论文部分内容阅读
摘要：本文论述了利用电解原铝液直接生产3104合金扁锭技术与发展，为利用电解原铝液直接生产3104合金扁锭技术的可持续发展提供了一定见解。
关键词：电解原铝液；3104合金锭；技术与发展
一、引言
3104合金扁锭系3×××合金扁锭系列。其主要用于生产易拉罐。国内仅有极少数厂家能生产易拉罐。而3×××系扁锭产品规格越大，开发生产难度相当大。其只有研究3104合金的特性、电解铝液的特点，从理论和实践上研究探索适合于罐用3104合金扁锭生产的熔体处理工艺和铸造工艺参数的合理配置，才能生产出满足罐体日益减薄所需要的高品质合金扁锭，从而摆脱我国罐料长期依赖进口的困局，以开创中国铝加工行业的新局面。
二、对电解铝液直配3104合金扁锭的分析与认识
（一）、铝合金扁锭疏松缺陷类型
在铝合金铸锭的晶界或晶枝间，常常有一些宏观或微观的孔洞，孔洞内表面大多参差不齐，呈棱角状，就是疏松。疏松可以通过切取铸锭的低倍试片磨光后用肉眼或显微镜检查出来。
（二）、铝合金扁锭疏松缺陷典型形貌及形成原因分析
1、疏松缺陷典型形貌
对疏松铸锭试样做扫描电镜分析，发现有一定数量弥散状分布的微观夹杂。夹杂主要成分是O、Na、Mg、Si、Mn、H等元素的化合物。在严重疏松试样的横截面存在大量的孔洞，这是夹杂性疏松。
铸造温度过低会降低金属液流动性和补缩能力。金属在结晶时进行液态收缩和凝固收缩，会在晶粒或晶枝间形成孔隙，位于过渡带的液体金属黏性大、流动性差，从而导致铸坯形成补缩性疏松。
2、疏松缺陷形成原因
（1）、合金液的净化程度不高
（2）、炉内合金液静止时间不够
（3）、环境相对湿度大
三、提高电解铝液直配3104合金扁锭的技术水平，以促进其可持续地发展
（一）、3104铝合金扁锭的生产工艺研究
1、化学元素含量的确定
3104合金中含量较高的合金元素主要有Mn、Mg，杂质元素主要有Fe、Si等。Mn与Al结合形成强化相MnAl6。但过量的Mn形成大量脆性化合物，使扁锭浇铸过程中易开裂。
杂质Fe、Si对合金的热脆性有比较明显的影响。
Si含量增加，合金的热脆性急剧提高，而Fe含量增加，合金的热脆性明显下降。这是因为3104合金中，Mg和Si形成Mg2Si后，有大量的过剩Mg存在。此时Mg2Si很少进入固溶体中，存在于晶界和枝晶界的低熔点共晶体中，从而增加合金的热裂倾向。当向合金中添加Fe以后，生成了一些含FeSiMn的杂质化合物，使晶界和枝晶界的Mg2Si量减少，从而降低热裂倾向。
2、配料
根据铝及铝合金扁锭化学成分的要求，合理搭配使用符合成分要求的原铝液吨位，及精确计算各种配料用中间合金（合金元素添加剂）的用量。
3、搅拌及转注
当配料工序完成后，熔炼炉内铝液温度控制于730℃-740℃时，关闭炉门，启动电磁搅拌器进行铝液搅拌。在转注前对流槽进行相关的处理，给流槽粉刷涂层，并对流槽进行预热，且预热时间不低于30min。其要进行确保耐火衬里在使用前完全干燥，并且在转炉前清除转炉流槽和浇口里所有残渣和金属，检查转炉流槽内衬和涂层是否有裂缝、磨损，接缝处是否密封等工作，以保证铝液能够快速平稳注入保温炉，同时预防熔体的氧化烧损。
（二）、铸造3104铝合金扁锭质量缺陷的控制措施
