關(guān)于鋁熔鑄生產(chǎn)的新工藝及設(shè)備的分析

羅文臣

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

關(guān)于鋁熔鑄的生產(chǎn)工藝主要有兩種，即長(zhǎng)流程工藝以及短流程工藝。其中長(zhǎng)流程工藝屬于傳統(tǒng)工藝，在長(zhǎng)期發(fā)展下，該項(xiàng)工藝的生產(chǎn)效能因?yàn)椴粷M足生產(chǎn)需求，所以幾乎被淘汰，而短流程工藝屬于現(xiàn)代工藝，其效能表現(xiàn)良好，因此備受青睞，但無(wú)論是哪一種工藝，在當(dāng)前市場(chǎng)背景上，其都存在問(wèn)題表現(xiàn)，所以需要改善，而這也是本文研究課題的意義所在。

1 鋁熔鑄工藝常見問(wèn)題

1.1 長(zhǎng)流程工藝問(wèn)題

鋁熔鑄長(zhǎng)流程工藝雖然在大部分時(shí)候，因?yàn)楫a(chǎn)能不足而不被使用，但在小部分時(shí)候該流程更為實(shí)用，例如技術(shù)條件簡(jiǎn)陋、產(chǎn)能要求較低的條件下，所以具有分析意義。具體來(lái)說(shuō)，鋁熔鑄長(zhǎng)流程工藝應(yīng)用中，首先要通過(guò)在線凈化處理方式，對(duì)電解車間中的電解鋁液進(jìn)行處理，隨后通過(guò)熔鑄手段得到鋁錠，其次將鋁錠運(yùn)至鋁加工廠生產(chǎn)處，進(jìn)行鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，需要將鋁錠放入熔煉爐進(jìn)行融化，結(jié)合模型形成制定形狀，同時(shí)在其中添加合金，隨后放入保溫爐當(dāng)中，使鋁液在一定穩(wěn)定下凝固，但不完全硬化，再次通過(guò)在線處理與過(guò)濾手段，對(duì)產(chǎn)品造型進(jìn)行修整，最終通過(guò)鑄造、鑄軋等方式即可使鋁合金產(chǎn)品定型。該工藝存在以下問(wèn)題。

（1）工作負(fù)擔(dān)大。綜上可見，長(zhǎng)流程工藝基本上可以分為兩個(gè)部分，其中需要通過(guò)運(yùn)輸來(lái)進(jìn)行銜接，所以這一流程會(huì)變得十分緩慢，同時(shí)會(huì)給工作人員帶來(lái)較大的工作負(fù)擔(dān)，且這一表現(xiàn)也是導(dǎo)致該工藝產(chǎn)能不足的主要原因之一。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。長(zhǎng)流程工藝在表面上來(lái)看較為全面，各個(gè)步驟面面俱到，但結(jié)合現(xiàn)代鋁合金產(chǎn)品要求，長(zhǎng)流程工藝生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，在性能上總是存在瑕疵，針對(duì)這一點(diǎn)，說(shuō)明該工藝的產(chǎn)品質(zhì)量存在問(wèn)題。究其原因，因?yàn)殚L(zhǎng)流程工藝中沒(méi)有凈化雜質(zhì)的步驟，所以導(dǎo)致茶農(nóng)質(zhì)量不佳。

1.2 短流程工藝問(wèn)題

短流程工藝應(yīng)用當(dāng)中，首先直接將電解車間中的電解鋁液注入熔煉爐，并摻入相應(yīng)的中間合金，同時(shí)此步驟中的返回料、添加劑會(huì)生成液態(tài)鋁合金原料，其次將這些原料放入保溫爐內(nèi)進(jìn)行在線精煉鑄造，由此形成鋁合金產(chǎn)品，相比這下，短流程工藝省去了長(zhǎng)流程工藝中運(yùn)輸及之前的步驟，所以在能耗上表現(xiàn)良好，也降低了工作的負(fù)擔(dān)，同時(shí)在在線處理以及過(guò)濾當(dāng)中，可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行凈化，排除其中雜質(zhì)，說(shuō)明其應(yīng)用價(jià)值較高。但結(jié)合現(xiàn)代研究確認(rèn)，短流程工藝依舊存在部分問(wèn)題，即氣體缺陷、夾雜缺陷、堿金屬缺陷、組織粗大，各類問(wèn)題具體表現(xiàn)見下文。

（1）氣體缺陷。短流程工藝的溶液中存在氫氣，其溶解度會(huì)隨著溶液溫度會(huì)一同降低，在這種條件下，因?yàn)槎塘鞒坦に嚠?dāng)中，其鑄造工藝屬于水冷工藝，該工藝條件下溶液凝固速度很快，所以氫氣來(lái)不及從溶液當(dāng)中排除，由此在凝固過(guò)程當(dāng)中，就會(huì)導(dǎo)致鋁合金出現(xiàn)疏松、氣孔等氣體缺陷，代表鋁合金產(chǎn)量的金屬連續(xù)性降低，如果情況嚴(yán)重很可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

