熔铸工序对罐体料断罐的影响

廖忠兵，何 平，刘源源

（中铝西南铝板带有限公司，重庆401326）

0 前言

近年来，随着制罐行业的快速发展，罐体料各项技术指标大幅提升。其中，罐体料用板材厚度减薄10%以上；冲罐速度由200次/min，提高至300次/min；断罐率要求由≤1.2×10-4%，提高至≤3×10-5%。可见，市场对罐体料质量要求大幅提升。为生产出质量稳定、断罐率低的罐体料，需从各工序、各要素精细控制入手。下面介绍熔铸各工序对断罐的影响。

1 配料对断罐的影响

1.1 原料对断罐的影响

生产罐体料的主要原料有重熔铝锭和电解铝液两种：（1）以重熔铝锭为主要原料的企业废料使用比例较高。按目前国内的熔炼设备技术状况，生产罐体料时，废料使用比例应不高于70%，且三级废料应控制在20%以内。废料使用比例越大，熔体中渣、气含量越高；（2）使用电解铝液为主要原料生产罐体料时，应密切关注电解铝液中碱金属含量，确保在精炼工序将碱金属去除到标准以下。另外，电解铝液中的电解质含量过多也会对断罐产生影响。

1.2 中间合金对断罐的影响

根据3104罐体料成分要求，需要加入Mn、Cu、Fe、Si、Mg等元素，其中Mn、Cu、Fe、Si均为高熔点金属，需以中间合金或添加剂的方式加入。在选择中间合金或添加剂时必须要确保产品质量稳定、可靠。在添加中间合金时，应在文件规定的熔体温度范围内加入，并进行充分搅拌，确保各元素在熔体中均匀分布，避免出现成分偏析，形成粗大化合物等现象。尤其在补料后的操作往往易被简化、忽视，导致化合物粗大、聚集等现象，进而影响产品断罐率。

1.3 化学成分对断罐的影响

目前罐体料大多是采用3104合金，在标准范围内的主要合金元素不会对断罐造成太大影响，对断罐影响较大的合金元素主要是微量元素，其中包括：Na、Ca、V、Ti等元素。

Na在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，熔点低（97.8℃），合金中存在钠时，在凝固过程中，钠吸附在枝晶表面或晶界;热加工时，晶界上的钠形成液态吸附层，产生脆性开裂，即“钠脆”[1]。因此Na含量过高会导致断罐率增大，尤其是使用电解铝液直接生产3104罐体料用板锭时，必须要采取相应的手段去除熔体中的钠，将其控制在5×10-6以内。Ca同为碱金属，与Na有相似的危害，但对断罐率的影响较Na元素略小。

Ti加入量的多少对铸态组织有直接影响，过少会导致晶粒尺寸偏大，但过多又易导致TiAl3聚集，形成块状化合物。因此在Ti的加入时应注意以下几点：（1）炉内细化剂的加入时间应尽量接近铸造开始时间，但不能放在最后一次搅拌、精炼、静置之后；（2）Ti的细化效果有显著的时效性，若超时应再次进行细化，加入量可根据超时长短在正常加入量的基础上进行减量；（3）Ti的加入量应根据废料使用比例进行调整。

V元素与Ti元素一样，不仅可以细化晶粒，还可以形成弥散的Al3M型强化相，这些相本身比较稳定，与基体错配度低，可与基体保持共格关系，能有效钉扎位错，稳定亚结构，阻止晶界滑移，同时抑制基体再结晶，提高基体再结晶温度。故V含量过高也会导致断罐率增加。

2 熔炼对断罐的影响

熔炼的主要目的是为了熔化和配料，使熔体达到温度和成分要求。熔炼工序对产品质量的影响往往易被忽视，多数企业的熔炼炉热电偶缺失，无法实现连续控温，经常易出现熔体过热现象，进而影响铸锭组织。熔炼炉配料应让各个成分均达到标准范围要求，以减少静置炉的成分调整次数和补料量。高熔点金属在静置炉补料应以中间合金的方式加入，避免形成粗大化合物，进而影响断罐率。

3 静置炉炉内处理对断罐的影响

炉内处理包括精炼、搅拌、取样、细化、静置、补料等。（1）精炼时应注意精炼剂或精炼气体的选择和维护，若使用精炼剂，应确保精炼剂干燥，并以喷粉的方式加入熔体中；若使用气体精炼，应确保气体纯度和管道无泄漏，并以均匀的方式通入熔体中，且气泡不易过大；（2）补料操作后应再次进行搅拌、精炼、静置操作，避免补料后导致成分不均、化合物聚集等现象。

4 氢含量对断罐的影响

氢含量是衡量熔体质量水平的重要指标，氢在铝中的溶解度随着温度的升高而加大。当液态铝和固态铝平衡共存时，氢在固态铝中的溶解度要比同温度下液态铝中的溶解度小近二十倍。因此当液态铝和铝合金凝固时析出的氢来不及扩散，迅速逸出，从而使铸件生成大量气眼，气孔等缺陷【2】。氢含量过高会导致罐料在拉伸时出现断罐和针孔缺陷。

氢的来源主要有以下几个途径：（1）未经充分干燥的铝锭、废料、精炼剂、覆盖剂、变质剂、炉衬、未充分脱水的气体、工具上的涂料、流槽覆盖的耐火棉等，这些来源的水将与铝液按Al（1）+3H2O=A12O3（s）+6[H]Al形式反应生成原子态氢溶于铝液；（2）炉料和浮渣的含水物质及氢氧化物，如A12O3·H2O，Al2O3·3H2O及Al（OH）3等，在加热时产生的水和燃料燃烧时生成的水份，也将如上反应生成氢；（3）车间空气中的水份（尤其空气湿度大的地区）。

在铝合金熔体中，氢会依附于夹杂物而存在，因此熔体除气、除渣是相辅相成的。在罐料用板锭熔铸过程中去除熔体氢的主要设备采用在线除气箱，在线除气箱的除气效果主要影响因素：（1）除气箱的密封性；（2）精炼气体纯度；（3）转子的转速及平稳性等。

5 过滤系统对断罐的影响

在线过滤系统是熔体除渣的关键设备，也是紧靠铸造的最后一道净化工序，直接关系到铸件最终纯净度，渣含量越多，断罐比例越高。目前国内在线过滤系统主要有泡沫陶瓷过滤器、深床过滤器、陶瓷管式过滤三种。这三种过滤器生产罐料企业均有采用。下面分析一下三种过滤器的优缺点，见表1。

表1 各类过滤器优缺点

6 铸造工艺对断罐的影响

铸造工艺参数主要有铸造温度、铸造速度、冷却强度三大工艺参数，其次是液位高度、铸造开始与结束条件等。铸造开头准备对断罐的影响表现在铸造三大工艺参数不匹配，导致熔体补缩不好形成疏松，进而导致断罐率升高。液位高度直接影响铸锭粗晶层深度，在铣面时若粗晶层未铣净，该处柱状晶组织会导致断罐率升高。铸造工艺应是个系统稳定的组成，避免频繁调整。

7 结束语

从本文可以看出熔铸各工序对罐体料的影响因素较多，而目前熔铸工序的检测分析手段有限，不能有效地评价铸锭质量。故质量稳定的易拉罐产品需监控好原辅材料、稳定好工艺过程、关注到各个要素变化点。