原位生成鋁鋯合金的探索與實(shí)踐

卞金濤，牟俊東，劉延濤

(山東濱州華創(chuàng)金屬有限公司，山東 濱州 256600)

鋁鋯合金的傳統(tǒng)生產(chǎn)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(zhǎng)、能耗高、成本貴、合金性能受工藝過程影響較大等缺點(diǎn)。我公司技術(shù)人員經(jīng)過多方調(diào)研并結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況，認(rèn)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?zhèn)鹘y(tǒng)的熔配法。

1 生產(chǎn)實(shí)踐

1.1 原材料的選擇

目前市場(chǎng)上的含鋯化合物有多種，為了確保試驗(yàn)的可靠性，減少副產(chǎn)物對(duì)電解槽的影響，我們選購(gòu)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(yàn)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(wěn)定后每天添加19Kg氟鋯酸鉀生成合金中鋯含量的變化。

2 對(duì)電解生產(chǎn)的影響

2.1 對(duì)電解槽運(yùn)行的影響

由于鋁電解生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，改變其原料成分勢(shì)必將引起電解過程其他條件的改變，這就需要對(duì)原有電解技術(shù)條件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

我們結(jié)合生產(chǎn)鋁鈦合金的經(jīng)驗(yàn)，從試驗(yàn)一開始，就對(duì)所進(jìn)行試驗(yàn)的電解槽進(jìn)行了密切的關(guān)注，對(duì)電解溫度、電壓、出鋁量、爐底壓降、效應(yīng)系數(shù)等技術(shù)條件進(jìn)行了多次調(diào)整與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

表3是試驗(yàn)前后一段時(shí)間平均電解溫度、工作電壓及出解槽中進(jìn)行了試驗(yàn)。為了使原料的流動(dòng)性和溶解性更好，減少氟鋯酸鉀的揮發(fā)，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(wěn)定在0.35%～0.40%（便于后續(xù)鋁量等主要技術(shù)參數(shù)的對(duì)比表。

表2 合金中鋯含量與添加量關(guān)系

表3 試驗(yàn)前后電解槽主要技術(shù)參數(shù)的對(duì)比表

由上表可以看出，通過我們的調(diào)整，試驗(yàn)槽的各項(xiàng)指標(biāo)基本保持穩(wěn)定，出鋁量有所增加，電解溫度有所降低，電解質(zhì)水平有所上漲，這主要是氟鋯酸鉀與鋁反應(yīng)生成氟鋁酸鉀所造成。

表4 試驗(yàn)槽和正常槽所產(chǎn)鋁液的主要成分對(duì)比表

2.2 對(duì)所產(chǎn)的合金成分的影響

我們對(duì)試驗(yàn)槽的合金鋁采取每天取樣化驗(yàn)的辦法來檢測(cè)其成分的變化，盡量使其鋯含量穩(wěn)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(jì)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(yàn)槽和未進(jìn)行試驗(yàn)的電解槽所產(chǎn)鋁液的主要成分對(duì)比表。

通過表4的數(shù)據(jù)對(duì)比，我們可以看出，除鋯元素含量有明顯的增多，其它元素?zé)o明顯變化。另外，試驗(yàn)槽的鋁液成分中雜質(zhì)含量均沒有明顯增多，在我們所要求的范圍之內(nèi)。

3 原位生成法生產(chǎn)的鋁鋯合金性能

在一年多的生產(chǎn)試驗(yàn)中，我們對(duì)生產(chǎn)的合金和用合金制造的活塞進(jìn)行反復(fù)的檢測(cè)，此文只對(duì)材料金相和物理性能進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

3.1 原位生成鋁鋯合金對(duì)材料金相的影響

材料金相對(duì)比照片如下圖。

圖1 材料金相對(duì)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(chǎn)的鋁鋯合金金相對(duì)比，可以看出兩種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品金相區(qū)別不大，可見原位生成法生產(chǎn)的鋁鋯合金完全適用生產(chǎn)。

3.2 原位生成鋁鋯合金對(duì)對(duì)材料物理性能的影響

原位生成鋁鋯合金對(duì)材料物理性能影響如下表。

表5 原位生成鋁鋯合金對(duì)材料物理性能影響

由上表對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，用原位生成法生產(chǎn)的鋁鋯合金與熔配法生產(chǎn)的合金具有相同的性能。目前為止，我已累計(jì)生產(chǎn)活塞300多萬只，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠。

4 結(jié)語

通過調(diào)整相應(yīng)電解工藝技術(shù)條件，采用科學(xué)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(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的，產(chǎn)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(nèi)。鋁電解槽中原位生產(chǎn)鋁鋯的試驗(yàn)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(shù)條件與操作方法，現(xiàn)已進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，電解槽運(yùn)行正常，合金成分穩(wěn)定，性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯，具有深遠(yuǎn)社會(huì)效益與推廣價(jià)值。