目前国内生产3104铝合金扁锭普遍采用人工配料、手工计算和人工操作。其会造成配料不精确，搅拌不均匀，扒渣不彻底，炉内吹气精炼不易掌握，铝液流量控制不够准确，铺底不均衡，水流量变化大等现象发生。其除造成铸造缺陷外，还会使扁锭铸造成品率很低。某公司生产3104合金扁锭成品率仅在50%左右。其废品主要表现为裂纹、氧化夹杂、弯曲变形、气泡、缩松、成分偏析、表面偏析瘤与晶粒粗大等。
1、粗大晶粒控制
（1）、控制电解铝液的配料比例。电解槽内铝液的温度在930℃左右，用真空抬包吸出并运输到铸造车间后，铝液的温度仍然保持在860℃-900℃，即属于过热熔體。在实际生产中，电解铝液的配料量控制在60%以内。
（2）、尽可能实现快速熔炼与炉内精炼处理。由于熔化、精炼时间长，必定造成熔体过热，而导致粗大晶粒产生，因此，控制熔炼和精炼时间是消除粗大晶粒的重要途径。
（3）、控制具有粗大晶粒组织的炉料用量。金属炉料具有组织遗传性。实践证明，在3104合金熔炼中，具有组织遗传炉料的添加量不能超过15%。
（4）、铸造工艺参数控制。在3104铝合金扁锭DC铸造时，在确保合金扁锭具有良好的成形性的前提下，采用较大的冷却强度控制粗大晶粒很有必要。
（5）、添加晶粒细化剂。添加晶粒细化剂要保证细化剂有效化学元素的含量相良好的溶解性能。因为有效元素的溶解性能好，所以其实收率高，细化效果好。实践证明，在溜槽中通过自动喂丝机逆流添加晶粒细化剂杆细化效果好。
2、夹杂缺陷控制
加强炉料管理，防止炉料污染；尽可能不要采用人工搅拌或机械搅拌，最大程度利用电磁搅拌、永磁搅拌或炉底透气砖搅拌；采用虹吸装置从真空抬包向熔炼炉转注铝液，将铝液转注过程中氧化膜形成的可能性降低到最低程度；选择最佳的固液比，减小高杂质含量电解铝液对夹杂形成的不利影响；确保合适的精炼温度和静置时间，使夹有充足的时间随精炼气体上浮至熔体表面；确保精炼用气纯度不小于99.90%；采用高质量双级或复合过滤板。
3、疏松缺陷控制
（1）、电解铝液的净化处理：将原铝液用虹吸管转入熔炼炉转注入熔炼炉，添加适量的除渣剂，电磁搅拌20min-30min，将液面浮起的渣子扒干净；静置炉内的熔体净化，用气体（Cl、Ar、N或两种气体的混合）精炼为宜。在线净化采用三级在线除渣系统，过滤板以40/60ppi为宜。
（2）、严格控制保温炉内熔体的静置时间：确保熔体静置不少于30min-40min；
（3）、降低环境湿度：在铸造平台侧旁增设抽风机，消除铸造平台上方聚集的水蒸汽，使生产环境相对湿度小于40%；
（4）、控制炉内合金液温度：炉内温度达到工艺要求（733℃-742℃）。
四、结束语
随着国民经济的发展和国民生活质量的提高，铝合金材料饮品包装的需求量不断增长。目前，市场上广泛使用的碳酸饮料包装罐材质主要以3104铝合金为主。在美国、日本等发达国家，以3104铝合金作为啤酒、可乐等饮料的包装罐已经有很长的时间，而在中国使用铝合金材料作为包装罐的历史则相对很短。近十几年来，国内相关研究机构、学院和企业相继进行了3104罐用合金的研究，并取得了一定进展。在目前电解原铝产能过剩的情况下，研究用电解铝液直接生产高品质3104罐用铝合金扁锭的生产工艺，对于高品质罐料的轧制有着重要的意义。
参考文献
[1]、刘民章等.用电解铝液生产3104铝合金扁锭熔铸工艺技术研究[J].铝加工.2014（02）：25-29；
[2]、 魏国忠.3104铝合金扁锭疏松缺陷分析及其抑制方法[J].青海科技.2009（04）：52-54；
