熔鑄工序?qū)摅w料斷罐的影響

廖忠兵，何 平，劉源源

（中鋁西南鋁板帶有限公司，重慶401326）

0 前言

近年來，隨著制罐行業(yè)的快速發(fā)展，罐體料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大幅提升。其中，罐體料用板材厚度減薄10%以上；沖罐速度由200次/min，提高至300次/min；斷罐率要求由≤1.2×10-4%，提高至≤3×10-5%?？梢?，市場(chǎng)對(duì)罐體料質(zhì)量要求大幅提升。為生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定、斷罐率低的罐體料，需從各工序、各要素精細(xì)控制入手。下面介紹熔鑄各工序?qū)喙薜挠绊憽?/p>

1 配料對(duì)斷罐的影響

1.1 原料對(duì)斷罐的影響

生產(chǎn)罐體料的主要原料有重熔鋁錠和電解鋁液兩種：（1）以重熔鋁錠為主要原料的企業(yè)廢料使用比例較高。按目前國(guó)內(nèi)的熔煉設(shè)備技術(shù)狀況，生產(chǎn)罐體料時(shí)，廢料使用比例應(yīng)不高于70%，且三級(jí)廢料應(yīng)控制在20%以內(nèi)。廢料使用比例越大，熔體中渣、氣含量越高；（2）使用電解鋁液為主要原料生產(chǎn)罐體料時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注電解鋁液中堿金屬含量，確保在精煉工序?qū)A金屬去除到標(biāo)準(zhǔn)以下。另外，電解鋁液中的電解質(zhì)含量過多也會(huì)對(duì)斷罐產(chǎn)生影響。

1.2 中間合金對(duì)斷罐的影響

根據(jù)3104罐體料成分要求，需要加入Mn、Cu、Fe、Si、Mg等元素，其中Mn、Cu、Fe、Si均為高熔點(diǎn)金屬，需以中間合金或添加劑的方式加入。在選擇中間合金或添加劑時(shí)必須要確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。在添加中間合金時(shí)，應(yīng)在文件規(guī)定的熔體溫度范圍內(nèi)加入，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，確保各元素在熔體中均勻分布，避免出現(xiàn)成分偏析，形成粗大化合物等現(xiàn)象。尤其在補(bǔ)料后的操作往往易被簡(jiǎn)化、忽視，導(dǎo)致化合物粗大、聚集等現(xiàn)象，進(jìn)而影響產(chǎn)品斷罐率。

1.3 化學(xué)成分對(duì)斷罐的影響

目前罐體料大多是采用3104合金，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的主要合金元素不會(huì)對(duì)斷罐造成太大影響，對(duì)斷罐影響較大的合金元素主要是微量元素，其中包括：Na、Ca、V、Ti等元素。

Na在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，熔點(diǎn)低（97.8℃），合金中存在鈉時(shí)，在凝固過程中，鈉吸附在枝晶表面或晶界;熱加工時(shí)，晶界上的鈉形成液態(tài)吸附層，產(chǎn)生脆性開裂，即“鈉脆”[1]。因此Na含量過高會(huì)導(dǎo)致斷罐率增大，尤其是使用電解鋁液直接生產(chǎn)3104罐體料用板錠時(shí)，必須要采取相應(yīng)的手段去除熔體中的鈉，將其控制在5×10-6以內(nèi)。Ca同為堿金屬，與Na有相似的危害，但對(duì)斷罐率的影響較Na元素略小。

Ti加入量的多少對(duì)鑄態(tài)組織有直接影響，過少會(huì)導(dǎo)致晶粒尺寸偏大，但過多又易導(dǎo)致TiAl3聚集，形成塊狀化合物。因此在Ti的加入時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）爐內(nèi)細(xì)化劑的加入時(shí)間應(yīng)盡量接近鑄造開始時(shí)間，但不能放在最后一次攪拌、精煉、靜置之后；（2）Ti的細(xì)化效果有顯著的時(shí)效性，若超時(shí)應(yīng)再次進(jìn)行細(xì)化，加入量可根據(jù)超時(shí)長(zhǎng)短在正常加入量的基礎(chǔ)上進(jìn)行減量；（3）Ti的加入量應(yīng)根據(jù)廢料使用比例進(jìn)行調(diào)整。

V元素與Ti元素一樣，不僅可以細(xì)化晶粒，還可以形成彌散的Al3M型強(qiáng)化相，這些相本身比較穩(wěn)定，與基體錯(cuò)配度低，可與基體保持共格關(guān)系，能有效釘扎位錯(cuò)，穩(wěn)定亞結(jié)構(gòu)，阻止晶界滑移，同時(shí)抑制基體再結(jié)晶，提高基體再結(jié)晶溫度。故V含量過高也會(huì)導(dǎo)致斷罐率增加。

