原位生成铝锆合金的探索与实践

卞金涛，牟俊东，刘延涛

(山东滨州华创金属有限公司，山东 滨州 256600)

铝锆合金的传统生产方法主要是用纯金属熔配。因客观条件所限，熔配法有流程长、能耗高、成本贵、合金性能受工艺过程影响较大等缺点。我公司技术人员经过多方调研并结合本企业实际情况，认为我们可以用在铝电解槽中直接原位生成铝锆合金的方法来代替传统的熔配法。

1 生产实践

1.1 原材料的选择

目前市场上的含锆化合物有多种，为了确保试验的可靠性，减少副产物对电解槽的影响，我们选购了纯度98%以上的氟锆酸钾作为原料，其主要成分见表1。

表1 氟锆酸钾的主要成分

1.2 试验过程

从2019年5月1日起在某电解铝厂电解一车间102#电熔配锆含量0.10%～0.13%合金使用），后期每天氟锆酸钾加入量为19Kg，使合金中锆含量维持在0.4%左右，表2是锆含量稳定后每天添加19Kg氟锆酸钾生成合金中锆含量的变化。

2 对电解生产的影响

2.1 对电解槽运行的影响

由于铝电解生产是一个复杂的系统，改变其原料成分势必将引起电解过程其他条件的改变，这就需要对原有电解技术条件进行相应的调整。

我们结合生产铝钛合金的经验，从试验一开始，就对所进行试验的电解槽进行了密切的关注，对电解温度、电压、出铝量、炉底压降、效应系数等技术条件进行了多次调整与实时监控。

表3是试验前后一段时间平均电解温度、工作电压及出解槽中进行了试验。为了使原料的流动性和溶解性更好，减少氟锆酸钾的挥发，我们将原料和氧化铝按一定的比例配成混合料，前期每天氟锆酸钾加入量为100Kg，随着合金中锆含量的增加，最终使锆含量稳定在0.35%～0.40%（便于后续铝量等主要技术参数的对比表。

表2 合金中锆含量与添加量关系

表3 试验前后电解槽主要技术参数的对比表

由上表可以看出，通过我们的调整，试验槽的各项指标基本保持稳定，出铝量有所增加，电解温度有所降低，电解质水平有所上涨，这主要是氟锆酸钾与铝反应生成氟铝酸钾所造成。

表4 试验槽和正常槽所产铝液的主要成分对比表

2.2 对所产的合金成分的影响

我们对试验槽的合金铝采取每天取样化验的办法来检测其成分的变化，尽量使其锆含量稳定在我们需要的范围。在每天的出铝过程中，合金铝液中的锆将被取走一部分，因此，我们本着取走多少添加多少的原则，精确计算电解槽每天所需添加含锆氧化物的量来控制电解槽中的含锆量。表4是添加氟锆酸钾的试验槽和未进行试验的电解槽所产铝液的主要成分对比表。

通过表4的数据对比，我们可以看出，除锆元素含量有明显的增多，其它元素无明显变化。另外，试验槽的铝液成分中杂质含量均没有明显增多，在我们所要求的范围之内。

3 原位生成法生产的铝锆合金性能

在一年多的生产试验中，我们对生产的合金和用合金制造的活塞进行反复的检测，此文只对材料金相和物理性能进行简单分析。

3.1 原位生成铝锆合金对材料金相的影响

材料金相对比照片如下图。

图1 材料金相对比图

通过与用普通方法熔配的铝锆合金熔配BH122A、BH135材料金相与原位生成法生产的铝锆合金金相对比，可以看出两种工艺生产的产品金相区别不大，可见原位生成法生产的铝锆合金完全适用生产。

3.2 原位生成铝锆合金对对材料物理性能的影响

原位生成铝锆合金对材料物理性能影响如下表。

表5 原位生成铝锆合金对材料物理性能影响

由上表对比数据可以看出，用原位生成法生产的铝锆合金与熔配法生产的合金具有相同的性能。目前为止，我已累计生产活塞300多万只，产品质量稳定，性能可靠。

4 结语

通过调整相应电解工艺技术条件，采用科学有效的操作方法，在铝电解槽中加入氟锆酸钾原位生成铝锆合金，是可以实现工业生产的，产出的合金中元素成分也可以被精确地控制在特定范围之内。铝电解槽中原位生产铝锆的试验已获得成功。我们从中摸索出了一系列适合于合金电解的工艺技术条件与操作方法，现已进行大规模工业生产，电解槽运行正常，合金成分稳定，性能优良，经济效益非常明显，具有深远社会效益与推广价值。