电解铝液中影响电工圆铝杆质量的因素探究

【摘要】本文笔者根据自己多年的工作经验与实践,对电工圆铝杆生产工艺影响因素进行分析,并提出相应的措施。

【关键词】因素;稀土;生产工艺

1.影响因素及其分析

近代物理学认为:晶体中晶粒度越大,形成的点、线、面缺陷越少,电阻率越小;异类原子在金属中以固溶体存在时,对导体的电阻率增大作用小于析出态;基体中的夹渣、气孔、缩松等缺陷由于增加了通过电流的截面积,从而减少了电阻率,提高了抗拉强度。

1.1杂质影响

电解铝液中含有杂质元素和非金属氧化物,其中杂质元素主要有K、Na、Si、Fe等,非金属杂质有Al2O3、H2等,Fe和Si是影响电工圆铝杆质量的主要杂质元素,其存在直接影响到材料的力学性能、加工使用性能等。不同的铝电解槽铝液成分波动大,而电工圆铝杆的成分要求比较严格,所以用电解铝液直接生产电工圆铝杆,电阻率常常偏高,抗拉强度较高。当Si含量大于Fe时,铝杆中的Si、Fe和Al生成复杂的β(Al9Fe2Si2)相,属脆硬相,会使铝杆产生裂纹,降低抗拉强度和伸长率;当Si小于Fe时,产生a(Ah2Fe3Si2)相,a相比β相变形性能要好的多,因此生产中要求Si小于Fe。为了满足用户对产品抗拉强度的不同要求,就要对铝液中的Si、Fe含量进行调整,一般将Fe含量控制在0.16%~0.30%之间,Si含量控制在0.06%~0.16%之间,Fe/Si要控制在1.5~2.5之间,Fe含量决定铝杆的强度,要求抗拉强度低时取下限,要求抗拉强度高时取上限。但铝液中太低的Si、Fe含量会使生产铝液成本升高,所以当铝液中Si、Fe含量较高时加入含硼变质剂使电工圆铝杆的导电性能提高。铝液中的杂质元素如V、Ti、Mn、Cr必须严格控制,否则对电工圆铝杆有很大的影响。

1.2稀土作用

稀土的含量为0.10%~0.30%时,对电工铝杆的导电性没有影响,稀土能够改善硅的固溶度。铝中的铁和硅可形成FeAl3和a(Fe2SiAl),FeAl3可细化再结晶晶粒。稀土能与铁形成CeFe2、Ce2Fe17两种平衡化合物,与硅形成Ce5Si3、Ce3Si3、Ce5Si4、CeSi、、Ce3Si5和CeSi2六种化合物,可中和铁和硅的有害作用,改变杂质的分布,改善硅的固溶度,提高电工圆铝杆的导电性能及抗拉强度。稀土的作用还表现为明显减少铝液中的含氢量,降低铸件针孔率和孔隙度,减少铝液中的夹杂物,降低铝液中的有害元素等。

1.3工艺流程

1.4工艺措施

（1）铝导体中夹渣、气孔和缩孔的存在严重的割裂基体,不仅降低力学性能,而且减少了导体的有效通电面积,间接降低了电阻率和抗拉强度,所以应净化去除。常用的净化方法有熔剂(粉或饼)精炼法,单管喷吹气体(氮气、氩气、氯气或混合气)法,石墨转子旋转喷吹气体法,气体、熔剂联合喷吹法,过滤网、陶瓷过滤板、过滤床过滤法,无毒害综合熔体处理法,物理压出法等复合净化工艺。实践证明,包内熔剂+炉内精炼+单管吹氮+在线石墨转子旋转喷吹氮气+泡沫陶瓷过滤板过滤综合精炼工艺,对于电工圆铝杆生产是行之有效的,不仅可控制缺陷产生,还能防止其引起的电阻率偏高。

（2）优质铸坯的获得是铝杆生产的关键环节,必须综合考虑各项因素,合理调配浇温、速度、冷却量等工艺参数,才可能获得晶粒均匀细小、无异常组织、无缩孔、无裂纹及表面缺陷的铸坯。从电解槽表面来的高温铝液,配入严格筛选配料锭、降温锭;防止精炼熔剂和精炼操作的污染;认真加入变质、细化剂,防止变质、细化剂操作的污染;防止浇注系统及涂料的污染。在铝液铸造结晶过程中,如果结晶状况不好,造成晶粒粗大和不均匀,也是影响抗拉强度的原因之一.从金属学中知道,晶粒愈细、晶界愈多,材料的抗力指标愈高。所以,在铸造过程中, 获得良好的结晶组织对提高抗拉强度是有益的。铸坯的轧制过程中,如果轧制速度过快,那么在轧制过程中产生的热效应就会加大,那么容易出现热脆现象,降低抗拉强度。如果轧制速度过低。那么轧制的效果就会变差，同时温度降低过快，铸形抗力增大，变形性能降低。当变形量大时，就会出现低温脆裂，影响铝杆抗拉强度。

（3）轧制中控制入轧温度、轧制速度、乳化液温度、乳化液量调配、出轧速度等工艺参数,对铝杆的三项性能影响很大。轧制速度快,抗拉强度低,伸长率高;轧制速度快,抗拉强度低,伸长率高,轧制速度应根据铝杆性能进行调节;轧制温度由锭坯进轧温度、轧制速度及乳化液温度所决定;乳化液温度应保持在一定范围内,因为温度过高,容易造成铝杆表面和轧辊工作表面粘结。在铸造过程中，一定要严格控制铸造温度、铸造速度、冷却水温度、冷却水压力，这几个工艺参数直接影响着铸坯的质量。根据生产经验一般控制铸造温度一般控制在 695±5℃，铸造速度 13～15m/min，冷却水温度20~30℃，冷却水压力0.3MPa。

在轧制过程中，也应该控制进轧温度、乳化液温度及压力，这些工艺参数直接影响到铝杆的抗拉强度和伸长率。根据生产需要，生产不同抗拉强度的铝杆时，可以对这些参数分别作出调整。一般情况下，进轧温度控制在480～550℃，乳化液温度控制在45～65℃乳化液压力控制在0.2～0.35Mpa。

2.结语

电解铝液直接生产电工圆铝杆,必须严格控制铝液的化学成分,加入适量的稀土,消除部分杂质的影响,可以提高电工圆铝杆的抗拉强度与导电性。严格电工圆铝杆坯料的铸造质量,降低杂质的含量,提高铝杆的抗拉强度与导电性。铝杆轧制时,合理控制轧制工艺,生产合格的电工铝杆。

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