5182罐蓋料鋁合金扁錠生產(chǎn)工藝研究

任允清，吳超峰

(河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司，河南 鞏義 451200)

5182鋁合金是Al-Mg系合金，由于其具有良好的強(qiáng)度、延伸率和深沖性能，易拉罐蓋、百葉窗、瓶蓋等對綜合性能要求比較高的板坯多采用該合金。然而在5182扁錠的實(shí)際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)：①由于該合金鎂含量較高，鋁液表面氧化膜致密性差，鑄錠在鑄造過程中易形成非金屬夾雜和氫含量超標(biāo)；②由于合金中鎂容易氧化燒損，過程控制不當(dāng)易造成合金中鎂含量不足；③熔體中鈉含量控制不當(dāng)，會造成鑄錠裂紋或后期軋制時(shí)的鈉脆現(xiàn)象；④5182合金鑄造時(shí)底部裂紋傾向較高，鑄造工藝不當(dāng)易形成大面通裂現(xiàn)象。因此，為了鑄造出高性能的5182合金，在生產(chǎn)過程中必須解決這些問題。

1 合金成分

5182合金成分如表1所示。合金中的錳可以以錳添加劑的形式加入，也可以加入鋁錳中間合金。錳添加劑要求在配鎂之前加入以防止錳吸收過慢，加入錳添加劑后先靜置15min接著攪拌20min然后再加入鎂。

表1 5182合余化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

5182鋁合金中鎂含量較高,鎂的活潑性決定了其在熔體中容易因燒損而導(dǎo)致含量降低。因此在配料時(shí),鎂含量一般取中上限為4.55%～4.65%。然而隨著熔體保溫時(shí)間延長,鎂含量還會逐步降低,實(shí)驗(yàn)證明5182合金熔體在720℃保溫情況下，鎂含量每小時(shí)下降約0.05%。因此每隔4h要重新分析一次，加鎂并補(bǔ)充精煉一次(純氬氣20min保溫爐內(nèi)精煉)。

2 熔鑄生產(chǎn)工藝研究

2.1 熔體的除鈉、除氫精煉

一般熔煉爐內(nèi)鈉含量約為18ppm，氫含量為0.4ml/100gAl，我們使用的原料為70%電解原鋁，因此氫和鈉的含量都比較高。生產(chǎn)實(shí)踐表明5182合金鈉含量超過5ppm時(shí)就會產(chǎn)生熱軋邊部裂紋現(xiàn)象，因此首先要在熔煉爐內(nèi)除鈉，目前采用PROMAG精煉劑和二號溶劑結(jié)合充分?jǐn)嚢璧霓k法來除鈉。熔煉爐加入鋁時(shí)，先將少量的PROMAG固體精煉劑加入爐內(nèi)入鋁口處，鋁液流入爐內(nèi)時(shí)和精煉劑反應(yīng)，由于精煉劑中的六氯乙烷分解成氯氣和熔體中的鈉元素反應(yīng)生成氯化鈉上浮至熔體表面，之后可隨表面渣一起扒出。一般固體精煉劑的熔煉為每噸電解鋁0.1～0.15kg。在熔煉爐加鎂的時(shí)候，鋁液表面均勻撒入二號溶劑，并開啟電磁攪拌約30min。二號溶劑不但可以起到防止鎂燃燒的作用，其中的氯化鎂還可以起到置換鋁熔體中鈉的作用。同時(shí)在鋁熔體攪拌過程中，鈉元素也在不斷氧化揮發(fā)。通過熔煉爐內(nèi)精煉，鈉含量一般可以降到7ppm以下，由于鈉元素在倒?fàn)t過程中也會有一部分氧化揮發(fā)，因此保溫爐內(nèi)精煉前鈉含量一般為3～4ppm。

除鈉精煉時(shí)，還要防止在保溫爐內(nèi)使用太多的氯氣而導(dǎo)致鑄造過程中過濾系統(tǒng)堵塞。保溫爐內(nèi)精煉使用加拿大STAS設(shè)備RFGI精煉方法，采用氬氣+氯氣混合氣體(氯氣加入量為1%～3%)精煉30min，再用純氬氣精煉10min。試驗(yàn)證明，氯氣加入量超過3%時(shí)，熔體中會產(chǎn)生大量的液態(tài)氯化鎂，這種物質(zhì)很容易和熔體中的氧化物結(jié)合生成一種粘稠狀的暗紅色物質(zhì)，凝固后成為黑色(通常稱之為黑色氧化物)。這種物質(zhì)不但易堵塞過濾系統(tǒng)大大降低其使用壽命，同時(shí)還對扁錠鑄造裂紋敏感，對生產(chǎn)帶來不利影響。最終經(jīng)保溫爐精煉后鈉含量可降至1～2ppm，氫含量可降至約0.3ml/100gAl。在線除氣選用法國Novelis的Alpur三轉(zhuǎn)子除氣設(shè)備，采用純氬氣精煉。精煉后氫含量可達(dá)到0.12～0.15ml/100gAl.

