比，电解铝液直接铸坯，免去了铝加工企业将购得的重熔铝锭重新熔化、精炼和铸造成扁锭的部分过程，节约了重熔的能耗、重熔金属过程的烧损、重熔过程的人力、物力和时间消耗；避免了一次重熔和精炼时对环境的污染及使铝的纯度降级，从加工的源头上，为提高生产高精度、高性能铝合金加工产品创造了有利条件。用电解铝液配料生产铝合金扁锭时，必须对铝熔体采取更加严格的净化处理工艺，以确保铝熔体的纯洁度。
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4生产中使用固体料的情形
熔化炉必须使用铝锭有以下情况：
（1）铝液不足；（2）补料冲淡；（3）洗炉；（4）给高温电解铝液降温，防止熔体过热以致铝液吸气严重，降低金属烧损。
熔体过高的温度容易发生过热现象，特别是在使用火焰反射炉加热时，火焰直接接触炉料，容易引起气体侵入熔体，使熔体吸氢增加。同时，温度越高，金属与炉气、炉衬等相互作用的反应也进行得越快，造成金属的氧化烧损增大及熔体质量的降低。过热铝液不仅容易大量吸收气体，而且易使非自发晶核活性衰减或消失，从而增大铸锭裂纹、粗晶核羽毛晶的倾向。在凝固后铸锭的晶粒组织粗大，增加铸锭裂纹的倾向性，影响合金性能。因此，在熔炼操作时，应控制好熔炼温度，严防熔体过热。实际生产中，为保证合金铸锭的冶金质量，降低熔体吸气和合金烧损，防止铸锭产生粗晶和铸造裂纹，熔炼炉炉膛温度控制在1050℃以下；
控制熔体温度为730℃～760℃。
本文仅对第四种情况进行探讨，搞清使用电解铝液熔铸扁锭需要加多少铝锭等固体料，以指导生产。这需要对熔化炉进行初步的热平衡计算。
5以5052铝合金为例的配料平衡及热平衡计算
5052铝合金由于具有优良的成形性能、抗蚀性、可焊性、疲劳强度，常被用作装饰面板材料。随着机械、汽车等相关行业的发展，5052铝合金板材的需求量越来越大。
5.1初始条件
假设条件：以天然气熔化炉熔炼100t5052铝合金为例作物料平衡及热平衡计算。环境条件：气温为25℃。电解铝液：化学成分稳定且符合要求；气体及杂质含量尽量低。铝液入炉温度采用830℃和950℃分别计算。铝锭和镁锭：化学成分和几何尺寸符合国家或行业标准要求；表面清洁；无气孔夹杂；无腐蚀。选用Al99．70铝锭作为补加原料。中间合金：熔点低，最好接近于产品合金的熔炼温度；含有适量多的难熔元素；化学成分均匀；气体、非金属夹杂物含量尽可能低；易于破碎，便于配料。
5.2配料计算
铸锭的任何缺陷都遗传到后续加工的铝合金材料中，并无法消除，因此铝合金铸锭的质量与加工材的品质密切相关。而配料是熔铸生产的第一道工序，正确地配料是企业实现用低的成本生产高品质铸锭的基础。配料计算是根据合金、制品类别，确定合适的化学成分，并根据合金铸锭规格和制品使用性能，考虑企业的实际熔铸生产条件、合金元素的实收率、烧损率等等因素后，确定出合金化学成分的配料值（计算成分）、炉料组成和配料比，计算出每炉的各种炉料的重量，进行备料、过秤称量，准备装炉熔炼。正确的配料可实现铝合金熔炼炉前一次取样分析成分合格，然后就可进行搅拌、扒渣、熔体倒炉等。
如果炉前一次取样分析成分不合格，则需要进行补料或冲淡计算（约5min）→补料或冲淡备料过程（约4min）→装炉（约3min）→升温熔化（约25min）→搅拌、二次取样分析（约21min）。多次炉前取样分析、补料或冲淡，不仅增加了熔炼时间，降低了生产效率，增加了能耗、金属烧损和分析检验费用，而且熔炼时间延长会增加熔体氧化和吸氢、铸锭晶粒粗化，降低铸锭和最终加工材料的品质。在铝合金实际熔铸生产中，炉前一次取样分析成分合格的熔次，在一般企业中为10%左右；要进行补料或冲淡、二次和三次取样分析成分才合格的为80%左右；要进行四次取样分析成分才合格的为10%左右。采用电解铝液生产铝合金铸锭时固体料应适当加入。固体料的作用：（1）降低电解铝液温度；（2）改善铸锭组织；（3）对以电解铝液为原料的铝加工厂，加入固体废料还可降低生产成本。
6结束语
综上所述，加强对电解铝液直接铸造铝合金锭中配料问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的电解铝液直接铸造铝合金锭过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]胥福顺，陈劲戈.电解铝液驻扎生产3102铝合金箔坯料工艺研究[J].轻合金加工技术.2016（10）：60-62.
[2]陈渝等.同水平密排热顶铸造7075铝合金扁锭工艺研究[J].轻合金加工技术.2017（01）：115-116.
论文作者:马宁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/11
标签：电解铝论文; 铝合金论文; 铸锭论文; 合金论文; 铝锭论文; 温度论文; 成分论文; 《基层建设》2017年第25期论文;