一鱼雇、概述

　　鋁電解槽中生產(chǎn)出的原鋁雏蛮，在質(zhì)量上相差較大糖荒。另外靖苇，還含有一些金屬雜質(zhì)席噩，氣體和非金屬固態(tài)夾雜物。鋁錠鑄造的任務(wù)是提高低品位鋁液的利用率贤壁，并盡可能除去其中的雜質(zhì)悼枢。原鋁中的雜質(zhì)可分為以下三類：第一類是金屬元素，如鐵脾拆、硅萧芙、銅、鈣假丧、鎂双揪、鈦、釩幢耍、硼链愉、鎳、鋅忿和、鎵拦吓、錫、鉛渤惦、磷等子敷，其中主要元素是鐵和硅；第二類是非金屑固態(tài)夾雜物舵邦，Al2O3任团，AlN和Al4C3；第三類是氣體村参，H2穷抹，CO2，CO梳附，CH4获印，N2，其中主要的是H2街州。在660C下兼丰，100g鋁液中大約溶解0.2cm3的氫氣。氣體在鋁液中的溶解度隨溫度升高而增加唆缴。從電解槽吸出的鋁液鳍征，都要經(jīng)過(guò)凈化處理黍翎，清除掉一部分雜質(zhì)，然后鑄成商品鋁錠(99.85%A1)蟆技。含99.996%Al純鋁(鋁絲φ2mm玩敏，硬拔者)斗忌，電阻率為2.668×10-8Ω·m质礼。純鋁中如有雜質(zhì)元素，則電阻率增大织阳。.影響最大者為鉻眶蕉、釩、錳唧躲、鋰造挽、鈦。影響較小者為銦乱孩、鉛憨净、鋅、鎘菲组、錫啰昧、鈹、鐵庭匆。

　　1.鋁中雜質(zhì)元素的平衡

　　用拜耳法從鋁土礦生產(chǎn)出的工業(yè)氧化鋁中肮顾，雜質(zhì)的含量相對(duì)于原料鋁土礦來(lái)說(shuō)大為減少。除了從堿液中帶來(lái)的堿以外渗骆，雜質(zhì)元素的分析值總量通常少于1%针蜀。其中主要雜質(zhì)是SiO2和Fe2O3。除了氧化鋁給電解槽帶來(lái)雜質(zhì)外硝逐，炭陽(yáng)極和熔劑冰晶石也帶來(lái)不少雜質(zhì)捷仓。炭陽(yáng)極帶來(lái)的雜質(zhì)主要是鐵和硅，冰晶石也是這樣足蹋。

　　如果原料的雜質(zhì)元素全部析出在原鋁里新蟆，則所得鋁的品位只有99.7%Al。然而右蕊，實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的鋁卻具有較高的品位99.8%Al琼稻。這種差別主要是由于雜質(zhì)元素的蒸發(fā)造成的。鐵饶囚、鈦帕翻、磷、鋅和鎵從氧化鋁來(lái)的占多數(shù)萝风，而硅和釩則從炭陽(yáng)極來(lái)的占多數(shù)嘀掸。從熔劑來(lái)的雜質(zhì)元素紫岩，以磷為多，約占磷總量的20%睬塌，其余硅泉蝌、鐵，鈦和釩都很少揩晴。

　　平衡表的支出勋陪，硅和鐵都超過(guò)了從原料帶來(lái)的數(shù)量，其中硅超過(guò)60%左右擂奇，鐵超過(guò)37%左右嘶逝。電解槽的內(nèi)襯材料，例如高灰分的槽底炭塊和炭糊以及耐火材料拱削，是這些雜質(zhì)元素的另一個(gè)重要來(lái)源拄抄。此外，由于操作工具和陰極鋼棒遭受侵蝕扎输，使鐵也進(jìn)入了平衡徽探。其余幾種元素，收支接近平衡准击。

