一种电解铝液的预熔炼工艺

摘要

本发明为一种电解铝液的预熔炼工艺。一种电解铝液的预熔炼工艺，包括以下步骤：(1)预合金化处理：电解铝液进入转运真空包后，进行预合金化处理，投入中间合金后，从真空包底部微孔透气砖吹入惰性气体，直至中间合金完全熔化；(2)吹气净化处理：中间合金完全熔化后，先在熔体表面布置覆盖剂，再调整惰性气体流量和压力，气体流量和压力均控制为先逐渐增大再逐渐减小的周期山峰式；(3)吹气净化结束后，静置2‑5min后，扒去覆盖剂。本发明通过在转运真空包中对电解铝液进行预熔炼，进行成分预调、降低含气含渣量、提高熔体洁净度，从而可直接用于高品质铝合金生产，生产效率高、污染小、成本低。

权利要求

1.一种电解铝液的预熔炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）预合金化处理：电解铝液进入转运真空包后，进行预合金化处理，投入中间合金后，从真空包底部微孔透气砖吹入惰性气体，直至中间合金完全熔化；

其中，所述的转运真空包的底部安装透气砖；

所述的惰性气体流量10‑20L/h，压力0.5‑1.0MPa；

（2）吹气净化处理：中间合金完全熔化后，先在熔体表面布置覆盖剂，再调整惰性气体流量和压力，气体流量和压力均控制为先逐渐增大再逐渐减小的周期山峰式；

所述的气体流量峰值范围2‑10L/h，压力峰值范围0.2‑1.0MPa，时间周期5‑10min，循环次数2‑5次；

（3）吹气净化结束后，静置2‑5min后，扒去覆盖剂。

2.根据权利要求1所述的预熔炼工艺，其特征在于，所述的步骤（1）中，转运真空包的容量为熔炼炉的1/2‑1/3。

说明书

一种电解铝液的预熔炼工艺

技术领域

[0001] 本发明属于铝加工技术领域，具体涉及一种电解铝液的预熔炼工艺。

背景技术

[0002] 随着技术的不断进步，市场对铝合金的质量要求越来越高，客户需求正朝着薄壁化、高强度、易加工的趋势发展，特殊用途的高品质铝合金逐渐受到市场的重视和青睐，这
种高品质的需求对铸造前铝合金的干净程度要求也越来越严格。如高端焊丝材料用铝合金
对产品的气体含量和渣含量要求严格，超标则焊接过程中飞溅严重，焊缝出现气孔不良；3C
电子产品外壳及汽车装饰条用的阳极氧化铝合金则对夹杂物含量要求很高，微小尺寸(＜
10μm)的夹杂物在轧制、阳极氧化后也会显现黑线、白线等缺陷。

[0003] 目前高品质铝合金生产的最大痛点是生产成本高。造成生产成本居高不下的原因一是电解铝液由于含渣多、气体含量高难以直接用于高品质铝合金生产，为了质量达标，一
般用全铝锭二次重熔进行生产，该过程存在生产效率低、原料熔损大、环境污染严重的问
题；二是需要配套更为先进的熔体净化技术，尤其是在线除气除渣技术，设备购置、维护费
用昂贵，但对尺寸较小的夹杂物去除效果差；三是产品合格率低、投诉理赔数量多。

[0004] 铝合金液中的夹杂物来源有两类，一类是生产原料带入的，主要是电解铝液带入，种类多、数量大；第二类是生产过程中转运、液位差等不平稳流动产生的氧化夹杂，相对数
量较少。

[0005] 铝合金中典型夹杂物的种类和尺寸进行统计如下表。可以看出铝合金中夹杂物大多尺寸≤30μm，且有较多夹杂物尺寸≤5μm。这一结果很好解释了高品质铝合金生产不能直
接用电解铝液进行生产的主要原因是电解铝液中夹杂物数量多、尺寸小。

[0006]

[0007]

[0008] 目前常用的铝熔体净化的方法主要有炉内溶剂+吹气精炼、在线旋转喷吹除气、过滤箱除渣等，对于高品质铝合金则会使用深床过滤、管式过滤等更为先进的除渣技术。由此
可知，高品质铝合金想用电解铝液直接进行生产的前提条件是降低电解铝液原料中微小夹
杂物的数量。