[3]、张机琴.大规格3104铝合金扁锭的生产技术[J].铸造技术.2009（05）：692-694。
关键词：电解原铝液；3104合金锭；技术与发展
一、引言
3104合金扁锭系3×××合金扁锭系列。其主要用于生产易拉罐。国内仅有极少数厂家能生产易拉罐。而3×××系扁锭产品规格越大，开发生产难度相当大。其只有研究3104合金的特性、电解铝液的特点，从理论和实践上研究探索适合于罐用3104合金扁锭生产的熔体处理工艺和铸造工艺参数的合理配置，才能生产出满足罐体日益减薄所需要的高品质合金扁锭，从而摆脱我国罐料长期依赖进口的困局，以开创中国铝加工行业的新局面。
二、对电解铝液直配3104合金扁锭的分析与认识
（一）、铝合金扁锭疏松缺陷类型
在铝合金铸锭的晶界或晶枝间，常常有一些宏观或微观的孔洞，孔洞内表面大多参差不齐，呈棱角状，就是疏松。疏松可以通过切取铸锭的低倍试片磨光后用肉眼或显微镜检查出来。
（二）、铝合金扁锭疏松缺陷典型形貌及形成原因分析
1、疏松缺陷典型形貌
对疏松铸锭试样做扫描电镜分析，发现有一定数量弥散状分布的微观夹杂。夹杂主要成分是O、Na、Mg、Si、Mn、H等元素的化合物。在严重疏松试样的横截面存在大量的孔洞，这是夹杂性疏松。
铸造温度过低会降低金属液流动性和补缩能力。金属在结晶时进行液态收缩和凝固收缩，会在晶粒或晶枝间形成孔隙，位于过渡带的液体金属黏性大、流动性差，从而导致铸坯形成补缩性疏松。
2、疏松缺陷形成原因
（1）、合金液的净化程度不高
（2）、炉内合金液静止时间不够
（3）、环境相对湿度大
三、提高电解铝液直配3104合金扁锭的技术水平，以促进其可持续地发展
（一）、3104铝合金扁锭的生产工艺研究
1、化学元素含量的确定
3104合金中含量较高的合金元素主要有Mn、Mg，杂质元素主要有Fe、Si等。Mn与Al结合形成强化相MnAl6。但过量的Mn形成大量脆性化合物，使扁锭浇铸过程中易开裂。
杂质Fe、Si对合金的热脆性有比较明显的影响。
Si含量增加，合金的热脆性急剧提高，而Fe含量增加，合金的热脆性明显下降。这是因为3104合金中，Mg和Si形成Mg2Si后，有大量的过剩Mg存在。此时Mg2Si很少进入固溶体中，存在于晶界和枝晶界的低熔点共晶体中，从而增加合金的热裂倾向。当向合金中添加Fe以后，生成了一些含FeSiMn的杂质化合物，使晶界和枝晶界的Mg2Si量减少，从而降低热裂倾向。
2、配料
根据铝及铝合金扁锭化学成分的要求，合理搭配使用符合成分要求的原铝液吨位，及精确计算各种配料用中间合金（合金元素添加剂）的用量。
3、搅拌及转注
当配料工序完成后，熔炼炉内铝液温度控制于730℃-740℃时，关闭炉门，启动电磁搅拌器进行铝液搅拌。在转注前对流槽进行相关的处理，给流槽粉刷涂层，并对流槽进行预热，且预热时间不低于30min。其要进行确保耐火衬里在使用前完全干燥，并且在转炉前清除转炉流槽和浇口里所有残渣和金属，检查转炉流槽内衬和涂层是否有裂缝、磨损，接缝处是否密封等工作，以保证铝液能够快速平稳注入保温炉，同时预防熔体的氧化烧损。
（二）、铸造3104铝合金扁锭质量缺陷的控制措施
目前国内生产3104铝合金扁锭普遍采用人工配料、手工计算和人工操作。其会造成配料不精确，搅拌不均匀，扒渣不彻底，炉内吹气精炼不易掌握，铝液流量控制不够准确，铺底不均衡，水流量变化大等现象发生。其除造成铸造缺陷外，还会使扁锭铸造成品率很低。某公司生产3104合金扁锭成品率仅在50%左右。其废品主要表现为裂纹、氧化夹杂、弯曲变形、气泡、缩松、成分偏析、表面偏析瘤与晶粒粗大等。
