鋁錠鑄造技術與管理

一、概述
　　鋁電解槽中生產(chǎn)出的原鋁，在質(zhì)量上相差較大。另外，還含有一些金屬雜質(zhì)，氣體和非金屬固態(tài)夾雜物。鋁錠鑄造的任務是提高低品位鋁液的利用率，并盡可能除去其中的雜質(zhì)。
原鋁中的雜質(zhì)可分為以下三類：第一類是金屬元素，如鐵、硅、銅、鈣、鎂、鈦、釩、硼、鎳、鋅、鎵、錫、鉛、磷等，其中主要元素是鐵和硅；第二類是非金屑固態(tài)夾雜物，Al2O3，AlN和Al4C3；第三類是氣體，H2，CO2，CO，CH4，N2，其中主要的是H2。在660C下，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。從電解槽吸出的鋁液，都要經(jīng)過凈化處理，清除掉一部分雜質(zhì)，然后鑄成商品鋁錠（99.85％A1）。 含99.996％Al純鋁（鋁絲φ2mm，硬拔者），電阻率為2.668×10－8Ω·m。純鋁中如有雜質(zhì)元素，則電阻率增大。。影響最大者為鉻、釩、錳、鋰、鈦。影響較小者為銦、鉛、鋅、鎘、錫、鈹、鐵。
　　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，雜質(zhì)的含量相對于原料鋁土礦來說大為減少。除了從堿液中帶來的堿以外，雜質(zhì)元素的分析值總量通常少于l％。其中主要雜質(zhì)是SiO2和Fe2O3。除了氧化鋁給電解槽帶來雜質(zhì)外，炭陽極和熔劑冰晶石也帶來不少雜質(zhì)。炭陽極帶來的雜質(zhì)主要是鐵和硅，冰晶石也是這樣。
　　如果原料的雜質(zhì)元素全部析出在原鋁里，則所得鋁的品位只有99.7％Al。然而，實際生產(chǎn)出來的鋁卻具有較高的品位99.8％Al。這種差別主要是由于雜質(zhì)元素的蒸發(fā)造成的。鐵、鈦、磷、鋅和鎵從氧化鋁來的占多數(shù)，而硅和釩則從炭陽極來的占多數(shù)。從熔劑來的雜質(zhì)元素，以磷為多，約占磷總量的20％，其余硅、鐵，鈦和釩都很少。
　　平衡表的支出，硅和鐵都超過了從原料帶來的數(shù)量，其中硅超過60％左右，鐵超過37％左右。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，是這些雜質(zhì)元素的另一個重要來源。此外，由于操作工具和陰極鋼棒遭受侵蝕，使鐵也進入了平衡。其余幾種元素，收支接近平衡。
　　支出分配在原鋁和廢氣中的雜質(zhì)元素量是不一樣的。蒸發(fā)量最大的是磷，占收入總量的72％，釩占64.4％，鐵占62.4％，鈦占57.7％，鎵占49.6％，鋅占19.7％。最小的是硅，僅占收入總量的13.3％。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，倒如SiO2，ZnO或ZnF2。硅和鋅明顯地積累在鋁液里。鋁液被硅和鋅污染的程度，主要是由物料平衡中供入的硅化合物和鋅化合物總量來決定的。在這種情形下，槽罩的收集效率無關緊要。②鐵、鎵、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。這些化合物大概是在進入電解質(zhì)之后才生成的。可能的化合物是Fe（CO）5，Ni（CO）4，TiF3，TiF4和GaF3等。如果槽罩的收集效率提高，則會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�？赡艿幕�合物，首先是氟化物（VF3和PF3）和五氧化二磷（P2O5）。由于電解質(zhì)中磷含量升高會影響電流效率，而鋁中釩量增多則會減小鋁的導電性能，所以可以預料到提高槽罩的收集效率會對原鋁質(zhì)量以及最佳生產(chǎn)效果方面帶來損害。
　　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、圓錠、板錠、T形錠等幾種，下面是幾種常見的鋁錠；
　　重熔用鋁錠--15kg，20kg（≤99.80％Al）：
　　T形鋁錠--500kg，1000kg（≤99.80％Al）：
　　高純鋁錠--l0kg，15kg（99.90％～99.999％Al）；
　　鋁合金錠--10kg，15kg（Al--Si，Al--Cu，Al--Mg）；
　　板 錠--500～1000kg（制板用）；
　　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
　　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
　　二、原鋁凈化
　　從電解槽吸出的鋁液中含有各種雜質(zhì)，因此鑄造之前需要進行凈化。工業(yè)上主要采用澄清、熔劑、氣體等凈化方法，也有的試用定向凝固和過濾方法進行凈化。
　　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微液滴，使鋁液中的氧化物被這些液滴濕潤吸附和溶解，組成新的液滴升到表面，冷卻后形成浮渣除去。
　　凈化用的熔劑選用熔點低、密度小，表面張力小、活性大、對氧化渣有很強吸附能力的鹽組成。使用時，先將小塊熔劑裝入鐵籠里，再插入混合爐底部來回攪動，至熔劑化完后取出鐵籠，靜止5～10min。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。