[0009] 现有技术CN207331019U《一种铝熔体净化系统以及铝及铝合金生产系统》，提供了一种铝熔体净化系统，包括精炼剂输送系统、除碱装置、除渣装置、控制系统以及用于运输
铝熔体的运输系统，精炼剂输送系统具有精炼剂输出口，除碱装置包括中空石墨转子，中空
石墨转子具有第一进料口，精炼剂输出口与第一进料口连通，控制系统与精炼剂输送系统、
除碱装置、除渣装置以及运输系统通信连接，除碱装置位于除渣装置的上游。该铝熔体净化
系统能够用于净化铝熔体，使铝熔体的清洁度提高，进而使得铝及铝合金生产工艺制得的
铝或铝合金的质量好。该专利还提供了一种铝及铝合金生产系统，该系统包括本专利所提
供的铝熔体净化系统，该系统制得的铝或铝合金制品质量好。但是，该专利介绍了一套铝熔
体净化系统，其净化原理是利用惰性气体通过石墨转子将精炼剂喷入铝熔体，通过化学反
应除去熔体中的夹杂物。

[0010] 现有技术CN104289705A《一种具有精炼功能的铝包及其使用方法》，该铝包包括外壳和进气管路，在铝包侧壁安装有多块透气砖，进气管路经过铝包底部和侧壁，并连接到所
述透气砖；透气砖中心位置距包底50‑300mm，透气砖上透气孔的朝向与包壁切线方向夹角
呈30°‑90°，与水平线方向夹角呈‑30°～30°。通过设置透气砖位置和精炼气体喷射方向使
气泡沿曲线路径上浮，延长了精炼气体和铝熔体的作用时间，充分发挥精炼气体的精炼作
用。避免了透气砖底置时因气体压力和流量控制不当而引起的铝液迸溅问题。另外各块透
气砖可以单独控制，并可根据需求调整气体压力、流量和工作时间，达到良好的精炼效果。
该专利介绍了一种具有精炼功能的铝包，其净化原理是利用铝包侧壁的透气砖将惰性气体
吹入铝熔体，达到精炼的目的。但是，该专利的透气砖安装在开口铝包侧壁，据统计铝合金
中多数夹杂物的密度大于铝液，将透气砖安装在侧壁是难以达到较好的除渣效果的。且该
专利并没有介绍关于精炼的具体参数。

[0011] 现有技术CN204220981U《一种适用于不同精炼方式的中转铝包》，转铝包主要由包体、包盖、吊梁、回转装置、透气砖和进气管路构成。精炼气体可通过铝包侧壁的透气砖对铝
液进行精炼，并减少残铝渣对透气砖堵塞；铝包上部采用小开口结构，适用于石墨转子的精
炼方式并便于保温；中转铝包配有吊梁和回转装置，方便使用行车对铝液进行转运和倾倒。
但是，其没有介绍具体工艺。

[0012] 现有技术CN101121970A《一种弥散型透气砖及底吹惰性气体净化铝合金熔体方法》，用SiN烧结SiC的弥散微孔透气砖，设计在铝熔炼炉炉床；通过PLC控制从透气砖底部吹
入惰性气体，控制吹入惰性气体压力和流量，形成沸腾脉冲变化，实现搅拌及脉冲形成弥散
小气泡浮选除气实现熔铝净化之目的。采用从透气砖底部吹入惰性气体形成脉冲流传热传
质，增加炉内惰性气氛，减少烧损，提高熔化率，进行合金化，净化变质过程，实现了无废气
排放，无污染环境的炉渣，是一项低成本，可操作的、环保的、高效的铝合金精炼新技术。该
专利介绍了一种弥散型透气砖及底吹惰性气体净化铝合金熔体方法，从熔炼炉炉底透气砖
吹入脉冲惰性气体实现净化。但是，该专利主体设备为熔炼炉，要解决的是炉内的净化，相
当于生产前的最后批量净化手段。且根据统计和检验结果，铝合金中的夹杂物尺寸是在一
定范围内连续分布的，脉冲式的气体势必出现铝液翻滚过大或夹杂物沉淀炉底难以去除等
极端情况。同时无法避免夹杂物上浮后的二次卷入情况，关于夹杂物的捕捉和分离该专利
没有解决。

