綠色循環(huán)法生產(chǎn)8011單零箔坯料

趙旭東，龍江馨，丁思蒙

（江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對鋁的需求逐年攀升。航空航天、交通運(yùn)輸、建筑等行業(yè)需要大量的鋁，其中大部分的鋁來自電解鋁行業(yè)。但據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有鋁土礦儲備量已經(jīng)非常低，導(dǎo)致我國的鋁加工產(chǎn)業(yè)過度依賴進(jìn)口鋁[1-4]。在此背景下，再生鋁應(yīng)運(yùn)而生，再生鋁是由廢舊鋁和廢鋁合金材料或含鋁的廢料，經(jīng)過重新熔化提煉得到的鋁合金或鋁金屬，是金屬鋁的一個重要來源。近年來，一方面隨著熔煉、鑄軋技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，再生鋁資源在整個鋁加工業(yè)原料中的比重越來越大；另一方面，隨著原鋁生產(chǎn)成本的增加、資源的日益緊缺和環(huán)境治理附加成本的增加，再生鋁的生產(chǎn)優(yōu)勢也日益突出[5-8]。

與原鋁生產(chǎn)相比，再生鋁生產(chǎn)具有節(jié)約綠色環(huán)保、保護(hù)資源等優(yōu)點。因此，利用再生鋁生產(chǎn)鋁合金產(chǎn)品能夠解決我國的能源困境，并且符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[9，10]?，F(xiàn)階段，我國廢鋁的回收處理很原始，管理不規(guī)范，不同類型、不同質(zhì)量的鋁廢料隨意混放。大多數(shù)再生鋁生產(chǎn)企業(yè)使用鋁廢料生產(chǎn)產(chǎn)品，因熔煉、鑄軋等流程不規(guī)范，導(dǎo)致其鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量往往達(dá)不到要求[11，12]。本文經(jīng)過兩年的生產(chǎn)實踐，成功攻克用廢料生產(chǎn)8011單零箔的關(guān)鍵技術(shù)，單零箔的產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，實現(xiàn)8011單零箔的綠色循環(huán)生產(chǎn)。本文利用綠色循環(huán)法生產(chǎn)的鋁箔坯料（7.0mm）可生產(chǎn)0.01mm～0.02mm厚的單零箔，單零箔的性能、斷帶等質(zhì)量問題得到有效的解決，產(chǎn)品質(zhì)量、性能均滿足下游客戶的需求。本文主要介紹利用綠色循環(huán)法生產(chǎn)8011單零箔坯料的工藝流程以及過程中的質(zhì)量控制，以期為鋁制品行業(yè)提供有效的參考依據(jù)。

1 設(shè)備介紹

本文主要從熔煉、鑄軋、綠色生產(chǎn)三個方面介紹我司利用綠色循環(huán)法生產(chǎn)8011單零箔的工藝流程，下面介紹本文鑄軋線的主要設(shè)備及其作用，如圖1所示。

圖1 鑄軋線主要設(shè)備

綠色循環(huán)法鑄軋線主要設(shè)備的作用如下：

熔爐的作用：添加廢料和中間合金，控制鋁水成分；一次除渣；在熔爐內(nèi)部和外部設(shè)置抽煙設(shè)備，吸取熔煉過程中出現(xiàn)的煙塵，防止造成環(huán)境污染。

保溫爐的作用：除去鋁水中的氫離子，對熔爐中的鋁水進(jìn)行二次除渣。

除氣箱的作用：內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)子，通入高純度氬氣，除去鋁水中的游離氫離子，防止在軋制時形成氣道。

過濾箱的作用：過濾的最后一道工序，過濾掉鋁水中的粗大顆粒，防止鑄軋板中有粗大顆粒，導(dǎo)致后續(xù)軋制單零箔的過程中出現(xiàn)孔洞、夾渣。

前箱的作用：控制液面的高低，保證鑄軋的連續(xù)進(jìn)行。

軋輥的作用：內(nèi)設(shè)冷卻水通道，使鑄軋區(qū)的鋁水冷卻成固態(tài)鋁；配備噴火裝置，防止粘輥。

2 熔煉

2.1 成分調(diào)整

為保證8011單零箔的性能和質(zhì)量，對國標(biāo)GB/T-3190-2008規(guī)定的8011的成分重新規(guī)范，運(yùn)用綠色循環(huán)法生產(chǎn)8011單零箔坯料的化學(xué)成分見表1。

表1 8011鋁合金成分調(diào)整表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2.2 投料熔煉

本文生產(chǎn)的8011單零箔坯料用的原料為生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料。廢料入爐時，遵循“先大后小”的原則，即裝爐時先裝大的鑄軋廢料，再加入小的冷軋廢料。待添加的廢料表面化平后進(jìn)行攪拌，扒渣，攪拌和扒渣的時長高于20min，此過程不允許有大于5cm*5cm的浮渣。其次進(jìn)行第一次精煉：熔爐中通入氬氣將精煉劑（西盛W-715-7）均勻噴入，靜置后扒渣，扒渣后鋁液表面呈鏡面。精煉溫度740℃～760℃，靜置時間≥20min，精煉劑用量1.2kg/t～1.5kg/t鋁。

然后取樣測試熔爐鋁水成分，根據(jù)表1規(guī)定的成分，經(jīng)過計算添加中間合金，中間合金采用ω（Cu）=50%，ω（Fe）=75%，ω（Si）=95%的速溶硅，配料后靜置15～20min，靜置后進(jìn)行電磁攪拌，攪拌的時長高于30min，保證合金元素在熔體中均勻分布。隨后進(jìn)行第二次精煉，精煉劑用量0.6kg/t～1.0kg/t鋁，其它要求同第一次精煉一致。

