关于铝熔铸生产的新工艺及设备的分析

罗文臣

（中国铝业股份有限公司连城分公司，甘肃 兰州 730335）

关于铝熔铸的生产工艺主要有两种，即长流程工艺以及短流程工艺。其中长流程工艺属于传统工艺，在长期发展下，该项工艺的生产效能因为不满足生产需求，所以几乎被淘汰，而短流程工艺属于现代工艺，其效能表现良好，因此备受青睐，但无论是哪一种工艺，在当前市场背景上，其都存在问题表现，所以需要改善，而这也是本文研究课题的意义所在。

1 铝熔铸工艺常见问题

1.1 长流程工艺问题

铝熔铸长流程工艺虽然在大部分时候，因为产能不足而不被使用，但在小部分时候该流程更为实用，例如技术条件简陋、产能要求较低的条件下，所以具有分析意义。具体来说，铝熔铸长流程工艺应用中，首先要通过在线净化处理方式，对电解车间中的电解铝液进行处理，随后通过熔铸手段得到铝锭，其次将铝锭运至铝加工厂生产处，进行铝合金产品生产，生产过程当中，需要将铝锭放入熔炼炉进行融化，结合模型形成制定形状，同时在其中添加合金，随后放入保温炉当中，使铝液在一定稳定下凝固，但不完全硬化，再次通过在线处理与过滤手段，对产品造型进行修整，最终通过铸造、铸轧等方式即可使铝合金产品定型。该工艺存在以下问题。

（1）工作负担大。综上可见，长流程工艺基本上可以分为两个部分，其中需要通过运输来进行衔接，所以这一流程会变得十分缓慢，同时会给工作人员带来较大的工作负担，且这一表现也是导致该工艺产能不足的主要原因之一。

（2）产品质量问题。长流程工艺在表面上来看较为全面，各个步骤面面俱到，但结合现代铝合金产品要求，长流程工艺生产出来的产品，在性能上总是存在瑕疵，针对这一点，说明该工艺的产品质量存在问题。究其原因，因为长流程工艺中没有净化杂质的步骤，所以导致茶农质量不佳。

1.2 短流程工艺问题

短流程工艺应用当中，首先直接将电解车间中的电解铝液注入熔炼炉，并掺入相应的中间合金，同时此步骤中的返回料、添加剂会生成液态铝合金原料，其次将这些原料放入保温炉内进行在线精炼铸造，由此形成铝合金产品，相比这下，短流程工艺省去了长流程工艺中运输及之前的步骤，所以在能耗上表现良好，也降低了工作的负担，同时在在线处理以及过滤当中，可以对产品进行净化，排除其中杂质，说明其应用价值较高。但结合现代研究确认，短流程工艺依旧存在部分问题，即气体缺陷、夹杂缺陷、碱金属缺陷、组织粗大，各类问题具体表现见下文。

（1）气体缺陷。短流程工艺的溶液中存在氢气，其溶解度会随着溶液温度会一同降低，在这种条件下，因为短流程工艺当中，其铸造工艺属于水冷工艺，该工艺条件下溶液凝固速度很快，所以氢气来不及从溶液当中排除，由此在凝固过程当中，就会导致铝合金出现疏松、气孔等气体缺陷，代表铝合金产量的金属连续性降低，如果情况严重很可能导致产品报废。

（2）夹杂缺陷。短流程工艺在线处理中虽然可以对溶液杂质进行清理，但是结果并不如预期，且该工艺生产过程当中，会出现很多夹杂物，例如氧化夹渣、炉衬耐火材料、保温材料、过滤器、熔铸工具碎片、铝液净化时产生的氯化物等等，这些物质会给铝合金产品带来诸多负面影响，即力学性能、加工性能、疲劳抗力、抗蚀性等性能降低。

（3）碱金属缺陷。短流程工艺所使用的原材料成分中包含了钠、钙等碱及碱土金属，这些成分均属于碱金属、碱土金属，两者本身是一种对铝材性能有一定危害的物质，所以受原材料影响，该工艺下的铝合金产品，容易出现碱金属缺陷。

举例来说，如果铝合金产品内，存在大量的钠成分，则代表铝镁系合金内的含镁量降低，使其流动性减弱，形成具有钠脆性特点的铝合金产品，其质量无法应用到实际工作中。

（4）组织粗大。因为短流程工艺的电解铝液温度较高，导致自身非自发形核少，所以一旦熔体处理不当，就可能使铝合金产品内部出现晶粒组织，这些组织的粒径普遍较大，属于粗大组织，会导致铝合金产品的力学性能降低。

2 新工艺及设备分析

2.1 新工艺方案

在新工艺当中为了提高净化效果，需要突破熔铸工艺局限性，在其他部分也需要进行净化处理，所以本文认为可以在熔铸生产车间内，设置独立的电解铝熔体净化系统，在该系统运作下，整个工艺流程中就等于存在两个净化步骤，所有铝液在进入熔铸车间时，都会预先进行处理，并借助车间设备监测设备对清洁度进行观察，如果不满足工艺要求则返回再次清理先，完成后铝液才会进入后续生产流程[2]。该方案具有如下优势：①除碱效果稳定。前置的净化步骤，可以直接对铝液进行除碱、除渣处理，保障熔炼炉内的铝液清洁度达标，该步骤因为具备自动化特征，所以不容易受人工因素影响，所以清洁、除碱效果稳定。②工艺消耗降低。因为熔炼炉内铝液的清洁度得到提高，所以熔炼炉在运作过程当中，其铝液搅拌次数、扒渣次数都会降低，代表工艺时间减短、能源消耗以及运作成本降低。③设备维护能效良好。以往短流程工艺当中，因为铝液内的杂质较多，所以进入熔炼炉之后，会导致炉壁内存在大量结渣现象，运作过程中容易引起炉壁划伤，需要人工频繁进行维护。

2.2 应用流程与设备

本文设计的新工艺方案具有4个步骤，即准备工作、入料、精炼处理、放流，各步骤具体内容见下文。

①准备工作。打开入料口、排烟接口阀后，将底料放铝口、扒渣口、放铝口、激光液位控制器口全部关闭，随后启动油缸零位，同时对石墨转子的位置进行检查，确保其处于高位。②入料。将电解抬包运至电解铝熔体净化系统入口，随后倾斜电解抬包即可将铝液注入电解铝熔体净化系统内。③精炼处理。关闭入料口，控制石墨转子下降，当其达到中位开启氩气系统、达到低位则控制石墨转子转动，带动喷粉精炼运行5min～10min后即可关闭。④放流。先将激光液位控制器口打开，随后打开放铝口，将铝液注入熔炼炉内，同时观察激光对液面高度的测试结果，当达到设定值后，将放铝口关闭，等到铝液进入熔炼炉，直至熔炼炉充满即可。

3 结语

本文主要对关于铝熔铸生产的新工艺及设备进行了分析，分析中先对铝熔铸长、短流程工艺进行了分析，结果显示这两种工艺均存在问题，需要进行改善，随后设计了新工艺方案，并对该方案的设备以及应用流程进行了介绍。