3104合金熔体渣含量及其影响因素研究

徐正权

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 401326）

0 前言

在熔铸过程中，铝合金熔体中不同程度地存在气体、各种非金属夹杂物和其他有害金属等，往往使铸锭产生疏松、气孔、夹渣等缺陷，对其后铝材的力学性能、加工性能、抗蚀性、阳极氧化性和铝材的外观质量都有显著影响[1]。因此，铝合金熔体的纯净度必须通过除气、除渣等措施进行严格控制。

3104铝合金属Al-Mn-Mg系不可热处理强化铝合金，具有密度小、强度高、耐腐蚀性强、易深冲成形等优点，是用作易拉罐罐体的理想铝合金材料[2]。该合金制品的常见缺陷为针孔和断罐，而引起针孔和断罐缺陷的主要原因是铸锭中含有较多且尺寸偏大的非金属夹杂物，这些非金属夹杂严重破坏了金属的连续性。

目前，检测熔体渣含量的主要手段有压滤法（PoDFA、Prefil）和电敏感区法（LIMCA）。前者主要为定性分析，取样复杂，样品分析结果滞后；后者主要为定量分析，由于价格昂贵，在国内应用较少。该方法为在线连续实时监测，对铝合金熔体质量的评判更具及时性、准确性和有效性。本文以3104铝合金为研究对象，通过对熔体渣含量及其影响因素的研究，为该合金熔体的质量控制提供了参考依据和方向。

1 试验方法及过程

1.1 试验方法

试验采用ABB LiMCAIII移动式测渣仪对熔体中的渣含量进行在线检测，检测结果用N20avg表示，其含义为熔体中尺寸大于20μm渣子的个数平均值。

LiMCA根据电敏感区原理工作，在电敏感区两个浸于金属液中的电极间通有恒定的电流，两个电极被一个绝缘试样管所分开，其工作原理如图1所示。管壁开有一个小孔允许铝液出入。当绝缘性的夹杂通过这个敏感区小孔时，由于电阻改变产生电压脉冲信号，通过对电压脉冲信号进行分析处理，得到相应渣子的尺寸。电压变化可用下式表达：

图1 LiMCAi测渣仪工作原理示意图

式中，ΔV=孔洞电压变化；ρ=金属电阻率（Al=25×10-8Ωm）；d=等效球形颗粒直径；D=电感应区直径；π=3.1416；I=电流（典型值40 A）。

1.2 试验过程

在单一变量条件下，于不同流速、不同深床过滤量、不同细化剂用量以及不同废料使用率的条件下对3104合金熔体分别进行测渣，结果如表1所示。

表1 3104合金熔体测渣结果

2 试验结果及分析

2.1 熔体流速

从表2的试验结果可知，随着熔体流速的增加，熔体中的渣含量随之增加。在深床过滤中，夹杂物主要以直接拦截、布朗运动、惯性力、重力沉淀等4种方式被吸附于介质表面，随着熔体流速的增加，深床过滤介质对熔体中渣子的吸附和拦截变得更加困难[3]。但在实际生产中，铸锭规格的不同和铸造速度的差异会导致熔体流速的差异，但此差异是在过滤装置允许的处理能力内，所以熔体渣含量是可控的。

表2 渣含量与流速的关系

2.2 深床过滤量

从表3的试验结果可知，随着深床过滤量的增加，熔体中渣含量随之增加，且在深床过滤后期会变得特别明显。随着深床过滤量的增加，过滤介质中吸附残留的渣子会越来越多，当达到其过滤极限时，介质通道中吸附残留的渣子（氧化膜、尖晶石、细化剂颗粒等）会在压差下被挤出过滤介质通道，而使熔体中的渣子增多，故必须对深床过滤量进行严格控制。

表3 渣含量与深床过滤量的关系

2.3 细化剂用量

从表4的试验结果可知，随着细化剂用量的增加，熔体中渣含量随之增加。铝钛硼晶粒细化剂包含两种类型的金属间化合物颗粒：TiB2和TiAl3。TiB2颗粒为微米级，不溶于铝，而TiAl3颗粒通常为30~50μm，加入后几秒钟内溶解[4]。细化剂用量越大，熔体中的TiB2数量越多，聚集的可能性就越大，故造成熔体中的渣含量随细化剂用量的增加而增加。在兼顾晶粒细化效果的同时，应控制细化剂的用量。

表4 渣含量与细化剂用量的关系

2.4 废料使用率

从表5所示的试验结果可知，废料使用率的多少和熔体中的渣含量无明显对应关系。废料使用率的增加对降成本优势明显，只要熔体精炼、静置、在线除气、过滤等处理到位，熔体中的渣含量能够得到较好的控制。

表5 渣含量与废料使用率的关系

3 结论

研究了熔体流速、深床过滤量、细化剂用量以及废料使用率对3104铝合金熔体中渣含量的影响，得出以下结论：

（1）随着熔体流速的增加，熔体中渣含量随之增加。

（2）随着深床过滤量的增加，熔体中渣含量随之增加，且在过滤后期变化明显。

（3）随着细化剂用量的增加，熔体中渣含量随之增加。

（4）废料使用率的多少和熔体中的渣含量无明显对应关系。