2.3 導(dǎo)爐精煉

導(dǎo)爐前熔體的溫度控制在740℃～750℃下，將鋁水導(dǎo)入保溫爐。導(dǎo)爐10min之內(nèi)開始第一次精煉：保溫爐中通過輸入氬氣將精煉劑均勻噴入，同時完成除氣除渣的過程。精煉過程中，鋁水溫度控制在720℃～740℃之間，保溫爐爐氣溫度控制在730℃～750℃之間，控制鋁液騰起的高度在10cm～20cm之間，精煉時間高于30min，靜置后進(jìn)行扒渣，靜置時間高于20min。保溫爐第一次精煉結(jié)束后，6h之內(nèi)進(jìn)行第二次精煉除氣除渣，與第一次精煉的要求相同。

2.4 除氣箱除氣

保溫爐中經(jīng)過兩次精煉后的鋁液通過流槽進(jìn)入除氣箱，在除氣箱通入高純度的氬氣進(jìn)行除氣，氬氣的氣體流量為35L/min～40L/min，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為480rpm～500rpm，除氣箱的清理時間間隔為6h。除氣過程中，保證除氣箱的溫度在710℃～730℃之間，鋁液中的氫含量不高于0.12mL/100g Al。

2.5 過濾箱除雜

鋁水通過除氣箱進(jìn)行除氣后，進(jìn)入過濾箱進(jìn)行最后的除雜。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，減少雜質(zhì)對產(chǎn)品的影響，本文采用雙級過濾方式進(jìn)行過濾，一級過濾片為30ppi，二級過濾片為40ppi，過濾箱溫度控制在690℃～720℃之間。為保證過濾箱的除雜效果，立板后，10天內(nèi)更換過濾片（鑄軋線的熔體流量為25t/天-35t/天）。

2.6 晶粒細(xì)化

通過在鋁熔體中添加鋁鈦硼絲（AlTi5B1A），形成Al3Ti和B2Ti相化合物，成為非自發(fā)形核的核心，細(xì)化鑄軋組織。經(jīng)過試驗驗證，當(dāng)鈦絲的添加速度為13HZ～15HZ時，晶粒細(xì)化效果最好。同時，為防止鈦的沉積，本文將鈦絲添加點設(shè)置在除氣箱末端；同時提高鈦絲添加點的溫度，以便更好的發(fā)揮鈦絲細(xì)化晶粒的效果。

3 鑄軋

3.1 軋制參數(shù)

鑄軋步驟直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，從前箱到軋輥的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。通過試驗，在鑄軋單零箔時，將前箱的溫度控制在693℃～697℃之間，鑄軋區(qū)的長度控制在52mm～55mm之間，輥縫控制在4.5mm～4.8mm之間，主機(jī)速度控制為710mm/min～730mm/min，軋制力為300T～700T，此時生產(chǎn)產(chǎn)品的效果最佳。

3.2 冷卻水

鑄軋區(qū)的鋁水接觸軋輥變?yōu)楣虘B(tài)，因此冷卻水的質(zhì)量直接影響到鑄軋晶粒的優(yōu)劣。本文對冷卻水有嚴(yán)格的控制：冷卻水流量為98m3/h～102m3/h，冷卻水壓為0.4MPa～0.7MPa，冷卻水溫為30℃～45℃，冷卻水的硬度小于5mg/L，冷卻水的雜質(zhì)含量等指標(biāo)如表2所示。

表2 冷卻水雜質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)

3.3 坯料參數(shù)

鑄軋板成形是鑄軋的最后一道工序，這個過程主要控制板厚、板形、裂邊質(zhì)量等。本文規(guī)定，8011單零箔的板厚公差控制在6.7mm±0.3mm之間，中凸度控制在0.3%～0.8%之間，兩邊差不高于0.03mm，熱板寬度為10mm～15mm，工藝裂邊不高于2mm，竄層不高于2mm，酸洗晶粒度為一級，嚴(yán)禁有中心層偏析、腐蝕、熱帶等影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況發(fā)生。

4 綠色循環(huán)生產(chǎn)

近年來，國家高度重視資源的綠色生產(chǎn)、可循環(huán)利用，我司用廢料鑄軋生產(chǎn)8011單零箔坯料，實現(xiàn)了鋁的重復(fù)循環(huán)利用，不僅具備顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，還具具備節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點，受到政府政策的大力扶持。此外，在熔煉階段，本文采用均勻吸風(fēng)煙罩，煙氣可直接回收到爐內(nèi)，防止污染環(huán)境的情況發(fā)生；我司還為每臺熔爐配備除塵設(shè)備，熔爐除塵系統(tǒng)收集煙塵，并且將其集中處理排放，滿足綠色環(huán)保要求。

5 結(jié)論

我司運(yùn)用綠色循環(huán)法生產(chǎn)8011單零箔坯料，能源消耗低，節(jié)約資源，綠色環(huán)保；生產(chǎn)的單零箔坯料發(fā)至下游客戶軋制0.01mm～0.02mm的封蓋箔，根據(jù)現(xiàn)場跟蹤以及客戶的使用反饋，得出結(jié)論：本文利用綠色循環(huán)法生產(chǎn)的單零箔坯料完全符合客戶需要，客戶生產(chǎn)順利，成品質(zhì)量達(dá)標(biāo)。