　　支出分配在原鋁和廢氣中的雜質(zhì)元素量是不一樣的封豆。蒸發(fā)量最大的是磷，占收入總量的72%汹即，釩占64.4%触咧，鐵占62.4%，鈦占57.7%唤邻，鎵占49.6%坡牛，鋅占19.7%。最小的是硅泵三，僅占收入總量的13.3%耕捞。之所以如此，原因是：①硅和鋅在電解質(zhì)里以比較難蒸發(fā)甚至不蒸發(fā)的化合物形態(tài)存在烫幕，倒如SiO2俺抽，ZnO或ZnF2。硅和鋅明顯地積累在鋁液里较曼。鋁液被硅和鋅污染的程度磷斧，主要是由物料平衡中供入的硅化合物和鋅化合物總量來(lái)決定的。在這種情形下捷犹，槽罩的收集效率無(wú)關(guān)緊要弛饭。②鐵、鎵萍歉、鈦和鎳至少部分地以揮發(fā)性化合物的形態(tài)存在于體系中侣颂。這些化合物大概是在進(jìn)入電解質(zhì)之后才生成的档桃。可能的化合物是Fe(CO)5憔晒，Ni(CO)4藻肄，TiF3，TiF4和GaF3等高降。如果槽罩的收集效率提高朝棉，則會(huì)在一定程度上影響鋁的質(zhì)量。③釩和磷只以揮發(fā)性化合物形態(tài)存在眨额∶缣可能的化合物学掉，首先是氟化物(VF3和PF3)和五氧化二磷(P2O5)笋再。由于電解質(zhì)中磷含量升高會(huì)影響電流效率，而鋁中釩量增多則會(huì)減小鋁的導(dǎo)電性能姐阎，所以可以預(yù)料到提高槽罩的收集效率會(huì)對(duì)原鋁質(zhì)量以及最佳生產(chǎn)效果方面帶來(lái)?yè)p害缤贯。

　　2.鋁錠的分類

　　鋁錠按成分不同分重熔用鋁錠、高純鋁錠和鋁合金錠三種：按形狀和尺寸又可分為條錠浦匾、圓錠瑰柄、板錠、T形錠等幾種涝填，下面是幾種常見(jiàn)的鋁錠蚣碰；

　　重熔用鋁錠--15kg，20kg(≤99.80%Al)：

　　T形鋁錠--500kg誓沸，1000kg(≤99.80%Al)：

　　高純鋁錠--l0kg梅桩，15kg(99.90%～99.999%Al)；

　　鋁合金錠--10kg拜隧，15kg(Al--Si宿百，Al--Cu，Al--Mg)洪添；

　　板錠--500～1000kg(制板用)垦页；

　　圓錠--30～60kg(拉絲用)。

　　3.鋁錠鑄造工藝流程

　　出鋁—扒渣—檢斤—配料—裝爐—精練—澆鑄—重熔用鋁錠—成品檢查—成品檢斤—入庫(kù)

　　出鋁—扒渣—檢斤—配料—裝爐—精練—澆鑄—合金錠—鑄造合金錠—成品檢查—成品檢斤—入庫(kù)

　　二干奢、原鋁凈化

　　從電解槽吸出的鋁液中含有各種雜質(zhì)痊焊，因此鑄造之前需要進(jìn)行凈化。工業(yè)上主要采用澄清忿峻、熔劑薄啥、氣體等凈化方法，也有的試用定向凝固和過(guò)濾方法進(jìn)行凈化炭菌。

　　1.熔劑凈化

　　熔劑凈化是利用加入鋁液中的熔劑形成大量的細(xì)微液滴罪佳，使鋁液中的氧化物被這些液滴濕潤(rùn)吸附和溶解逛漫，組成新的液滴升到表面，冷卻后形成浮渣除去锉择。

　　凈化用的熔劑選用熔點(diǎn)低土霞、密度小，表面張力小沟脓、活性大每访、對(duì)氧化渣有很強(qiáng)吸附能力的鹽組成。使用時(shí)稠臣，先將小塊熔劑裝入鐵籠里康蚯，再插入混合爐底部來(lái)回?cái)噭?dòng)，至熔劑化完后取出鐵籠爵倚，靜止5～10min侦纳。撈出表面浮渣即可澆鑄。根據(jù)需要也可將熔劑撤在表面上起覆蓋作用也您。