[0013] 有鉴于此，本发明提供了一种直接利用电解铝液进行高品质铝合金的预熔炼工艺，可以有效降低电解铝液含气含渣量，尤其是能够降低后续过滤手段难以去除的微小夹
杂物的数量，实现用电解铝液直接生产高品质铝合金，从而显著降低高品质铝合金的生产
成本。

发明内容

[0014] 本发明的目的在于提供一种电解铝液的预熔炼工艺，主要针对目前高品质铝合金生产无法直接使用电解铝液作为原料，而使用二次重熔铝锭进行生产的高成本、高污染问
题，通过在转运真空包中对电解铝液进行预熔炼，进行成分预调、降低含气含渣量、提高熔
体洁净度，从而可直接用于高品质铝合金生产，生产效率高、污染小、成本低。

[0015] 为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

[0016] 一种电解铝液的预熔炼工艺，包括以下步骤：

[0017] (1)预合金化处理：电解铝液进入转运真空包后，进行预合金化处理，投入中间合金后，从真空包底部微孔透气砖吹入惰性气体，直至中间合金完全熔化；

[0018] (2)吹气净化处理：中间合金完全熔化后，先在熔体表面布置覆盖剂，再调整惰性气体流量和压力，气体流量和压力均控制为先逐渐增大再逐渐减小的周期山峰式；

[0019] (3)吹气净化结束后，静置2‑5min后，扒去覆盖剂。

[0020] 进一步地，所述的步骤(1)中，转运真空包的容量为熔炼炉的1/2‑1/3。

[0021] 进一步地，所述的步骤(1)中，所述的转运真空包的底部安装透气砖。

[0022] 进一步地，所述的步骤(1)中，所述的惰性气体流量10‑20L/h，压力0.5‑1.0MPa。

[0023] 进一步地，所述的步骤(2)中，所述的气体流量峰值范围2‑10L/h，压力峰值范围0.2‑1.0MPa，时间周期5‑10min，循环次数2‑5次。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0025] 1、本发明是铝液进入熔炼炉前的第一次净化，旨在提高熔体的基础洁净度、减轻后续处理的压力，是通过惰性气体的搅动和吸附作用去除夹杂物。

[0026] 2、本发明使用真空包，吹入的惰性气体可以形成惰性气氛，减少二次氧化造渣及烧损。与专利CN101121970A相比，该专利主体设备为熔炼炉，本发明为转运真空包，两者的
容量、内腔形状以及炉内气氛有很大区别，意味着熔体流动、夹杂物运动轨迹、二次氧化造
渣情况等都有显著区别，即使相同的工艺产生的效果也定然不同。

[0027] 且本发明的透气砖安装在真空包的底部，配合优化设计的吹气工艺，可以将多数密度大、尺寸小的夹杂物去除。

[0028] 3、本发明针对不同尺寸的夹杂物，设计了周期山峰式的精炼工艺，保证最终净化效果。与专利CN101121970A相比，两者采用的关键工艺不同，该专利采用脉冲式惰性气体，
本发明采用周期山峰式惰性气体，不同的吹气工艺下夹杂物的受力情况相差较大，最终的
净化效果必然不同，根据统计和检验结果，铝合金中的夹杂物尺寸是在一定范围内连续分
布的，脉冲式的气体势必出现铝液翻滚过大或夹杂物沉淀炉底难以去除等极端情况。本发
明吹入周期山峰式惰性气体，促进所有尺寸的夹杂物上浮进入覆盖剂，气体进入气泡被带
离铝液

[0029] 4、本发明在铝液表面布置覆盖剂，用于捕捉上浮成功的夹杂物，从而避免夹杂物上浮后的二次卷入情况。

[0030] 5、采用本发明的技术方案处理后，电解铝液成分接近铝合金产品成分，且铝液内夹杂物含量、气体含量显著降低，可直接用100％的电解铝液直接进行高品质铝合金的生
产，生产节奏更快，生产成本更低，环境污染更小。

