曾奇才，邹万军

（清远市钛美铝业有限公司，广东清远，511533）

一、前言

目前、我国大部分电解铝厂把电解铝液通过精炼，除渣除气，然后铸造成重熔铝锭出售；而铝型材厂购回上述铝锭，重新熔炼铸造，生产挤压用铝合金圆锭。

假若在高温电解铝液添加合金，直接熔炼铸造成铝合金圆锭，缩短了工艺过程，省掉了铝锭重熔工序，节省设备投资和人工工资。利用电解原铝液直接生产圆锭，只要工艺措施得当，产品质量完全符合挤压生产工艺的要求。熔炼铸造成本300元/t-A，其中烧损0.8%左右、油耗4kg/t-A、电耗14kw/t-A、人工工资24元/t-A等。

采用短流程生产工艺，充分利用了电解铝液的高温热能，节约了宝贵的能源，减少了烟气、粉尘对环境的污染，减少了铝液的烧损1%左右，每吨产品可以节约油料60kg以上，节电30多度，每一吨产品至少创造经济效益500-600元。

然而，有些生产单位使用设备过于简陋，对电解铝液的特性缺乏了解，工艺措施不当，圆铸锭质量存在非金属夹杂多、气体含量高、晶体粗大、裂纹等质量缺陷。只要采取适当的工艺技术措施，加强管理，完全可以生产出优质圆锭，满足用户的需求。

二、电解原铝液的特性

1、电解原铝液温度高，气体含量高

众所周知，电解铝生产过程是在高温条件下的电化学过程。当今，隨着科学技术的发展，电解槽容量越来越大，电流强度高达350-500KA，电流效率达到94-95%。电解槽以碳块为阳极，以半石墨化碳块作阴极，一般温度在950-960℃之间。电解质成份很复杂，除主成份冰晶石之外，还加有Al2O3、CaF2、MgF2等，它们的含量分别为1.38-2.88% 、4.88-5.88% 和0.47-0.87% ；含水率除 AlF3 ≤7.5%外，其他均小于或等于1.0%。上述物料中的水份分别为附着水和结晶水，附着水在高温条件下，易于蒸发去掉，而结晶水在电解槽中进行化学反应3H2O 2AL→Al2O3 6[H]，[H]溶解于电解铝液中，铝液温度越高，原子氢的饱和浓度越大。

除了氢之外电解铝液还含有CO2、CO、CH4 和 N2。电解原铝液气体含量组成范围也很宽，H2：53-96%；CO2：2.5-30%；CO：20%；CH4：2.5%； N2：2.5%。对气体含量高的电解原铝液，必须采取行之有效的除气措施，才能消除它们的危害。

2、电解原铝液杂质含量多

液态原铝中的杂质主要为非金属杂质，也有少量金属杂质。非金属杂质含量最多为氧化铝，其次是氟化盐、碳化铝和氮化铝。电解过程中，加入电解槽中的氧化铝是砂状氧化铝。砂状氧化铝由α-Al2O3和γ-Al2O3，α-Al2O3≥25%；α-Al2O3呈球状、比重大、质地致密、表面积小，在电解质中，溶解速度慢，来不及溶解的α-Al2O3往往沉淀于槽底，少量混入阴极铝液中。而γ-Al2O3活性大，溶解速度快，一般不会在电解槽底沉积。一般来说，电解槽24小时抽取铝液一次，混入铝液中的α-Al2O3 隨同铝液一块进入铝液抬包，倒进熔铸生产系统的熔炼炉内。

电解原铝液中的金属杂质有硅、铁、锌、钛、钠等，但最主要的金属杂质还是硅和铁。这些杂质的来源主要有两个方面：一是来自原料及材料，例如采用碱法生产的氧化铝原料含有SiO2、Fe2O3、TiO2、ZnO、Na2O 等杂质，通过电解，生成了Si、Fe、Ti、Zn、Na等金属。二是来自电解槽内衬、工具、设备、尘土及其他。

顺便说一下，在高温液态铝中，碳与钛反应生成TiC，TiC是液态铝合金在凝固过程中很好的非自发晶核，TiC的成核作用优于TiB2粒子，有利于合金铝液结晶时细化其晶粒，可惜含量太低。

