熔鑄工序對罐體料斷罐的影響

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，隨著制罐行業的快速發展，罐體料各項技術指標大幅提升。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%。可見，市場對罐體料質量要求大幅提升。為生產出質量穩定、斷罐率低的罐體料，需從各工序、各要素精細控制入手。下面介紹熔鑄各工序對斷罐的影響。

1 配料對斷罐的影響

1.1 原料對斷罐的影響

生產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廢料使用比例較高。按目前國內的熔煉設備技術狀況，生產罐體料時，廢料使用比例應不高于70%，且三級廢料應控制在20%以內。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罐體料時，應密切關注電解鋁液中堿金屬含量，確保在精煉工序將堿金屬去除到標準以下。另外，電解鋁液中的電解質含量過多也會對斷罐產生影響。

1.2 中間合金對斷罐的影響

根據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必須要確保產品質量穩定、可靠。在添加中間合金時，應在文件規定的熔體溫度范圍內加入，并進行充分攪拌，確保各元素在熔體中均勻分布，避免出現成分偏析，形成粗大化合物等現象。尤其在補料后的操作往往易被簡化、忽視，導致化合物粗大、聚集等現象，進而影響產品斷罐率。

1.3 化學成分對斷罐的影響

目前罐體料大多是采用3104合金，在標準范圍內的主要合金元素不會對斷罐造成太大影響，對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%，熔點低（97.8℃），合金中存在鈉時，在凝固過程中，鈉吸附在枝晶表面或晶界;熱加工時，晶界上的鈉形成液態吸附層，產生脆性開裂，即“鈉脆”[1]。因此Na含量過高會導致斷罐率增大，尤其是使用電解鋁液直接生產3104罐體料用板錠時，必須要采取相應的手段去除熔體中的鈉，將其控制在5×10-6以內。Ca同為堿金屬，與Na有相似的危害，但對斷罐率的影響較Na元素略小。

Ti加入量的多少對鑄態組織有直接影響，過少會導致晶粒尺寸偏大，但過多又易導致TiAl3聚集，形成塊狀化合物。因此在Ti的加入時應注意以下幾點：（1）爐內細化劑的加入時間應盡量接近鑄造開始時間，但不能放在最后一次攪拌、精煉、靜置之后；（2）Ti的細化效果有顯著的時效性，若超時應再次進行細化，加入量可根據超時長短在正常加入量的基礎上進行減量；（3）Ti的加入量應根據廢料使用比例進行調整。

V元素與Ti元素一樣，不僅可以細化晶粒，還可以形成彌散的Al3M型強化相，這些相本身比較穩定，與基體錯配度低，可與基體保持共格關系，能有效釘扎位錯，穩定亞結構，阻止晶界滑移，同時抑制基體再結晶，提高基體再結晶溫度。故V含量過高也會導致斷罐率增加。

2 熔煉對斷罐的影響

熔煉的主要目的是為了熔化和配料，使熔體達到溫度和成分要求。熔煉工序對產品質量的影響往往易被忽視，多數企業的熔煉爐熱電偶缺失，無法實現連續控溫，經常易出現熔體過熱現象，進而影響鑄錠組織。熔煉爐配料應讓各個成分均達到標準范圍要求，以減少靜置爐的成分調整次數和補料量。高熔點金屬在靜置爐補料應以中間合金的方式加入，避免形成粗大化合物，進而影響斷罐率。

3 靜置爐爐內處理對斷罐的影響

爐內處理包括精煉、攪拌、取樣、細化、靜置、補料等。（1）精煉時應注意精煉劑或精煉氣體的選擇和維護，若使用精煉劑，應確保精煉劑干燥，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）補料操作后應再次進行攪拌、精煉、靜置操作，避免補料后導致成分不均、化合物聚集等現象。

4 氫含量對斷罐的影響

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

氫的來源主要有以下幾個途徑：（1）未經充分干燥的鋁錠、廢料、精煉劑、覆蓋劑、變質劑、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形式反應生成原子態氫溶于鋁液；（2）爐料和浮渣的含水物質及氫氧化物，如A12O3·H2O，Al2O3·3H2O及Al（OH）3等，在加熱時產生的水和燃料燃燒時生成的水份，也將如上反應生成氫；（3）車間空氣中的水份（尤其空氣濕度大的地區）。

在鋁合金熔體中，氫會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）轉子的轉速及平穩性等。

5 過濾系統對斷罐的影響

在線過濾系統是熔體除渣的關鍵設備，也是緊靠鑄造的最后一道凈化工序，直接關系到鑄件最終純凈度，渣含量越多，斷罐比例越高。目前國內在線過濾系統主要有泡沫陶瓷過濾器、深床過濾器、陶瓷管式過濾三種。這三種過濾器生產罐料企業均有采用。下面分析一下三種過濾器的優缺點，見表1。

表1 各類過濾器優缺點

6 鑄造工藝對斷罐的影響

鑄造工藝參數主要有鑄造溫度、鑄造速度、冷卻強度三大工藝參數，其次是液位高度、鑄造開始與結束條件等。鑄造開頭準備對斷罐的影響表現在鑄造三大工藝參數不匹配，導致熔體補縮不好形成疏松，進而導致斷罐率升高。液位高度直接影響鑄錠粗晶層深度，在銑面時若粗晶層未銑凈，該處柱狀晶組織會導致斷罐率升高。鑄造工藝應是個系統穩定的組成，避免頻繁調整。

7 結束語

從本文可以看出熔鑄各工序對罐體料的影響因素較多，而目前熔鑄工序的檢測分析手段有限，不能有效地評價鑄錠質量。故質量穩定的易拉罐產品需監控好原輔材料、穩定好工藝過程、關注到各個要素變化點。