附图说明

[0031] 图1为本发明一种电解铝液的预熔炼工艺的流程示意图。

具体实施方式

[0032] 为了进一步阐述本发明一种电解铝液的预熔炼工艺，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种电解铝液的预熔炼工艺，其具体实施方式、结构、
特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是
同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

[0033] 在详细阐述本发明一种电解铝液的预熔炼工艺之前，有必要对本发明中提及的相关技术做进一步说明，以达到更好的效果。

[0034] 目前常用的铝熔体净化的方法主要有炉内溶剂+吹气精炼、在线旋转喷吹除气、过滤箱除渣等，对于高品质铝合金则会使用深床过滤、管式过滤等更为先进的除渣技术。几种
熔体净化技术的特点如下：

[0035] (1)炉内溶剂+吹气精炼

[0036] 炉内溶剂+吹气精炼除渣是用惰性气体将精炼剂吹入铝液中进行熔体净化，是目前铝合金熔炼过程中净化熔体的第一步。目前常用精炼剂是以氯化物和氟化物为主要成
分，靠吸附和溶解氧化夹杂从而达到净化熔体的目的。氟化物可以增强夹杂物与精炼剂之
间的润湿性，从而通过吸附去除部分夹杂物，还可以部分溶解氧化物夹杂。氯化物在熔体处
理过程中分解生成的氯，能与氢化合起到一定的除气效果。

[0037] 这种方法的除气除渣效果依赖于精炼剂成分、加入温度、加入量、喷吹方式以及铝液中夹杂物的种类和数量，其除气除渣的效率约50‑60％，并且精炼剂本身会有1‑5％的残
留，需要在后面的工序中予以去除。

[0038] (2)在线喷吹除气

[0039] 在线喷吹除气通常设立在炉眼至过滤装置的中间，通过旋转的喷头将惰性气体喷吹到熔体中时，在熔体内部形成大量细小弥散的气泡，铝液中的气体在惰性气体上升的过
程中不断渗透进入气泡，并且将夹杂物被吸附在气泡表面，随着气体一起逸出并停留于熔
体表面。

[0040] 在线喷吹除气的效率在60‑70％左右，对除渣的效果并不显著，在生产过程中对逸出到熔体表面的浮渣难以去除，聚集的夹杂物具有再次进入铝液的风险。

[0041] (3)泡沫陶瓷过滤箱过滤除渣

[0042] 过滤箱通常设置在在线喷吹除气之后，是依靠氧化铝和氧化铬烧结而成的泡沫陶瓷过滤片进行除渣，也有使用玻璃丝布、陶瓷颗粒结合过滤器的，但过滤原理相同。泡沫陶
瓷过滤箱是由过滤箱箱体和泡沫陶瓷过滤板组成。泡沫陶瓷过滤板是用氧化铝和磷酸盐混
合浆注入海绵塑料内，经干燥、烧结，使海绵塑料挥发，从而在过滤板内形成曲折的沟道和
孔隙。过滤时铝熔体被过滤板阻挡，沿着过滤板内曲折的沟道和孔隙流动，铝熔体中的夹杂
物在沉积、惯性等作用下与过滤板内表面相接触而被截获。

[0043] 泡沫陶瓷过滤片规格30‑60目，目数越大，空隙越小，厚度越大，熔体的流速越低，对夹杂物的去除效果越好。为了提高过滤效果，常用前粗后细的双级过滤，对20‑30μm的夹
杂物去除率可达到75％左右。显而易见过滤箱除渣的手段对于尺寸较小的夹杂物是没有效
果的，尤其对于高品质铝合金的生产，依靠过滤箱进行最终除渣手段难以达到控制效果。

