DOC《电工圆铝杆净化方法的现状与展望》

电工圆铝杆净化方法的现状与展望 侯世香,顾威,刘东雨 (华北电力大学 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京 102206) 摘要:详细介绍了目前铝熔体的净化方法及其对电工圆铝杆性能的影响,并对净化工艺进行了展望.

认为目前较好的净化工艺是气体、熔剂联合吹炼(精炼)+泡沫陶瓷过滤板过滤. 关键词:电工圆铝杆;

铝熔体;

净化方法;

展望 中图分类号:TG292 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2013)07-0000-00 Status and Prospect of Purification Methods for Round Aluminum Pole HOU Shi-xiang, GU Wei, LIU Dong-yu (Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of Ministry of Education, North China Electric Power University, Beijing 102206, China) Abstract: The purification methods of aluminum molten and their effects on property of electrical round aluminum pole were introduced. The prospect of purification methods of aluminum molten was elaborated. The optimum purification method is gas and fusing agent united blowing (refining) combined with filtration with foamed ceramics filter plate. Key words: electrical round aluminum pole;

aluminum molten;

purification methods;

prospect 电工圆铝杆是拉制电线电缆、导电线芯用圆铝线和其他电工用铝导线的材料,其质量好坏直接影响其使用性能.目前许多铝厂直接用电解铝液来生产电工圆铝杆,工艺流程为:电解铝液(开口包内精炼(混合炉内精炼(静置(在线除气(在线过滤(浇注.取自电解槽的铝液温度较高及含氢量大,获得的铝合金存在不同程度的气体和杂质,在轧制后就会产生缩孔、针眼和起皮等缺陷.因此,在铸造前必须对铝熔体进行精炼净化,除去这些缺陷,否则就会降低电工圆铝杆的力学性能和导电率. 本文主要介绍精炼净化的方法.这些净化方法有很多分类,如按工艺分为在线式和间歇式;

按位置分为炉内和炉外;

按原理分为吸附式、非吸附式和复合式[1]等.

1 在线净化 炉内净化因除渣效果差、熔体可能有二次污染,精炼后熔体中仍残留一定的气体和夹杂,主要用于中小型铝加工厂.铝合金熔炼时在除氢的同时也有表面吸氢现象.为了减少液态铝吸气,应严格控制炉料及辅助材料的质量,尽量减少液态合金在高温下的保温时间并避免其过热,尽量在覆盖剂保护下保温,并在浇铸前加入精炼剂进行除气处理. 传统的炉内处理方法效率低、净化效果差及存在环境污染等.因此,炉内间歇式净化被炉外连续净化取代是国内外铝加工企业净化工艺的必然趋势.在同一装置中将除气净化和过滤除渣结合在一起,进行多次、连续净化,可以显著提高铝合金熔体的净化效果.采用惰性气体+精炼熔剂喷吹进行在线净化铝合金熔体[1],可以满足对熔体净化日益增长的要求.

2 吸附式净化 吸附净化可以通过铝熔体与净化剂直接接触,使净化剂与铝熔体中的气体和夹杂物发生物理或化学作用而达到除气和除杂目的. 2.1 气泡浮游法 气泡浮游法是将气体(如惰性气体、活性气体或混合气体)通入到铝熔体内部,形成气泡,分压差的作用使铝熔体中的氢扩散进气泡并上浮而被排除.上浮的气泡还能同时吸附部分夹杂而除杂.大多数除氢技术都是建立在气泡浮游理论上的,气泡浮游法又可分为单管吹气法、多孔喷吹法、固定喷吹法和旋转喷吹法等[2-3]. 收稿日期:2013-01-30 基金项目:国家电网公司科技项目(DG17201200049) 作者简介:侯世香(1964-),女,河北人,博士,副教授. 单管吹气法是通过一根石墨管(或钢管)向铝熔体中吹入净化气体达到除氢目的.该法吹入的气泡较大,在熔体中分布不均,且无搅拌,除气效率低.多孔喷吹法是在石墨管前端装了多孔塞,减小了气泡尺寸,但仍分布不均.固定吹气法是在处理炉的底部或侧部安装一个或多个透气砖,高压气体和熔剂通过透气砖往铝熔体中喷入并对铝熔体起到一定的搅拌作用,熔体从设备的上方螺旋向下流动,气泡上浮并均匀地分布到熔体中,但它是一种间歇式除氢装置,不同炉次之间除氢效率的波动较大. 旋转喷吹法通过喷嘴的旋转把净化气体吹入铝熔体后,在熔池底部平面上以辐射状喷出,沿螺旋轨迹上升并逸出铝熔体[4].在气泡上升的过程中,熔体中的氢和夹杂物等被带出液面,从而达到净化熔体的目的.该技术净化效果好、可以在炉外进行连续净化处理,而且操作简单、渣量少、无环境污染、可自动化操作.除气效果取决于净化气体的性质、纯度、气泡的均匀度和滞留时间. 2.2 过滤法 采用中性或活性材料制备过滤器,可以有效滤去铝熔体中的夹杂物及吸附在夹杂表面的氢[4-5].过滤器的材质主要有刚玉微孔陶瓷管、玻璃纤维网和泡沫陶瓷等.其中,刚玉微孔陶瓷管可以过滤掉几微米的氧化物夹杂,优点是具有较好除渣效果,但缺点是效率低. 玻璃纤维网的适应性强、操作简便、成本低,但是由于它的开口面积小,容易堵塞浇注系统,并且过滤不稳定.在使用过程中,玻璃纤维网需经常更换,而且难以除去尺寸较小的夹杂物.国产玻璃纤维网的孔眼尺寸为1.2 mm*1.5 mm,每平方厘米孔眼数为30个,过滤流量约20 kg/min. 泡沫陶瓷过滤器的孔隙率高、吸附面积大、操作方便,对10 (m以上的氧化夹杂物的过滤效果最好,但难以去除微小尺寸的氧化夹杂.该技术的发展很快,为得到高质量的铝熔体,过滤板的孔径越细小越好.在实际应用中,过滤法往往与吹气法相结合.由于陶瓷泡沫较脆、容易破损、不能重复使用,而且其孔道相对较直,因此夹杂物去除效率较低.铝熔体通过过滤板的速度越小,杂质越容易被吸附,推荐的速度为10~19 mm/s.在5 t/h的生产线上,选用360 mm*360 mm*40 mm的孔、孔隙度为20%~30%较合理[6].目前常用玻璃纤维滤网与陶瓷多孔板复合.更换滤网时,不能先拔去旧滤网后插入新滤网[7]. 试验证明[5],采用高效净化熔剂+过滤工艺,在熔剂加入量约3%、熔炼温度720 ℃时对铝熔体进行净化处理,纯铝的含杂量和针孔率降低幅度分别可达70%~82%和60%~88%.再辅以除气,铝材的性能可以得到进一步的提高.熔剂过滤净化的关键是将铝的熔化、熔剂过滤和熔剂高效除杂3个过程在熔炼过程中一次性完成,符合 排杂为主 的净化原则,可以明显减少铝中夹杂物等所带来的缺陷. 傅高升[8]等采用高效排杂熔剂+特定的过滤工艺+晶粒细化处理,净化效果显著,除杂率及气孔降低率分别达到83.6%和91.2%.明显提高了电工铝杆的性能,在(b>