一、前言

目前、我國(guó)大部分電解鋁廠把電解鋁液通過(guò)精煉，除渣除氣，然后鑄造成重熔鋁錠出售；而鋁型材廠購(gòu)回上述鋁錠，重新熔煉鑄造，生產(chǎn)擠壓用鋁合金圓錠。

假若在高溫電解鋁液添加合金，直接熔煉鑄造成鋁合金圓錠，縮短了工藝過(guò)程，省掉了鋁錠重熔工序，節(jié)省設(shè)備投資和人工工資。利用電解原鋁液直接生產(chǎn)圓錠，只要工藝措施得當(dāng)，產(chǎn)品質(zhì)量完全符合擠壓生產(chǎn)工藝的要求。熔煉鑄造成本300元/t-A，其中燒損0.8%左右、油耗4kg/t-A、電耗14kw/t-A、人工工資24元/t-A等。

采用短流程生產(chǎn)工藝，充分利用了電解鋁液的高溫?zé)崮埽?jié)約了寶貴的能源，減少了煙氣、粉塵對(duì)環(huán)境的污染，減少了鋁液的燒損1%左右，每噸產(chǎn)品可以節(jié)約油料60kg以上，節(jié)電30多度，每一噸產(chǎn)品至少創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益500-600元。

然而，有些生產(chǎn)單位使用設(shè)備過(guò)于簡(jiǎn)陋，對(duì)電解鋁液的特性缺乏了解，工藝措施不當(dāng)，圓鑄錠質(zhì)量存在非金屬夾雜多、氣體含量高、晶體粗大、裂紋等質(zhì)量缺陷。只要采取適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)措施，加強(qiáng)管理，完全可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)圓錠，滿足用戶的需求。

二、電解原鋁液的特性

1、電解原鋁液溫度高，氣體含量高

眾所周知，電解鋁生產(chǎn)過(guò)程是在高溫條件下的電化學(xué)過(guò)程。當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電解槽容量越來(lái)越大，電流強(qiáng)度高達(dá)350-500KA，電流效率達(dá)到94-95%。電解槽以碳?jí)K為陽(yáng)極，以半石墨化碳?jí)K作陰極，一般溫度在950-960℃之間。電解質(zhì)成份很復(fù)雜，除主成份冰晶石之外，還加有Al2O3、CaF2、MgF2等，它們的含量分別為1.38-2.88%、4.88-5.88%和0.47-0.87%；含水率除AlF3≤7.5%外，其他均小于或等于1.0%。上述物料中的水份分別為附著水和結(jié)晶水，附著水在高溫條件下，易于蒸發(fā)去掉，而結(jié)晶水在電解槽中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)3H2O+2AL→Al2O3+6[H]，[H]溶解于電解鋁液中，鋁液溫度越高，原子氫的飽和濃度越大。

除了氫之外電解鋁液還含有CO2、CO、CH4和N2。電解原鋁液氣體含量組成范圍也很寬，H2：53-96%；CO2：2.5-30%；CO：20%；CH4：2.5%；N2：2.5%。對(duì)氣體含量高的電解原鋁液，必須采取行之有效的除氣措施，才能消除它們的危害。

2、電解原鋁液雜質(zhì)含量多

液態(tài)原鋁中的雜質(zhì)主要為非金屬雜質(zhì)，也有少量金屬雜質(zhì)。非金屬雜質(zhì)含量最多為氧化鋁，其次是氟化鹽、碳化鋁和氮化鋁。電解過(guò)程中，加入電解槽中的氧化鋁是砂狀氧化鋁。砂狀氧化鋁由α-Al2O3和γ-Al2O3，α-Al2O3≥25%；α-Al2O3呈球狀、比重大、質(zhì)地致密、表面積小，在電解質(zhì)中，溶解速度慢，來(lái)不及溶解的α-Al2O3往往沉淀于槽底，少量混入陰極鋁液中。而γ-Al2O3活性大，溶解速度快，一般不會(huì)在電解槽底沉積。一般來(lái)說(shuō)，電解槽24小時(shí)抽取鋁液一次，混入鋁液中的α-Al2O3隨同鋁液一塊進(jìn)入鋁液抬包，倒進(jìn)熔鑄生產(chǎn)系統(tǒng)的熔煉爐內(nèi)。

電解原鋁液中的金屬雜質(zhì)有硅、鐵、鋅、鈦、鈉等，但最主要的金屬雜質(zhì)還是硅和鐵。這些雜質(zhì)的來(lái)源主要有兩個(gè)方面：一是來(lái)自原料及材料，例如采用堿法生產(chǎn)的氧化鋁原料含有SiO2、Fe2O3、TiO2、ZnO、Na2O等雜質(zhì)，通過(guò)電解，生成了Si、Fe、Ti、Zn、Na等金屬。二是來(lái)自電解槽內(nèi)襯、工具、設(shè)備、塵土及其他。

順便說(shuō)一下，在高溫液態(tài)鋁中，碳與鈦反應(yīng)生成TiC，TiC是液態(tài)鋁合金在凝固過(guò)程中很好的非自發(fā)晶核，TiC的成核作用優(yōu)于TiB2粒子，有利于合金鋁液結(jié)晶時(shí)細(xì)化其晶粒，可惜含量太低。

