熔体吸附净化法在电解铝液直接铸轧中的应用研究

王翠芳，李 蒙，孙 备

(焦作大学 机电工程学院，河南 焦作 454003)

1 引言

随着社会需求日益增长和国民经济快速发展，广泛应用于空调、烟酒包装、建筑装饰和电缆等行业的铝箔消费量越来越大[1]，同时人们对铝箔质量也提出了更高的要求。目前，大部分生产厂家采用电解液直接铸轧-冷轧生产铝箔产品[2]，优质的熔体质量直接决定了铝箔用铸轧板料的好坏，而获得高质量铝箔产品的关键技术是高效的铝合金熔体净化处理工艺。因此，本文首先介绍了熔体吸附净化工艺的分类和优缺点，然后采用该工艺进行1235铝合金铸轧生产试验，并研究和分析了生产试验结果，以期为生产企业和研究者提供理论参考。

2 熔体吸附法的作用机理

吸附法，即吸附净化法，其作用机理为铝合金熔体与N2、Cl2等气体、吸附剂和精炼剂等介质直接相接触，使熔体中存在的气体和固态氧化夹杂物与吸附剂发生物理、化学和机械作用，从而除去熔体中存在的气和夹杂物。吸附法主要包括吹气法、过滤法和熔剂法等3种方法，简要介绍如下[3～14]。

2.1 吹气法

该方法始于20世纪70 年代，是除氢效果非常明显的一种铝熔体净化工艺。其基本原理是将氮气和氩气等惰性气体通入铝合金熔体，使得铝合金熔体内部形成大量气泡，造成惰性气体气泡与铝合金溶液的界面上存在氢的压力差，迫使熔体中的氢不断地向惰性气体气泡中扩散，与惰性气体气泡一起被带出液面而达到除氢的目的。大量研究结果表明，夹杂物和气有相互依存的关系，除气的同时夹杂物也被去除掉。大量的实验结果表明，该方法不仅去除了熔体中氢，同时有利于去除铝合金内部的夹杂物。由此可见，该方法对熔体净化效果很好。随着除氢技术的快速发展，出现了SNIF法净化处理工艺，该工艺除氢效果非常明显。经过该工艺处理之后熔体含氢量可以降到0.08 mL/100 mg以下，相比原来单管喷吹处理后熔体的含氢量约为0.2 mL/100 mg，除氢效果提高了60%。

2.2 过滤法

此种工艺采用中性或活性材料的制造器对通过的铝合金熔体中固体夹杂物进行过滤和分离而达到铝熔体净化的一种工艺。过滤材质主要采用玻璃布、刚玉球及泡沫陶瓷。其中玻璃布过滤法适应性强，操作简单方便，成本很低，但是其过滤效果不稳定；而泡沫陶瓷过滤法的特点为操作方便、效果好。

2.3 熔剂法

熔剂法的原理是向铝合金熔体中添加熔剂，使其发生一系列物理化学作用而达到去气除杂目的的一种工艺方法。因为铝合金熔体中氧化夹杂物的吸附、溶解以及它们之间的化学作用決定了熔剂的除杂效果，易增加熔炼成本和人为因素引入的杂质几率。随着铝合金熔体净化技术的快速发展，相继出现了更为先进熔体处理用熔剂，例如JDN—Ⅰ熔剂，该熔剂能够非常明显的提高除氢效果[15]。

3 熔体吸附法在电解铝液直接铸轧中的应用

熔体净化处理工艺在国内外铝合金生产中得到了一定的应用。本试验在协作生产企业进行，在保持其它生产条件不变的情况下，保温炉内采用惰性气体和CCl4进行复合精炼，在线精炼采用SNIF法除气净化装置对铝合金熔体进行净化处理。试样的制作是直接从生产现场随机选取。采用光学显微镜对铸轧板轧面和纵截面显微组织进行了研究和分析。金相观察和偏光组织分析在光学显微镜Olympus BH-2上进行，试样厚度为7.0 mm，宽度为1050 mm。图1给出了试样轧面和纵截面的显微组织。从图中可以看出，铸轧板显微组织中未发现夹杂物现象的存在，组织中第二析出相均匀分布；试样轧面偏光组织大多呈现为细小的等轴晶，个别区域存在大块晶粒，晶粒大小较均匀；试样纵截面则明显呈现纤维化沿着轧制方向延伸，具有变形组织特征。这是因为铸轧板轧制过程中，铝合金熔体首先与铸轧辊接触，散热速度快，过冷度大，晶粒形核核心多而形成细小的晶粒；中心部位散热速度相对较慢，冷却速度降低，过冷度低，导致结晶速度慢，晶粒形核核心少，促进枝晶的快速生长，故形成了较为粗大的晶粒[16，17]。

(a)铸轧板轧面金相组织; (b)铸轧板表层偏光组织; (c)铸轧板纵截面金相组织;(d)铸轧板表层偏光组织

4 结语

通过熔体吸附法净化处理工艺的试验研究可知，综合采用吹气、过滤和熔剂法进行处理铝合金熔体后，铝合金熔体的气体和夹杂物净化效果非常明显，铸轧板显微组织符合国家标准相应的规定，能满足电解铝液直接铸轧双零铝箔生产的要求，铝箔针孔度降低，塑性和抗拉强度均能满足最终产品的轧制要求。尽管熔体净化技术水平和净化效果有了明显的提高，但仍需进一步提高熔体净化技术，以提高铝合金熔体质量，提高产品质量，满足双零铝箔铸轧生产的需要。