　　2.氣體凈化

　　氣體凈化是一種主要的原鋁凈化法勤焕，所用氣體是氯氣、氮?dú)饣蚵鹊旌蠚怏w愕炸。

　　(1)氯氣凈化疮丛。以前采用活性氣體氯氣作凈化劑(氯化法)。在氯化法中辆它，把氯氣通入鋁液內(nèi)時(shí)生成很多異常細(xì)小的AlCl3誊薄，氣泡，充分地混合在鋁液內(nèi)锰茉。溶解在鋁液中的氫呢蔫，以及一些機(jī)械夾雜物便吸附在AlCl3氣泡上，隨著AlCl3氣泡上升到鋁液表面而排出洞辣。通入氯氣時(shí)還能使某些比鋁更加負(fù)電性的元素氯化咐刨，如鈣、鈉扬霜、鎂等均因通入氯氣而生成相應(yīng)的氯化物定鸟，得以分離出來(lái)。所以氯化法是一種非常有效的原鋁凈化法著瓶。氯氣用量為每噸鋁500-700g联予。但因?yàn)檠鯕庥卸径冶容^貴重，為了避免空氣被污染和降低鋁錠生產(chǎn)的成本材原，故在現(xiàn)代鋁工業(yè)上已逐漸廢去了氯化法改成惰性氣體--氮?dú)鈨艋ā?/p>

　　(2)氮?dú)鈨艋ㄆ拧Ｓ址Q為無(wú)煙連續(xù)凈化法，用氧化鋁球(418mm)作過(guò)濾介質(zhì)。N2直接通入鋁液內(nèi)库忽。鋁液連續(xù)送入凈化爐內(nèi)攘宗，通過(guò)氧化鋁球過(guò)濾層，并受到氮?dú)獾臎_洗拌九，于是鋁液中的非金屬夾雜物以及溶解的氫得以清除猾蔫，然后連續(xù)排出，從而使細(xì)微的氮?dú)馀菥鶆蚍植荚谑芴幚淼匿X液內(nèi)起到凈化的作用恐丧。氮?dú)鈱?duì)大氣無(wú)污染瀑乡，且凈化處理量大，每分鐘可處理200～600kg鋁液晚沙，凈化過(guò)程中造成的鋁損失量相對(duì)減少橙挽，故現(xiàn)在廣泛應(yīng)用。但它不象氯氣那樣能夠清除鋁液中的鈣喝赎、鈉冶驴、鎂。

　　(3)混合氣體凈化法暖眼。采用氯氣和氮?dú)獾幕旌衔飦?lái)凈化鋁液惕耕，其作用是一方面脫去氫氣和分離氧化物纺裁，另一方面清除鋁中某些金屬雜質(zhì)(如鎂)诫肠，常用的組成是90%氮?dú)?10%氯氣。也有采用10%氯氣＋10%二氧化碳+80%氮?dú)馄墼怠＿@樣效果更好栋豫，二氧化碳能使氯氣與氮?dú)夂芎玫臄U(kuò)散，可縮短操作時(shí)間谚殊。

　　四丧鸯、鑄錠工藝

　　現(xiàn)在鋁錠鑄造工藝一般采用澆鑄工藝，就是把鋁液直接澆到模子里嫩絮，待其冷卻后取出丛肢。

　　產(chǎn)品質(zhì)量的好壞主要在這一步驟，而且整個(gè)鑄造工藝剿干，也是以這一過(guò)程為主蜂怎。鑄造過(guò)程是一個(gè)由液態(tài)鋁冷卻、結(jié)晶成為固體鋁錠的物理過(guò)程置尔。