我國(guó)是全世界原鋁產(chǎn)量最多的國(guó)家，采用短流程，利用電解原鋁液太陽(yáng)能電池直接生產(chǎn)鋁加工所需要的扁錠和圓錠，這是鋁工業(yè)發(fā)展的必由之路，也引起了有關(guān)部門的高度重視。有些大型電解鋁企業(yè)，例如貴州鋁廠、青海鋁廠、包頭鋁廠、青銅峽鋁廠等，近幾年來(lái)，引進(jìn)歐美國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，相繼建成了自動(dòng)化程度高技術(shù)一流的熔鑄生產(chǎn)線，主體設(shè)備包括大型熔煉爐，大型液壓傾動(dòng)靜置爐，大功率電磁攪拌器，在線氬氣除氣系統(tǒng)，液壓鑄造機(jī)及鑄錠均勻化裝備等。通過(guò)投料試車生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量上佳，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

也有一些企業(yè)，投資數(shù)百萬(wàn)元，建三臺(tái)15噸熔煉爐、兩臺(tái)鋼絲繩鑄造機(jī)、一臺(tái)單軌天車、一套偱環(huán)水系統(tǒng)，產(chǎn)能也可以達(dá)到75000噸/年。但是設(shè)備過(guò)于簡(jiǎn)陋，技術(shù)裝備差，又不尊重學(xué)科，疏于管理，粗制濫造，產(chǎn)品質(zhì)量差，問(wèn)題成堆。對(duì)于這一類企業(yè)，如何進(jìn)行設(shè)備改造，加強(qiáng)技術(shù)管理，改進(jìn)工藝技術(shù)措施，完善工藝制度，生產(chǎn)合格產(chǎn)品。在這里，談?wù)勛约旱目捶ǎ┩袇⒖肌?/p>

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢(shì)，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件目前尚無(wú)其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟(jì)且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，在國(guó)際間的合作日益密切、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈之時(shí)，中國(guó)汽車鑄造業(yè)應(yīng)更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢(shì)，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件目前尚無(wú)其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟(jì)且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，在國(guó)際間的合作日益密切、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈之時(shí)，中國(guó)汽車鑄造業(yè)應(yīng)更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。

1.中國(guó)鑄造業(yè)現(xiàn)狀

中國(guó)是當(dāng)今世界上最大的鑄件生產(chǎn)國(guó)家，據(jù)資料介紹，我國(guó)鑄造產(chǎn)品的產(chǎn)值在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中約占1%左右。最近幾年，鑄件進(jìn)出口貿(mào)易增長(zhǎng)較快，鑄件的產(chǎn)量已達(dá)到9%左右。我國(guó)鑄造廠點(diǎn)多達(dá)2萬(wàn)多個(gè)，鑄造行業(yè)從業(yè)人員達(dá)120萬(wàn)之多。“長(zhǎng)三角”地區(qū)的鑄件產(chǎn)量占全國(guó)的1/3，該地區(qū)主要以民營(yíng)企業(yè)為主，汽車和汽車零部件行業(yè)的發(fā)展有力地拉動(dòng)了鑄造行業(yè)的發(fā)展。萬(wàn)豐奧特是亞洲最大的鋁合金車輪企業(yè)，年產(chǎn)值超過(guò)10億元，出口額達(dá)6000美元。昆山富士和機(jī)械有限公司生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)的鑄件，年產(chǎn)量達(dá)4萬(wàn)t，銷售收入5.5億元。華東泰克西是一個(gè)先進(jìn)的現(xiàn)代化氣缸體鑄件生產(chǎn)企業(yè)，具有年產(chǎn)100萬(wàn)件轎車氣缸體鑄件能力。山西是鑄造資源大省，有豐富的生鐵、煤炭、鋁鎂、電力、勞力資源、使山西的鑄造產(chǎn)業(yè)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，具有500個(gè)鑄造企業(yè)，80%為民營(yíng)企業(yè)。山西國(guó)際、河津山聯(lián)、山西華翔年產(chǎn)量分別達(dá)4萬(wàn)t、2萬(wàn)t、12萬(wàn)t。“東三省”有一汽集團(tuán)、哈飛集團(tuán)等骨干汽車企業(yè)帶動(dòng)了汽車鑄件產(chǎn)量的增長(zhǎng)。一汽集團(tuán)鑄造公司，已經(jīng)形成40萬(wàn)t鑄件的生產(chǎn)能力。遼寧北方曲軸有限公司，到“十一五”末將形成年產(chǎn)15萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、100萬(wàn)件曲軸、產(chǎn)值20億的曲軸生產(chǎn)基地。“珠江三角洲”壓鑄行業(yè)發(fā)達(dá)，有700多個(gè)壓鑄企業(yè)，年產(chǎn)量達(dá)20萬(wàn)t。東風(fēng)日產(chǎn)、廣州本田、廣州豐田和零部件企業(yè)有力帶動(dòng)了壓鑄業(yè)的發(fā)展，轎車氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)。