我国是全世界原铝产量最多的国家，采用短流程，利用电解原铝液太阳能电池直接生产铝加工所需要的扁锭和圆锭，这是铝工业发展的必由之路，也引起了有关部门的高度重视。有些大型电解铝企业，例如贵州铝厂、青海铝厂、包头铝厂、青铜峡铝厂等，近几年来，引进欧美国家的先进技术和先进设备，相继建成了自动化程度高技术一流的熔铸生产线，主体设备包括大型熔炼炉，大型液压倾动静置炉，大功率电磁搅拌器，在线氩气除气系统，液压铸造机及铸锭均匀化装备等。通过投料试车生产，产品质量上佳，取得了很好的经济和环境效益。

也有一些企业，投资数百万元，建三台15吨熔炼炉、两台钢丝绳铸造机、一台单轨天车、一套偱环水系统，产能也可以达到75000吨/年。但是设备过于简陋，技术装备差，又不尊重学科，疏于管理，粗制滥造，产品质量差，问题成堆。对于这一类企业，如何进行设备改造，加强技术管理，改进工艺技术措施，完善工艺制度，生产合格产品。在这里，谈谈自己的看法，供同行参考。

三、用电解原铝液生产园锭的工艺技术措施

1、熔炼工艺技术的改进

采用电解原铝液生产铝合金圆锭，普通6063铝合金占90%以上，偶尔也生产一点3003、6061、6082、6005、5052之类的铝合金。这些铝合金生产，固液相温度范围小，冷热裂纹倾向小，技术难度小。不像2XXX系列硬铝和7XXX系列超硬铝那样，合金成分元素多，范围宽，由于结晶温度范围宽，固液区塑性低，具有极大的形成热裂纹和疏松的倾向性，同时还应考虑杂质元素Si、Fe的比例对合金性能带来的影响，考虑采用加入铜、锰、铬、来改善合金的耐蚀性，加入钛、锆改善铸锭和再结晶组织。

熔炼炉在倒铝水之前，先把不带水份的干燥头尾料加到熔炼炉炉底。铝电解槽液温度很高，正常情况下高达950-965℃，槽底铝液温度也不低于940℃。铝液倒进熔炼炉之后，还有820-860℃。为了防止高温下铝液氧化，立即撒上一层覆盖剂覆盖熔体表面。由于覆盖剂的熔点比铝液温度低，密度比熔体小，还具有良好的润湿性能，在熔体表面形成一层连续的液体保护膜，将炉内熔体与空气隔开。

一般情况下，氧气或水蒸汽不能或很少能透过此覆盖层与铝液进行反应，而溶解在电解液中的氢原子由于其半径很小，则可以穿透覆盖层而逸出。

由于电解原铝液气体与杂质含量高，针对上述成份特点，必须加强熔体精炼工序。精炼通常采用粉状精炼剂、用氮气吹炼；首先必须确保精炼剂和氮气质量。生产6063铝合金铸锭，一般采用1#精炼剂；目前、国内市售精炼剂种类繁多，而绝大多数企业均以保密为由，不向用户说明成分组成，加之供应商之间价格竞争激烈，个别不良精炼剂生产厂家便从化工原料选用，配方搭配及加工方法上偷工减料，精炼剂一定要确保质量，认真选用。深圳派瑞科治金材料有限公司的精炼剂质量较好，不妨试用一下。氮气自己不能制造，采用市售工业氮气，纯度为99%，那么氮气还有1%的氧气和水份，吹气时间越长，带到铝液中的水份及氧气越多。精炼所用氮气必须确保氮气纯度≥99.995%。建一条流量为20M3的制氮生产线，设备投产不到20万元，最多一年收回设备投资。既保证了氮气纯度，又节约了生产成本何乐而不为。

采用优质精炼剂和高纯氮气，在730-750℃温度条件下，进行两次精炼。第一次精炼精炼剂用量2.5kg/t-A，精炼时间25-30min；精炼后扒渣、加镁、补火。第二次精炼精炼剂用量1.5kg/t，精炼时间15-20min。第二次精炼完成之后，扒渣、取样分析、成份合格之后，再撒一层覆盖剂，炉内静置30min。 1/2 12下一页尾页