　　1.連續(xù)澆鑄

　　連續(xù)澆鑄可分為混合爐澆鑄和外鑄兩種方式登彪。均使用連續(xù)鑄造機(jī)〕遣螅混合爐澆鑄是將鋁液裝入混合爐后标狼，由混合爐進(jìn)行澆鑄，主要用于生產(chǎn)重熔用鋁錠和鑄造合金。外鑄是由抬包直接向鑄造機(jī)澆鑄纠徘，主要是在鑄造設(shè)備不能滿足生產(chǎn)君博，或來(lái)料質(zhì)量太差不能直接入爐的情況下使用。由于無(wú)外加熱源暴雕，所以要求抬包具有一定的溫度谒电，一般夏季在690～740℃，冬季在700～760℃芹菱，以保證鋁錠獲得較好的外觀冗呀。

　　混合爐澆鑄，首先要經(jīng)過(guò)配料桩垫，然后倒人混合爐中钠锉，攪拌均勻，再加入熔劑進(jìn)行精煉西轩。澆鑄合金錠必須澄清30min以上员舵，澄清后扒渣即可澆鑄。澆鑄時(shí)藕畔，混合爐的爐眼對(duì)準(zhǔn)鑄造機(jī)的第二马僻、第三個(gè)鑄模，這樣可保證液流發(fā)生變化和換模時(shí)有一定的機(jī)動(dòng)性注服。爐眼和鑄造機(jī)用流槽聯(lián)接韭邓，流槽短一些較好，這樣可以減少鋁的氧化溶弟，避免造成渦旋和飛濺女淑，鑄造機(jī)停用48h以上時(shí)，重新啟動(dòng)前辜御，要將鑄模預(yù)熱4h鸭你。鋁液經(jīng)流槽流入鑄模中，用鐵鏟將鋁液表面的氧化膜除去擒权，稱為扒渣袱巨。流滿一模后，將流槽移向下一個(gè)鑄模逊床，鑄造機(jī)是連續(xù)前進(jìn)的遥喘。鑄模依次前進(jìn)，鋁液逐漸冷卻访跛，到達(dá)鑄造機(jī)中部時(shí)鋁液已經(jīng)凝固成鋁錠捣雪，由打印機(jī)打上熔煉號(hào)。當(dāng)鋁錠到達(dá)鑄造機(jī)頂端時(shí)秩漾，已經(jīng)完全凝固成鋁錠延懂，此時(shí)鑄模翻轉(zhuǎn)，鋁錠脫模而出，落在自動(dòng)接錠小車上昵壁，由堆垛機(jī)自動(dòng)堆垛烫毡、打捆即成為成品鋁錠。鑄造機(jī)由噴水冷卻坠地，但必須在鑄造機(jī)開動(dòng)轉(zhuǎn)滿一圈后方可給水弄萨。每噸鋁液大約消耗8-10t水，夏季還需附吹風(fēng)進(jìn)行表面冷卻圾纤。鑄錠屬于平模澆鑄瓣颅，鋁液的凝固方向是自下而上的，上部中間最后凝固譬正，留下一條溝形縮陷宫补。鋁錠各部位的凝固時(shí)間和條件不盡相同，因而其化學(xué)成分也將各異曾我，但其整體上是符合標(biāo)準(zhǔn)的粉怕。

　　重熔用鋁錠常見(jiàn)的缺陷有：①氣孔。主要是由于澆鑄溫度過(guò)高抒巢，鋁液中含氣較多贫贝，鋁錠表面氣孔(針孔)多，表面發(fā)暗蛉谜，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生熱裂紋稚晚。②夾渣。主要是由于一是打渣不凈悦陋，造成表面夾渣蜈彼；二是鋁液溫度過(guò)低，造成內(nèi)部夾渣俺驶。③波紋和飛邊。主要是操作不精細(xì)殊精，鋁錠做的太大协黑，或者是澆鑄機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)造成。④裂紋诽檬。冷裂紋主要是澆鑄溫度過(guò)低脏拦，致使鋁錠結(jié)晶不致密，造成疏松甚而裂紋殿扮。熱裂紋則由澆鑄溫度偏高引起摇昌。⑤成分偏析。主要是鑄造合金時(shí)攪拌不均勻引起的篓围。

