原位生成鋁鋯合金的探索與實踐

卞金濤，牟俊東，劉延濤

(山東濱州華創金屬有限公司，山東 濱州 256600)

鋁鋯合金的傳統生產方法主要是用純金屬熔配。因客觀條件所限，熔配法有流程長、能耗高、成本貴、合金性能受工藝過程影響較大等缺點。我公司技術人員經過多方調研并結合本企業實際情況，認為我們可以用在鋁電解槽中直接原位生成鋁鋯合金的方法來代替傳統的熔配法。

1 生產實踐

1.1 原材料的選擇

目前市場上的含鋯化合物有多種，為了確保試驗的可靠性，減少副產物對電解槽的影響，我們選購了純度98%以上的氟鋯酸鉀作為原料，其主要成分見表1。

表1 氟鋯酸鉀的主要成分

1.2 試驗過程

從2019年5月1日起在某電解鋁廠電解一車間102#電熔配鋯含量0.10%～0.13%合金使用），后期每天氟鋯酸鉀加入量為19Kg，使合金中鋯含量維持在0.4%左右，表2是鋯含量穩定后每天添加19Kg氟鋯酸鉀生成合金中鋯含量的變化。

2 對電解生產的影響

2.1 對電解槽運行的影響

由于鋁電解生產是一個復雜的系統，改變其原料成分勢必將引起電解過程其他條件的改變，這就需要對原有電解技術條件進行相應的調整。

我們結合生產鋁鈦合金的經驗，從試驗一開始，就對所進行試驗的電解槽進行了密切的關注，對電解溫度、電壓、出鋁量、爐底壓降、效應系數等技術條件進行了多次調整與實時監控。

表3是試驗前后一段時間平均電解溫度、工作電壓及出解槽中進行了試驗。為了使原料的流動性和溶解性更好，減少氟鋯酸鉀的揮發，我們將原料和氧化鋁按一定的比例配成混合料，前期每天氟鋯酸鉀加入量為100Kg，隨著合金中鋯含量的增加，最終使鋯含量穩定在0.35%～0.40%（便于后續鋁量等主要技術參數的對比表。

表2 合金中鋯含量與添加量關系

表3 試驗前后電解槽主要技術參數的對比表

由上表可以看出，通過我們的調整，試驗槽的各項指標基本保持穩定，出鋁量有所增加，電解溫度有所降低，電解質水平有所上漲，這主要是氟鋯酸鉀與鋁反應生成氟鋁酸鉀所造成。

表4 試驗槽和正常槽所產鋁液的主要成分對比表

2.2 對所產的合金成分的影響

我們對試驗槽的合金鋁采取每天取樣化驗的辦法來檢測其成分的變化，盡量使其鋯含量穩定在我們需要的范圍。在每天的出鋁過程中，合金鋁液中的鋯將被取走一部分，因此，我們本著取走多少添加多少的原則，精確計算電解槽每天所需添加含鋯氧化物的量來控制電解槽中的含鋯量。表4是添加氟鋯酸鉀的試驗槽和未進行試驗的電解槽所產鋁液的主要成分對比表。

通過表4的數據對比，我們可以看出，除鋯元素含量有明顯的增多，其它元素無明顯變化。另外，試驗槽的鋁液成分中雜質含量均沒有明顯增多，在我們所要求的范圍之內。

3 原位生成法生產的鋁鋯合金性能

在一年多的生產試驗中，我們對生產的合金和用合金制造的活塞進行反復的檢測，此文只對材料金相和物理性能進行簡單分析。

3.1 原位生成鋁鋯合金對材料金相的影響

材料金相對比照片如下圖。

圖1 材料金相對比圖

通過與用普通方法熔配的鋁鋯合金熔配BH122A、BH135材料金相與原位生成法生產的鋁鋯合金金相對比，可以看出兩種工藝生產的產品金相區別不大，可見原位生成法生產的鋁鋯合金完全適用生產。

3.2 原位生成鋁鋯合金對對材料物理性能的影響

原位生成鋁鋯合金對材料物理性能影響如下表。

表5 原位生成鋁鋯合金對材料物理性能影響

由上表對比數據可以看出，用原位生成法生產的鋁鋯合金與熔配法生產的合金具有相同的性能。目前為止，我已累計生產活塞300多萬只，產品質量穩定，性能可靠。

4 結語

通過調整相應電解工藝技術條件，采用科學有效的操作方法，在鋁電解槽中加入氟鋯酸鉀原位生成鋁鋯合金，是可以實現工業生產的，產出的合金中元素成分也可以被精確地控制在特定范圍之內。鋁電解槽中原位生產鋁鋯的試驗已獲得成功。我們從中摸索出了一系列適合于合金電解的工藝技術條件與操作方法，現已進行大規模工業生產，電解槽運行正常，合金成分穩定，性能優良，經濟效益非常明顯，具有深遠社會效益與推廣價值。