圆铝杆生产过程常见缺陷的成因分析及对策

摘 要：本文对连铸连轧机组改造后，在电工圆铝杆生产过程中出现常见缺陷的成因、危害逐一加以分析，并采取相应工艺处理措施，实践证明采取工艺处理措施是有效的，提高了电工圆铝杆的产品合格率，取得了较为满意的经济效果。

关键词：连铸连轧；圆铝杆；缺陷；对策

中图分类号：TG292 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0283-02

1 前 言

在连铸连轧机组试生产过程中，我们发现约有80%的废品是与圆铝杆存在各种缺陷有关。因此，识别和分析缺陷及其成因，寻求防止或减少产生缺陷的方法，对提高圆铝杆产品的本身质量及再加工质量，减少废品率，提高劳动生产率，降低生产成本都是有很现实的意义。从严格上讲，连铸连轧的圆铝杆与铸坯的缺陷有数十种，这里仅对连铸连轧生产中常见的缺陷，如气孔，铸坯裂纹，线杆夹渣，电阻率超标飞边，麻点，机械性能超标等加以分析其成因并在生产实践中采取相应工艺处理措施。

2 气孔（气眼）

2.1 气孔的危害

铝液中的各种气体是造成铸坯、圆铝杆气孔（气眼）缺陷的主要原因。我们在生产中取样后，如将铸坯剖面磨光，就可以看到气眼的痕迹，有时会看到大的空洞，皆为气孔。在圆铝杆样品的化验分析时，有时也会看到微小的气眼，这就是铸坯气孔经轧制后产生的。有关研究表明，圆铝杆中的气眼占有效面积的1～1.5%时，就可使线杆抗拉强度降低10～15%，延伸率降低35～40%。同时，生产中气孔往往伴随大量的夹渣，夹渣和气孔都使铸坯抗拉强度不够，从而容易导致拉制的圆铝杆脆断，电阻率增大等等，严重时可造成大量的废品。

2.2 气孔的来源

在铝液中的气体主要有氢、氧、氮、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等，但经有关资料表明，氢占总含气量的85%以上，因此，所谓铝液中的含气量可近似看作含氢量，这些气体并非金属本身所固有的，而是铝液在熔炼过程中从外界吸收的，这些气体在铝液凝固过程中来不及逸出，就在圆铝杆中形成了气孔。从实际生产来看，铝液吸收气体主要有以下几个方面：

（1）铝原料中带来的气体；

（2）从炉气中吸收的气体；

（3）在熔铸过程中吸进的气体；

（4）生产熔剂、工具、耐火材料等带入的气体；

（5）其它因素的影响。如高温长时间的熔化则会促进铝液吸气。

2.3 气孔产生原因及防止措施

铸坯中产生的气孔可分为析出型气孔和反应型气孔。

2.3.1 析出型气孔

溶解于铝液中的气体（主要为H2），其溶解度随温度降低而减少，因而，在铝液凝固过程中会逐渐析出，同时铝液粘度增大。凝固较快时，铝液中形成的气泡来不及上浮逸出，便留在了铸坯内部，形成析出型气孔。

防止析出型气孔的最有效的方法是搞好铝液精炼，除渣、除气，可用粉末状精炼剂并辅以氮气来进行的方法等，并保证精炼时间与澄清时间，以便铝液中的气体逸出，同时在铝液浇铸过程中，防止温度过高及铝液搅动、紊流、翻滚等现象的发生，让铝液在氧化膜的保护下平稳地流动，则可以阻止吸气。具体做法是铝液浇铸时严禁有敞露的落差和液流冲击。

2.3.2 反应型气孔

金属在凝固过程中，与各种水分，涂料，润滑剂等产生反应或金属内部产生反应，产生的气体在铝液凝固时来不及上浮逸出形成的气孔称反应型气孔。在纯铝主要的反应为下式：

3AL+2H20→AL2O3+2H2（1）

由上式可见，在生产中与铝液接触的工器具，流槽、浇包以及结晶轮表面，润滑剂，脱模油等中的水分均与铝液发生反应而产生氢气，最终导致气孔产生。防止反应型气孔产生的主要方法为：与铝液接触的工器具，流槽、浇包、钢带以及结晶轮表面要注意保持干燥，在生产过程中要随时注意钢带是否开裂，开裂后要及时更换钢带。