[0044] (4)深床过滤除渣

[0045] 深床过滤是由过滤箱箱体和深床过滤床体组成，过滤箱箱体的构成和泡沫陶瓷过滤箱体类似，过滤原理也基本相同，所不同的是耐火材料在箱体内的形状不同。深床过滤床
体由多层氧化铝球和氧化铝砂砾以特有的方式堆垛而成。氧化铝球和砂砾的尺寸、堆垛方
式都会影响过滤效果和过滤床寿命。深床过滤对尺寸20μm以上的夹杂物过滤效率可达到
90％以上。但对尺寸较小的夹杂物捕捉效率低下。

[0046] (5)多孔管式过滤除渣

[0047] 多孔管式过滤器是由过滤箱箱体和深床过滤床体组成，过滤箱体构成的特点和深床过滤器类似。多孔管式过滤器的过滤材料采用Al2O3‑B2O3系列，按照一定的比例和入抗熔
融铝的粘合剂，做成有空隙的管状物。Al2O3‑B2O3结晶形态为针状，相对比表面积大，对夹杂
物具有优秀的捕捉作用。其使用寿命依据孔径大小及数量，孔径越大则使用寿命越长，但是
过滤效果会降低。

[0048] 多孔管式过滤器的过滤效果比深床过滤效果好，当夹杂物尺寸≥20μm时，过滤效果可达到99％，当夹杂物尺寸10‑20μm时，过滤效果可达到95％，当夹杂物尺寸＜10μm时，过
滤效果降低至80％以下。

[0049] 在实际使用中，采用一种设备进行单级过滤无论从过滤机制、过滤尺寸还是设备使用寿命等方面都存在局限性，因此大多数厂家采用多级组合过滤方式来提高去除铝熔体
中的夹杂物的效率，延长设备使用寿命，降低生产成本。还需要注意的是，所有过滤除渣设
备的除渣效果都是用一定尺寸范围夹杂物的去除效率来进行衡量，这就意味着最终产品的
夹杂物含量很大程度上依赖于原铝液的夹杂物含量和尺寸。

[0050] 以上总结可以看出，高品质铝合金想用电解铝液直接进行生产的前提条件是降低电解铝液原料中微小夹杂物的数量。

[0051] 说明书中未详细提及的均为本领域的常规技术手段。

[0052] 在了解了本发明中提及的相关技术之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种电解铝液的预熔炼工艺做进一步的详细介绍：

[0053] 结合图1，本发明的技术方案为：

[0054] 一种电解铝液的预熔炼工艺，包括以下步骤：

[0055] (1)预合金化处理：电解铝液进入转运真空包后，进行预合金化处理，投入中间合金后，从真空包底部微孔透气砖吹入惰性气体，直至中间合金完全熔化。

[0056] 利用电解铝液高温和气体的搅拌调整铝液成分有利于合金的熔化和成分均匀，从而缩短后续熔保炉内熔炼时间，提高生产效率。同时预合金化处理可以对铝液起到快速降
温作用(电解铝液加入中间合金后，起到降温效果)，促使电解铝液中混入的电解质进一步
快速析出；且温度降低可使铝液气体溶解度降低，提高除气效率。除此之外，中间合金带入
的夹杂物也可在预熔炼时去除，减轻炉内熔炼、净化的压力。

[0057] (2)吹气净化处理：中间合金完全熔化后，先在熔体表面布置覆盖剂，再调整惰性气体流量和压力，气体流量和压力均控制为先逐渐增大再逐渐减小的周期山峰式。

[0058] 由于铝合金中多数夹杂物密度比铝大，易沉积在底部，因此首先用流量、气压逐渐增大的惰性气体，保证铝液不翻滚的情况下不同尺寸的各种夹杂物均能受到合理的上浮力
度，并随铝液流动离开底部逐渐上浮。进而将惰性气体流量、气压逐渐减小，保证不同尺寸
的夹杂物在气泡的吸附作用下继续上浮直至被铝液表面的覆盖剂捕捉，铝液中的气体也不
断渗透进入气泡被去除。