1、粗大晶粒控制
（1）、控制电解铝液的配料比例。电解槽内铝液的温度在930℃左右，用真空抬包吸出并运输到铸造车间后，铝液的温度仍然保持在860℃-900℃，即属于过热熔體。在实际生产中，电解铝液的配料量控制在60%以内。
（2）、尽可能实现快速熔炼与炉内精炼处理。由于熔化、精炼时间长，必定造成熔体过热，而导致粗大晶粒产生，因此，控制熔炼和精炼时间是消除粗大晶粒的重要途径。
（3）、控制具有粗大晶粒组织的炉料用量。金属炉料具有组织遗传性。实践证明，在3104合金熔炼中，具有组织遗传炉料的添加量不能超过15%。
（4）、铸造工艺参数控制。在3104铝合金扁锭DC铸造时，在确保合金扁锭具有良好的成形性的前提下，采用较大的冷却强度控制粗大晶粒很有必要。
（5）、添加晶粒细化剂。添加晶粒细化剂要保证细化剂有效化学元素的含量相良好的溶解性能。因为有效元素的溶解性能好，所以其实收率高，细化效果好。实践证明，在溜槽中通过自动喂丝机逆流添加晶粒细化剂杆细化效果好。
2、夹杂缺陷控制
加强炉料管理，防止炉料污染；尽可能不要采用人工搅拌或机械搅拌，最大程度利用电磁搅拌、永磁搅拌或炉底透气砖搅拌；采用虹吸装置从真空抬包向熔炼炉转注铝液，将铝液转注过程中氧化膜形成的可能性降低到最低程度；选择最佳的固液比，减小高杂质含量电解铝液对夹杂形成的不利影响；确保合适的精炼温度和静置时间，使夹有充足的时间随精炼气体上浮至熔体表面；确保精炼用气纯度不小于99.90%；采用高质量双级或复合过滤板。
3、疏松缺陷控制
（1）、电解铝液的净化处理：将原铝液用虹吸管转入熔炼炉转注入熔炼炉，添加适量的除渣剂，电磁搅拌20min-30min，将液面浮起的渣子扒干净；静置炉内的熔体净化，用气体（Cl、Ar、N或两种气体的混合）精炼为宜。在线净化采用三级在线除渣系统，过滤板以40/60ppi为宜。
（2）、严格控制保温炉内熔体的静置时间：确保熔体静置不少于30min-40min；
（3）、降低环境湿度：在铸造平台侧旁增设抽风机，消除铸造平台上方聚集的水蒸汽，使生产环境相对湿度小于40%；
（4）、控制炉内合金液温度：炉内温度达到工艺要求（733℃-742℃）。
四、结束语
随着国民经济的发展和国民生活质量的提高，铝合金材料饮品包装的需求量不断增长。目前，市场上广泛使用的碳酸饮料包装罐材质主要以3104铝合金为主。在美国、日本等发达国家，以3104铝合金作为啤酒、可乐等饮料的包装罐已经有很长的时间，而在中国使用铝合金材料作为包装罐的历史则相对很短。近十几年来，国内相关研究机构、学院和企业相继进行了3104罐用合金的研究，并取得了一定进展。在目前电解原铝产能过剩的情况下，研究用电解铝液直接生产高品质3104罐用铝合金扁锭的生产工艺，对于高品质罐料的轧制有着重要的意义。
参考文献
[1]、刘民章等.用电解铝液生产3104铝合金扁锭熔铸工艺技术研究[J].铝加工.2014（02）：25-29；
[2]、 魏国忠.3104铝合金扁锭疏松缺陷分析及其抑制方法[J].青海科技.2009（04）：52-54；
[3]、张机琴.大规格3104铝合金扁锭的生产技术[J].铸造技术.2009（05）：692-694。