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铝的生产

所有铝的生产均基於HallHeroult法。将从铝土矿制得的氧化铝溶於冰晶石电解液,其中加有几种氟化物的盐类以控制电解液的温度、密度、电阻率以及铝的溶解度。然後,通入电流电解已熔的氧化铝。这样,氧在碳阳极上生成并与後者起反应,而铝则在阴极上作为金属液层而聚集。已分离出的金属可以定时用虹吸法或真空法移出度坩埚中,然後将铝液转移到铸造设备中浇铸成锭。

冶炼出来的铝含有的主要杂质是铁与 ,锌、镓、钛、钒也通常作为微量杂质存在。国际上铝的 纯度是以确定的成分及其数值作为基本标准。在美国,以形成常规做法是将铁与 的相对浓度作为更重要的标准来考虑。未合金化的金属级别,可由其纯度来决定,如含铝量为99.70%的铝,或者由美国铝协会制订的方法来决定,该法规定以Pxxx级别为标准。在後一种情况下,字母P後的数字表明 与铁各自的 大的百份之零点几数值。

全世界原生铝产量总数为17.304 x 106Mg 。美国的铝产量占1988年世界产量的22.8%,而欧洲占21.7%。其馀55.5%的铝由亚洲(6.6%)、加拿大(8.9%)、拉丁美洲(含南美洲)(8.8%)、大洋洲(7.8%)、非洲(3.1%)和其他地区(21.3%)生产。

6063铝合金主要用于挤压建筑型材,其铸锭冶金缺陷有裂纹、气孔、夹渣、疏松、光亮晶粒、羽毛状晶、粗大晶粒等。这些冶金缺陷,不同程度地影响了圆铸锭生产的成品率和挤压时的成材率,给公司带来很大经济损失,因此必须防止上述冶金缺陷的产生。

光亮晶粒是在对6063铝合金铸锭检查低倍组织时发现的,在试样断面上表现为一些不规则的浅色亮斑,主要集中在铸锭的根部,晶粒组织粗大,晶内固溶物较少,颜色呈浅白色,与正常结晶组织有较大差异,是在铸造阶段产生的。

1 光亮晶粒产生的原因

1.1 化学成分

6063属低合金化的A1MgSi系高塑性合金,在炉料酬过程中因误操作加入了(Cu):0.24%0.32%的6061合金废料,为6063铝合金铸锭产生光亮晶粒缺陷创造了条件。

1.2 铸造温度低

为了提高铸锭的成形性和外观质量,往往使铸造温度偏低,这样在铸造时液穴的温度较低,液穴内过冷带扩展到转接板底部区域,就会在转接板底部先期结晶出树枝晶,它们在液穴内长时间长大而生成了光亮晶粒。由于光亮晶粒的生长速度十分缓慢,且因其周围的金属液流不断更新,使该处的液相成分在结晶过程中没有大的变化,在光亮晶粒和液相间始终保持着开始结晶时的浓度差,因而使得光亮晶粒成为贫溶质的铝固溶体(1)。

1.3 浇铸盘温度低

由于6063铝合金圆铸锭生产特点是炉次、铸次之间生产间隔时间长,浇铸盘总是处于冷状态,造成开始铸造时,液穴熔体温度较低,先结晶的光亮晶粒就会依附在转接板上,逐渐长大,当长大到一定程度时,便掉人铸锭中,在铸锭根部形成光亮晶粒组织缺陷。

1.4 结晶器

6063铝合金铸造时所采用的结晶器为水眼式矮结晶器,循环水水质脏,水温高,Ca2+、Ms2离子浓度偏高,铸造时使部分水眼堵塞,造成铸锭周边部分熔体温度高低不一,使结晶器内金属液流波动和液流分配不均匀,在局部偏低的铸造温度下熔体结晶速度不一,产生了光亮晶粒。

2 防止措施

通过以上分析,我们采取了以下措施:

(1)在换生产品种时彻底洗炉。

(2)对不同品种的合金废料分开存放,配制时只允许加入同品种或成分相近的废料。

(4)加强工艺操作管理,在铸造前用石油液化汽喷灯将流槽、分配盘、流管和转接板等烘烤至红热状态。

(5)改造循环水过滤系统和冷却系统,充分利用软化水站,使循环水水质、水温和Cab、M广离子浓度达到铸造作业的要求,消除由于循环水给铸锭带来的冶金缺陷。炉料中Cu含量偏高,熔体流入液穴时温度偏低,分配盘预热不好,循环水对铸锭冷却不好造成的。

(6)通过调整炉料中Cu含量,适当提高铸造温度和铸造速度,在铸造前对浇铸工具预热烘烤,同时加强循环水水质的控制,完全可以消除6063铝合金铸锭的光亮晶粒缺陷。