[0059] (3)吹气净化结束后，静置2‑5min后，扒去覆盖剂，即可将洁净度较高的铝液转入熔炼炉进行生产。

[0060] 吹气净化结束后，静置2‑5min，让夹杂物充分上浮后扒去覆盖剂，即可得到洁净度得到显著提升、成分和成品接近的铝合金液。

[0061] 进一步地，所述的步骤(1)中，转运真空包的容量为熔炼炉的1/2‑1/3。因此此工序可以2‑3个转运真空包同时进行操作，相比全部进铝后整体进行操作，该方法具有参数灵活
可调、处理时间短、除气除渣效果好的特点。

[0062] 进一步地，所述的步骤(1)中，所述的转运真空包的底部安装透气砖。透气砖安装在真空包的底部，配合优化设计的吹气工艺，可以将多数密度大、尺寸小的夹杂物去除。

[0063] 进一步地，所述的步骤(1)中，所述的惰性气体流量10‑20L/h，压力0.5‑1.0MPa。

[0064] 进一步地，所述的步骤(2)中，所述的气体流量峰值范围2‑10L/h，压力峰值范围0.2‑1.0MPa，时间周期5‑10min，循环次数2‑5次。体流量、压力、时间周期和循环次数可根据
铝液重量和铝液中夹杂物含量灵活调整。

[0065] 采用本发明的技术方案后，用ABB公司专业测渣仪PoDFA方法测试铝液渣含量，该预熔炼方法可将电解铝液中的夹杂物去除45‑60％；用西南铝ELH‑IV型铝液在线测氢仪测
试铝液氢含量，该预熔炼方法可将电解铝液中的气体含量降低40‑50％。

[0066] 实施例1：预用100％电解铝液生产阳极氧化用6063合金棒

[0067] (1)真空包每次进铝容量8t，电解铝液进入真空包后，首先测试渣含量为0.28mm2/kg，氢含量为0.39ml/100g。加入160kg铝硅(20％)中间合金后开始从真空包底部微孔透气
砖吹入高纯氩气，流量12L/h，压力0.6MPa。

[0068] (2)15min后，中间合金完全熔融后，在铝熔体表面布置覆盖剂，而后按照周期山峰式吹高纯氩气，气体流量峰值5L/h，压力峰值0.5MPa，时间周期8min，循环3次。

[0069] (3)再静置5min，扒去覆盖剂。

[0070] 取样测试渣含量为0.13mm2/kg，氢含量为0.23ml/100g。预熔炼后测试Si含量0.39％，转入熔保炉后进行成分微调即可满足客户成分要求，提高了生产效率。

[0071] 实施例2：预用100％电解铝液生产高端焊丝用5183合金杆

[0072] (1)所用真空包每次进铝容量6t，电解铝液进入真空包后，首先测试渣含量为2
0.31mm/kg，氢含量为0.38ml/100g。加入镁锭250kg后开始从真空包底部微孔透气砖吹入
高纯氩气，流量10L/h，压力0.6MPa。

[0073] (2)15min后，中间合金完全熔融后，在铝熔体表面布置覆盖剂，而后按照周期山峰式吹高纯氩气，气体流量峰值4L/h，压力峰值0.5MPa，时间周期6min，循环4次。

[0074] (3)再静置5min，扒去覆盖剂。取样测试渣含量为0.14mm2/kg，氢含量为0.21ml/100g。预熔炼后测试Mg含量3.97％，转入熔保炉后进行成分微调即可满足客户成分要求，提
高了生产效率。

[0075] 本发明的技术方案首次利用中间包转运过程进行预合金化、除渣操作。通过采用底部安装透气砖的转运真空包作为生产设备；进铝后首先进行预合金化，调整合金液成分
靠近成品，降低铝液温度，促进电解质等夹杂物的快速析出；预合金化完成后在铝液表面布
置覆盖剂，用于捕捉上浮成功的夹杂物；吹入周期山峰式惰性气体，促进所有尺寸的夹杂物
上浮进入覆盖剂，气体进入气泡被带离铝液；吹气净化结束后，静置2‑5min，让夹杂物充分
上浮后扒去覆盖剂。从而本发明的技术方案可运用于电解铝厂直接生产高品质铝合金，可
提高生产效率、显著降低生产成本、减小环境污染，实用性强。

[0076] 以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化
与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。