2.2 熔體過濾

采用30ppi板式過濾加上法國Novelis的深床過濾，首先通過板式過濾進(jìn)行熔體的粗過濾，可提高深床過濾介質(zhì)的壽命，過濾后95%以上10μm尺寸的夾雜物可被攔截，后期軋制效果良好。

2.3 鑄造工藝參數(shù)

使用的鑄造設(shè)備是美國Wagstaff全自動(dòng)鑄造機(jī)，配套結(jié)晶器是世界領(lǐng)先水平的LHC低液位雙室冷卻水結(jié)晶器。

5182鋁合金鑄造最常見的缺陷有錠尾余漏、開始階段大面漏鋁和大面通裂等。錠尾余漏的主要原因是在鑄錠和結(jié)晶器之間，由于錠尾翹曲形成了過大的縫隙，使得熔體金屬流出而漏鋁。從工藝參數(shù)上來分析，其原因是開始時(shí)鑄造速度提升太慢或水流量提升太快造成的。鑄造開始時(shí)大面漏鋁是在膜沸騰結(jié)束之后，結(jié)晶器金屬液位下降過程中，結(jié)晶器大面上掛鋁而形成的，主要原因是開始階段結(jié)晶器液位太高所導(dǎo)致的。鑄錠大面通裂原因是鑄錠在頂板開始下降和鑄錠產(chǎn)生翹曲時(shí)在脆性區(qū)產(chǎn)生的開裂，主要原因是鑄造水流量太小、鑄造速度提升太快、鑄造開始時(shí)熔體溫度過高而造成的。

上述三個(gè)方面不但是相互關(guān)聯(lián)也是相互矛盾的。例如為了解決錠尾余漏，可能會引起鑄錠通裂，為了解決大面漏鋁也可能導(dǎo)致錠尾余漏。為此我們多次調(diào)整了工藝參進(jìn)行試驗(yàn)。工藝參數(shù)1(表2)錠尾余漏，鑄造至150mm左右，二次水打開后錠尾翹曲嚴(yán)重，1、3號錠小面漏鋁開機(jī)失敗。工藝參數(shù)2(表3)鑄造至360mm時(shí)，2號錠大面漏鋁開機(jī)失敗，主要原因是結(jié)晶器金屬液位開始下降過程中，因結(jié)晶器大面掛鋁導(dǎo)致漏鋁。工藝參數(shù)3(表4)熱裂，1、4號錠大面通裂。工藝參數(shù)4(表5)鑄造成功，沒發(fā)現(xiàn)上述問題，按照此參數(shù)連續(xù)生產(chǎn)7個(gè)鑄次均未發(fā)現(xiàn)異常情況。

表2 工藝參數(shù)1

表3 工藝參數(shù)2

表4 工藝參數(shù)3

表5 工藝參數(shù)4

工藝參數(shù)4與工藝參數(shù)1、2、3相比主要有以下特點(diǎn)：(1)與工藝參數(shù)1相比，對開始的水流量斜線進(jìn)行了調(diào)整，水流量斜率放緩，使膜沸騰時(shí)間延長至190mm左右；(2)與工藝參數(shù)2相比，降低了二次翹曲時(shí)結(jié)晶器的金屬液位，由原來的92mm降至84mm，解決了結(jié)晶器的掛鋁問題；(3)與工藝參數(shù)3相比，改變了鑄造速度斜線，在二次翹曲結(jié)束后即鑄造長度達(dá)到190mm左右時(shí)，鑄造速度已達(dá)到43mm/min，而水流量只有120m3/min，由于鑄錠過熱很容易產(chǎn)生熱裂，這時(shí)鑄造速度保持在43mm/min，繼續(xù)提高水流量，待水流量達(dá)到260 m3/min時(shí)，再緩慢提高鑄造速度，這樣就減少了膜沸騰之后的熱應(yīng)力。

3 結(jié)論

通過5182鋁合金的熔鑄生產(chǎn)試驗(yàn)，得出了比較合理的熔煉和鑄造工藝參數(shù)，保證了5182鋁合金鑄錠的化學(xué)成分和冶金質(zhì)量，同時(shí)也解決了鑄造過程中的錠尾余漏、大面漏鋁和熱裂等問題。

[1]美國Wagstaff公司鑄造技術(shù)手冊.

[2]黃良余.鑄造有色合金及其熔煉[M].國防工業(yè)出版社,1980.

[3]陳存中.有色金屬熔煉與鑄造[M].冶金工業(yè)出版社，1988.