　　2.豎式半連續(xù)鑄造

　　豎式半連續(xù)鑄造主要用于鋁線錠净耍、板錠以及供加工型材用的各種變形合金的生產(chǎn)。鋁液經(jīng)配料后倒入混合爐，由于電線的特殊要求嘉警，鑄造前需加入中間合盤Al-B脫出鋁液中的鈦蕴来、釩(線錠)；板錠需加入Al-Ti--B合金(Ti5%B1%)進(jìn)行細(xì)化處理拼缝。使表面組織細(xì)密化娱局。高鎂合金加2#精煉劑，用量5%咧七，攪拌均勻衰齐，靜置30min后扒去浮渣，即可澆鑄继阻。澆鑄前先將鑄造機(jī)底盤升起娇斩，用壓縮空氣吹凈底盤上的水分。再把底盤上升入結(jié)晶器內(nèi)穴翩，往結(jié)晶器內(nèi)壁涂抹一層潤(rùn)滑油犬第，向水套內(nèi)放些冷卻水，將干燥預(yù)熱過(guò)的分配盤芒帕、自動(dòng)調(diào)節(jié)塞和流槽放好歉嗓，使分配盤每個(gè)口位于結(jié)晶器的中心。澆鑄開始時(shí)背蟆，用手壓住自動(dòng)調(diào)節(jié)塞鉴分，堵住流嘴，切開混合爐爐眼带膀，讓鋁液經(jīng)流槽流入分配盤欣慰，待鋁液在分配盤內(nèi)達(dá)到2／5時(shí)，放開自動(dòng)調(diào)節(jié)塞诅订，使鋁液流進(jìn)結(jié)晶器中氮栏，鋁液即在底盤上冷卻。當(dāng)鋁液在結(jié)晶器內(nèi)達(dá)到30mm高時(shí)即可下降底盤乡羹，并開始送冷卻水左蛙，自動(dòng)調(diào)節(jié)塞控制鋁液均衡地流入結(jié)晶器中，并保持結(jié)晶器內(nèi)的鋁液高度不變矫震。對(duì)鋁液表面的浮渣和氧化膜要及時(shí)清除裁甘。鋁錠長(zhǎng)度約為6m時(shí)，堵住爐眼控屡，取走分配盤区蛹，待鋁液全部凝固后停止送水，移走水套峻维，用單軌吊車將鑄成的鋁錠取出艺挽，在鋸床上按要求的尺寸鋸斷嚎论，然后準(zhǔn)備下一次澆鑄。

　　澆鑄時(shí)童叠，混合爐中鋁液溫度保持在690～7l0℃框喳，分配盤中的鋁液溫度保持在685-690℃，鑄造速度為190～21Omm／min厦坛，冷卻水壓為0.147～0.196MPa五垮。鑄造速度與截面為正方形的線錠成比例關(guān)系：

　　VD＝K

　　式中V為鑄造速度，mm／min或m／h杜秸；D為錠截面邊長(zhǎng)放仗，mm或m；K為常值撬碟，m2/h诞挨，一般為1.2～1.5。

　　豎式半連續(xù)鑄造是順序結(jié)晶法呢蛤，鋁液進(jìn)入鑄孔后惶傻，開始在底盤上及結(jié)晶器內(nèi)壁上結(jié)晶，由于中心與邊部冷卻條件不同其障，因此結(jié)晶形成中間低银室、周邊高的形式。底盤以不變速度下降斜曾。同時(shí)上部不斷注入鋁液螺喂，這樣在固體鋁與液體鋁之間有一個(gè)半凝固區(qū).由于鋁液在冷凝時(shí)要收縮，加上結(jié)晶器內(nèi)壁有一層潤(rùn)滑油南椒，隨著底盤的下降范咖，凝固的鋁退出結(jié)晶器，在結(jié)晶器下部還有一圈冷卻水眼呐取，冷卻水可以噴到已脫出的鋁錠表面鳄盗，為二次冷卻，一直到整根線錠鑄完為止芙卸。