3 铸坯裂纹

3.1 危 害

在连铸连轧生产中，对铸坯生产的微小裂纹，在经过连续13道次的轧制后，一般在高温下可以被压合，对圆铝杆质量不构成危害。但过大的裂纹就易于出现质量问题，或发生断杆或发生堆料故障，堆料严重时还会发生设备事故，就是能够及时发现裂纹并剪除，也会造成生产中断，废料增多。

3.2 产生原因

配料时化学成分不符合要求及浇铸过程中冷却不够均匀都会产生铸坯裂纹。铸坯裂纹可分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹是当金属强度和塑性都较低时，在浇铸冷却过程中，四周冷却不一致导致铸造应力而产生或者凝固发生相变反应，生成较脆的多元化合物分布于晶界面而引起热裂。例如，对工业纯铝，当杂质中Si>Fe时凝固时就会生成熔点为574.5oC的α（Al）+β（AlFeSi）+Si三元共晶分布于晶界面而易热裂，但如果是Fe>Si时，因凝固时在629℃时就生产包晶反应，见式（2）。

FeAl3+L→α（Al）+β（AlFeSi）（2）

所以，在629℃时，铸坯中就完成了凝固，提高了凝固脆性区下限温度，则不易产生热裂。而冷裂的发生一般是铸坯冷却到温度较低的弹性状态时，因铸坯内、外温差大，使铸造应力超过金属强度极限而产生的，并且往往由热裂扩展而成。在我们生产出现的裂纹中，一般曲折而不规则，常出现分枝，表面略有氧化色的为热裂纹，而表面光洁又呈直线扩展的、较为规则的为冷裂纹。大多时候，热裂纹和冷裂纹又是同时存在的。

3.3 防止措施

一切能提高铝液在凝固区的塑性和强度，减少非平衡结晶或改善其分布状况，细化晶粒，降低温度梯度等因素，皆有利于防止铸坯热裂和冷裂。在工艺上主要是通过控制纯铝的化学成份，限制杂质量（例如，一般控制Fe/Si值在2左右）。及选择合理的工艺措施：低铸造速度和低浇铸温度，均匀供流与均匀冷却等。例如：在生产前应该检查结晶轮水眼，发现有堵塞要及时清理，钢带与结晶轮要除锈清洁，脱模油不能过多以及浇铸点要控制平稳等。

4 圆铝杆夹渣

圆铝杆中的氧化物、硫化物，硅酸盐，炉衬剥落物以及脱模剂残焦等非金属夹杂物都通称为夹渣。夹渣对圆铝杆的物理性能，如抗拉强度、延伸率及电阻率等都有很在大的影响，是圆铝杆生产过程中不可忽视的一个问题。

4.1 产生原因

在实际生产中，非金属夹渣物一般有四个来源：

（1）原铝中带来；

（2）在保持炉中停留时混入；

（3）在熔体转注过程中混入；

（4）工艺控制不当形成。

4.2 防止措施

（1）对原铝中带来及保持炉中混入的非金属夹杂物，可采取彻底地精炼排渣，增加澄清时间（利于夹渣上浮逸出）等办法来解决。

（2）对于铝液转注过程中造成的夹渣，可在转注过程中设立过滤网过滤。保证均匀供流，尽可能避免供流过程中出现铝液落差和冲击，以防铝液表面氧化膜被撕裂混入，不能过多地搅动铝液。

（3）对工艺夹渣，可以适当提高浇铸温度，降低铸造速度，因为铝液温度提高，其粘性则降低，更加有利于夹杂物的聚集与上浮，因而有利于减少铸坯中的的夹渣物。

5 结束语

实施工艺处理措施前后的效果比较：（如表1）

由表1中可以看出：实施后，铝导杆产品合格率达到了97.8%，产品质量全面提高，这为连铸连轧机组转入正常生产打下了良好的工艺基础，为公司带来了可观的经济效益。

参考文献

[1]连铸连轧工艺学.机械工业出版社.

[2]陈存中，主编.有色金屬熔炼与铸锭.冶金工业出版社.

收稿日期：2018-6-6

作者简介：黄荣燕（1980-），女，壮族，广西平果人，冶炼助理工程师，中专，主要从事铝行业方面的工作。