（2）夾雜缺陷。短流程工藝在線處理中雖然可以對(duì)溶液雜質(zhì)進(jìn)行清理，但是結(jié)果并不如預(yù)期，且該工藝生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)很多夾雜物，例如氧化夾渣、爐襯耐火材料、保溫材料、過(guò)濾器、熔鑄工具碎片、鋁液凈化時(shí)產(chǎn)生的氯化物等等，這些物質(zhì)會(huì)給鋁合金產(chǎn)品帶來(lái)諸多負(fù)面影響，即力學(xué)性能、加工性能、疲勞抗力、抗蝕性等性能降低。

（3）堿金屬缺陷。短流程工藝所使用的原材料成分中包含了鈉、鈣等堿及堿土金屬，這些成分均屬于堿金屬、堿土金屬，兩者本身是一種對(duì)鋁材性能有一定危害的物質(zhì)，所以受原材料影響，該工藝下的鋁合金產(chǎn)品，容易出現(xiàn)堿金屬缺陷。

舉例來(lái)說(shuō)，如果鋁合金產(chǎn)品內(nèi)，存在大量的鈉成分，則代表鋁鎂系合金內(nèi)的含鎂量降低，使其流動(dòng)性減弱，形成具有鈉脆性特點(diǎn)的鋁合金產(chǎn)品，其質(zhì)量無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際工作中。

（4）組織粗大。因?yàn)槎塘鞒坦に嚨碾娊怃X液溫度較高，導(dǎo)致自身非自發(fā)形核少，所以一旦熔體處理不當(dāng)，就可能使鋁合金產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)晶粒組織，這些組織的粒徑普遍較大，屬于粗大組織，會(huì)導(dǎo)致鋁合金產(chǎn)品的力學(xué)性能降低。

2 新工藝及設(shè)備分析

2.1 新工藝方案

在新工藝當(dāng)中為了提高凈化效果，需要突破熔鑄工藝局限性，在其他部分也需要進(jìn)行凈化處理，所以本文認(rèn)為可以在熔鑄生產(chǎn)車間內(nèi)，設(shè)置獨(dú)立的電解鋁熔體凈化系統(tǒng)，在該系統(tǒng)運(yùn)作下，整個(gè)工藝流程中就等于存在兩個(gè)凈化步驟，所有鋁液在進(jìn)入熔鑄車間時(shí)，都會(huì)預(yù)先進(jìn)行處理，并借助車間設(shè)備監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)清潔度進(jìn)行觀察，如果不滿足工藝要求則返回再次清理先，完成后鋁液才會(huì)進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)流程[2]。該方案具有如下優(yōu)勢(shì)：①除堿效果穩(wěn)定。前置的凈化步驟，可以直接對(duì)鋁液進(jìn)行除堿、除渣處理，保障熔煉爐內(nèi)的鋁液清潔度達(dá)標(biāo)，該步驟因?yàn)榫邆渥詣?dòng)化特征，所以不容易受人工因素影響，所以清潔、除堿效果穩(wěn)定。②工藝消耗降低。因?yàn)槿蹮挔t內(nèi)鋁液的清潔度得到提高，所以熔煉爐在運(yùn)作過(guò)程當(dāng)中，其鋁液攪拌次數(shù)、扒渣次數(shù)都會(huì)降低，代表工藝時(shí)間減短、能源消耗以及運(yùn)作成本降低。③設(shè)備維護(hù)能效良好。以往短流程工藝當(dāng)中，因?yàn)殇X液內(nèi)的雜質(zhì)較多，所以進(jìn)入熔煉爐之后，會(huì)導(dǎo)致爐壁內(nèi)存在大量結(jié)渣現(xiàn)象，運(yùn)作過(guò)程中容易引起爐壁劃傷，需要人工頻繁進(jìn)行維護(hù)。

2.2 應(yīng)用流程與設(shè)備

本文設(shè)計(jì)的新工藝方案具有4個(gè)步驟，即準(zhǔn)備工作、入料、精煉處理、放流，各步驟具體內(nèi)容見下文。

①準(zhǔn)備工作。打開入料口、排煙接口閥后，將底料放鋁口、扒渣口、放鋁口、激光液位控制器口全部關(guān)閉，隨后啟動(dòng)油缸零位，同時(shí)對(duì)石墨轉(zhuǎn)子的位置進(jìn)行檢查，確保其處于高位。②入料。將電解抬包運(yùn)至電解鋁熔體凈化系統(tǒng)入口，隨后傾斜電解抬包即可將鋁液注入電解鋁熔體凈化系統(tǒng)內(nèi)。③精煉處理。關(guān)閉入料口，控制石墨轉(zhuǎn)子下降，當(dāng)其達(dá)到中位開啟氬氣系統(tǒng)、達(dá)到低位則控制石墨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)噴粉精煉運(yùn)行5min～10min后即可關(guān)閉。④放流。先將激光液位控制器口打開，隨后打開放鋁口，將鋁液注入熔煉爐內(nèi)，同時(shí)觀察激光對(duì)液面高度的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值后，將放鋁口關(guān)閉，等到鋁液進(jìn)入熔煉爐，直至熔煉爐充滿即可。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)關(guān)于鋁熔鑄生產(chǎn)的新工藝及設(shè)備進(jìn)行了分析，分析中先對(duì)鋁熔鑄長(zhǎng)、短流程工藝進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示這兩種工藝均存在問(wèn)題，需要進(jìn)行改善，隨后設(shè)計(jì)了新工藝方案，并對(duì)該方案的設(shè)備以及應(yīng)用流程進(jìn)行了介紹。