2 熔煉對(duì)斷罐的影響

熔煉的主要目的是為了熔化和配料，使熔體達(dá)到溫度和成分要求。熔煉工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的影響往往易被忽視，多數(shù)企業(yè)的熔煉爐熱電偶缺失，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)控溫，經(jīng)常易出現(xiàn)熔體過熱現(xiàn)象，進(jìn)而影響鑄錠組織。熔煉爐配料應(yīng)讓各個(gè)成分均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍要求，以減少靜置爐的成分調(diào)整次數(shù)和補(bǔ)料量。高熔點(diǎn)金屬在靜置爐補(bǔ)料應(yīng)以中間合金的方式加入，避免形成粗大化合物，進(jìn)而影響斷罐率。

3 靜置爐爐內(nèi)處理對(duì)斷罐的影響

爐內(nèi)處理包括精煉、攪拌、取樣、細(xì)化、靜置、補(bǔ)料等。（1）精煉時(shí)應(yīng)注意精煉劑或精煉氣體的選擇和維護(hù)，若使用精煉劑，應(yīng)確保精煉劑干燥，并以噴粉的方式加入熔體中；若使用氣體精煉，應(yīng)確保氣體純度和管道無泄漏，并以均勻的方式通入熔體中，且氣泡不易過大；（2）補(bǔ)料操作后應(yīng)再次進(jìn)行攪拌、精煉、靜置操作，避免補(bǔ)料后導(dǎo)致成分不均、化合物聚集等現(xiàn)象。

4 氫含量對(duì)斷罐的影響

氫含量是衡量熔體質(zhì)量水平的重要指標(biāo)，氫在鋁中的溶解度隨著溫度的升高而加大。當(dāng)液態(tài)鋁和固態(tài)鋁平衡共存時(shí)，氫在固態(tài)鋁中的溶解度要比同溫度下液態(tài)鋁中的溶解度小近二十倍。因此當(dāng)液態(tài)鋁和鋁合金凝固時(shí)析出的氫來不及擴(kuò)散，迅速逸出，從而使鑄件生成大量氣眼，氣孔等缺陷【2】。氫含量過高會(huì)導(dǎo)致罐料在拉伸時(shí)出現(xiàn)斷罐和針孔缺陷。

氫的來源主要有以下幾個(gè)途徑：（1）未經(jīng)充分干燥的鋁錠、廢料、精煉劑、覆蓋劑、變質(zhì)劑、爐襯、未充分脫水的氣體、工具上的涂料、流槽覆蓋的耐火棉等，這些來源的水將與鋁液按Al（1）+3H2O=A12O3（s）+6[H]Al形式反應(yīng)生成原子態(tài)氫溶于鋁液；（2）爐料和浮渣的含水物質(zhì)及氫氧化物，如A12O3·H2O，Al2O3·3H2O及Al（OH）3等，在加熱時(shí)產(chǎn)生的水和燃料燃燒時(shí)生成的水份，也將如上反應(yīng)生成氫；（3）車間空氣中的水份（尤其空氣濕度大的地區(qū)）。

在鋁合金熔體中，氫會(huì)依附于夾雜物而存在，因此熔體除氣、除渣是相輔相成的。在罐料用板錠熔鑄過程中去除熔體氫的主要設(shè)備采用在線除氣箱，在線除氣箱的除氣效果主要影響因素：（1）除氣箱的密封性；（2）精煉氣體純度；（3）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速及平穩(wěn)性等。

5 過濾系統(tǒng)對(duì)斷罐的影響

在線過濾系統(tǒng)是熔體除渣的關(guān)鍵設(shè)備，也是緊靠鑄造的最后一道凈化工序，直接關(guān)系到鑄件最終純凈度，渣含量越多，斷罐比例越高。目前國(guó)內(nèi)在線過濾系統(tǒng)主要有泡沫陶瓷過濾器、深床過濾器、陶瓷管式過濾三種。這三種過濾器生產(chǎn)罐料企業(yè)均有采用。下面分析一下三種過濾器的優(yōu)缺點(diǎn)，見表1。

表1 各類過濾器優(yōu)缺點(diǎn)

6 鑄造工藝對(duì)斷罐的影響

鑄造工藝參數(shù)主要有鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強(qiáng)度三大工藝參數(shù)，其次是液位高度、鑄造開始與結(jié)束條件等。鑄造開頭準(zhǔn)備對(duì)斷罐的影響表現(xiàn)在鑄造三大工藝參數(shù)不匹配，導(dǎo)致熔體補(bǔ)縮不好形成疏松，進(jìn)而導(dǎo)致斷罐率升高。液位高度直接影響鑄錠粗晶層深度，在銑面時(shí)若粗晶層未銑凈，該處柱狀晶組織會(huì)導(dǎo)致斷罐率升高。鑄造工藝應(yīng)是個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的組成，避免頻繁調(diào)整。

7 結(jié)束語(yǔ)

從本文可以看出熔鑄各工序?qū)摅w料的影響因素較多，而目前熔鑄工序的檢測(cè)分析手段有限，不能有效地評(píng)價(jià)鑄錠質(zhì)量。故質(zhì)量穩(wěn)定的易拉罐產(chǎn)品需監(jiān)控好原輔材料、穩(wěn)定好工藝過程、關(guān)注到各個(gè)要素變化點(diǎn)。