　　順序結(jié)晶可以建立比較滿意的凝固條件敷液，對(duì)于結(jié)晶的粒度、機(jī)械性能和電導(dǎo)率都較有利后摧。比種鑄錠其高度方向上沒(méi)有機(jī)械性能上的差別，偏析也較小浙鞋，冷卻速度較快咙驾，可以獲得很細(xì)的結(jié)晶組織。

　　鋁線錠表面應(yīng)平整光滑驼卖，無(wú)夾渣氨肌、裂紋鸿秆、氣孔等，表面裂紋長(zhǎng)度不大于1.5mm怎囚，表面的渣子和棱部皺紋裂痕深度不許超過(guò)2mm卿叽，斷面不應(yīng)有裂紋、氣孔和夾渣恳守，小于lmm的夾渣不多于5處考婴。

　　鋁線錠的缺陷主要有：①裂紋。產(chǎn)生的原因是鋁液溫度過(guò)高催烘，速度過(guò)快沥阱，增加了殘余應(yīng)力；鋁液中含硅大于0.8%伊群，生成鋁硅同熔體考杉，再生成一定的游離硅，增加了金屬的熱裂性：或冷卻水量不足舰始。在結(jié)晶器表面粗糙或沒(méi)有使用潤(rùn)滑油時(shí)崇棠，錠的表面和角部也會(huì)產(chǎn)生裂紋。②夾渣惶芒。鋁線錠表面夾渣是由于鋁液波動(dòng)燎匪、鋁液表面的氧化膜破裂、表面的浮渣進(jìn)入鑄錠的側(cè)面造成箕径。有時(shí)潤(rùn)滑油也可帶入一些夾渣陡料。內(nèi)部夾渣是由于鋁液溫度過(guò)低、粘度較大迅督、渣子不能及時(shí)浮起或澆鑄時(shí)鋁液面頻繁變動(dòng)造成陪罕。③冷隔。形成冷隔主要是由于結(jié)晶器內(nèi)鋁液水平波動(dòng)過(guò)大胃症，澆鑄溫度偏低将借，鑄錠速度過(guò)慢或鑄造機(jī)震動(dòng)、下降不均而引起的④氣孔肢椅。這里所說(shuō)的氣孔是指直徑小于1mm的小氣孔讽椿。其產(chǎn)生的原因是澆鑄溫度過(guò)高，冷凝過(guò)快害唧，使鋁液中所含氣體不能及時(shí)逸出朗涩，凝固后聚集成小氣泡留在鑄錠中形成氣孔。⑤表面粗糙绑改。由于結(jié)晶器內(nèi)壁不光滑谢床，潤(rùn)滑效果不好，嚴(yán)重時(shí)形成晶體表面的鋁瘤厘线∈锻龋或由于鐵硅比太大出革，冷卻不均產(chǎn)生的偏析現(xiàn)象。⑥漏鋁和重析渡讼。主要是操作問(wèn)題骂束，嚴(yán)重的也造成瘤晶。

　　3.鑄錠質(zhì)量的保證

　　(1)重熔用鋁錠成箫。鑄錠過(guò)程中最重要的技術(shù)條件是澆鑄溫度展箱，在澆鑄過(guò)程中必須嚴(yán)格控制澆鑄溫度，一般高于鋁液凝固溫度30～50℃伟众。

　　(2)線錠析藕。線錠的澆鑄略為復(fù)雜，需控制的條件有鑄錠速度凳厢。鑄錠速度與鑄錠直徑有關(guān)诱紫。其澆鑄溫度保持680～690℃，冷卻水壓為0.147～0.196MPa纹站，結(jié)晶器內(nèi)壁鋁液水平控制在30mm左右澈越。控制好以上條件泌位，并加強(qiáng)操作管理晨瀑，即可獲得較好的質(zhì)量。

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