电热法熔炼铝硅钛合金漫谈
2002-12-19 00:00 来源： 我的钢铁
推荐电热法生产铝硅钛合金
铝硅合金广泛应用于不同的工业部门，如包装业、汽车制造业、拖拉机制造业、航空工业、铁路运输业、仪器制造业、电子工业、建筑业及其它工业部门。
铝硅合金铸造性能好，有很好的机械强度，耐腐蚀性能强，可以制得公差小而表面质量高的铸件；合金熔点低，可采用压力铸造法和成型铸造法等先进工艺制造零部件。
研究表明：由于钛能与氧及氮强烈的化合，可用于炼钢脱氧除渣。钛具有细化合金组织能力，是有色金属和某些合金钢、铸钢的组成。向合金中加入0.1％～0.6％的钛，不仅可以脱氧、净化，而且能改善合金在常温、高温时的机械强度。含钛硅铝合金结晶组织细化，耐磨性、耐腐蚀性及高温强度增强。因此，开发含铝硅钛合金或向铝硅合金添加钛
被视为热门技术。备受青睐。
实验表明：向ZL108活塞合金中，添加0.6％的钛制作活塞、缸体、缸盖等零件，经实验室试验、工艺性试验、600小时台架耐久性试验以及5万公里、15万公里行车使用试验，结果证明该合金具有以下优点：
1、良好的细化结晶组织；2、较强的耐磨性；3、较强的耐热性。
可以说，该合金能使活塞使用寿命延长35％以上，具有明显的经济效益。
试验还表明：向Al―Si合金添加钛，进行变形加工，合金成型性良好。用该合金制作的书架、货柜外观优美、轻巧坚实，用于室内装饰、制作门窗，具有高强度、小比重、易维护、无污染、耐磨、耐腐蚀、经久耐用的优点。
向杂铝中添加适量的铝硅钛合金，铸造产品质量明显改善，产品成品率大大提高。
传统的铝硅钛合金生产方法，是按比例将铝、硅、钛三种金属重熔配制而成，成本高。目前，国内铸造铝硅合金基本上仍沿用金属重熔合成法生产。向正常运行的电解槽内添加专用的添加剂（含有少量的氧化硅、氧化钛的复合氧化铝）可以产出与添加剂的量及成份相应的铝硅钛合金。这种方法可使成本大大下降，获得相当高的经济效益。国家重大科技成果产业化示范工程、国家“火炬”计划项目―――河南登电集团铝硅钛合金，一期工程1.5万吨生产线已于日前投产。用热电法在矿热炉内直接熔炼铝硅钛合金，有着更大的优越性和更好的经济效益。其原因有三：一是与电解法比较，电热法工艺简单，流程短，所需投资少，且生产规模方便灵活；二是与电解法、合成法比较，合金成本低；三是电热法所需的原材料来源多，价格便宜，不需要价格昂贵的氧化铝、氟化盐等。因此，推荐电热法生产铝硅钛中间合金，以中间合金配制各种牌号铸造、变形合金。被列入山西省有关生产结构规划的晋能集团7260吨规模电热法铝硅合金项目，已于今年4月正式批准实施。
原料选择与制备
铝硅合金冶炼工艺过程的热力学研究显示，合金高温反应方程如下：
mAl203＋nSiO2＋（3m＋2n）C＝2mAl＋nSi＋（3m＋2n）CO。式中m及n为任意数。生产实践中可据此拟定配料方案，通常以Al203／SiO2表示（简化为A／S，以下同）。
可用于炼制铝硅合金的矿物资源丰富而繁多，几乎便及全国各地。低铁铝土矿、低铁高铝黏土、高岭土、蓝晶岩、红柱石、硅线石，都是炼制铝硅合金的重要原料，而粉煤灰、煤矸石、页岩、叶腊石、硅石、红硅土等是主要辅助原料。选用何种矿物作原料，取决于拟生产什么成分的合金及该合金的市场供求状况，以及矿石质量（杂质多少）、价格、加工的难易程度等一系列经济技术上的合理性评估。
上述矿物，可以单独使用某一种，例如A／S小于2的低铁铝土矿、黏土、蓝晶石、红柱石等，也可以两种或多种矿石混合搭配，例如高岭土与铝土矿混合料，铝土矿与红硅土或硅石、粉煤灰混合料等。值得一提的是，国家鼓励固体废料资源化，例如粉煤灰、煤矸石，在原料中掺入量大于30％，可免征增值税50％。在有些省如山西省，增值税可全部免征，并免征所得税5年，这会相应提高经济效益和社会效益。
由于矿石中通常含有杂质，因此必须经加工精制予以清除。杂质中最有害的Fe203，总量不易大于1.5％，先前也曾把TiO2与Fe203一样看待。但随着科学技术的发展，发现钛在合金中是有益元素，因而成为物料中重要成份之一。其它如CaO、MgO等亦应尽可能加以清除，以减少能耗，消除工艺过程发生结硬、渣多现象，同时降低精制费用。加工时务求磨细，这不但有利于除铁，而且使物料比表面增大，提高熔炼反应强度，提高热效率，降低电耗。
碳质还原剂在很大程度上决定着炉料的理化性质及工艺过程的指标。要求还原剂具有很好的化学活性，较大的比表面，灰份少，电阻大，成团性能好。加工后的粉状物料必须成球。球团强度为160公斤／平方厘米，粒度为50～60毫米。团料应混合均匀，有良好的透气性，同时又很密实。
可用作还原剂的碳质材料有：精制烟煤、褐煤、木炭、石油焦和沥青焦、酒糟、糠醛渣、苞米心等。由于精制烟煤具有良好的物理化学性能，价格低廉，易于取得，应作为首选还原剂。精煤灰份应不大于2.0％，Fe203总量不大于0.5％。
制团常用粘结剂有沥青、黏土、纸浆废液、酒糟、糠醛渣等。
炉子、工艺、其他
矿冶炉必须具有适应铝硅合金冶炼工艺的一切功能。大功率三相三电极炉，固然也可以正常地生产出合格合金，取得较好的经济技术指标，但与单相单电极低频炉比较，相形见绌。按交―直―交方式改造的单相单电极低频炉，各项指标先进，操作容易，污染相对较小，便于向全密闭、自动化过渡，实现清洁生产。
前苏联长期试验研究及生产实践证明，虽然三相三电极炉只要电极下能量密度够大，可以用以炼制铝硅合金，但是其功能不及单相单电极炉优越。常年统计结果，其各项消耗都偏高，而且经常发生工艺紊乱现象和故障。为了使Al203和SiO2还原过程顺利进行，最好是建立单一反应区。三相三电极的生产工艺过程证明：铝及硅的损失比单相单电极炉大，三相三电极炉铝损失为7.6％，硅为22.5％；而单相单电极炉，分别为2.5％及15％。三相三电极炉的炉料损失，比单相单电极炉大20％～24％，所产出的合金中含铝比较低，低约2％，其它消耗同样偏高，尤其是能耗，高出15％～20％。
严格按比例配料，防止比例失调，是炼制铝硅钛合金工艺得以正常运行的重要条件，否则会导致工艺紊乱，降低金属实收率。保持正常的物料平衡和热平衡，铝和硅的回收率可达88％以上。这是评价炉子的功能和工艺技术水平的最重要标准。
电弧功率集中，能量密度大，电弧稳定，反应区温度稳定保持在2050～2200度之间，是极其重要的，这是工艺正常运行的重要标志。炉温过高，金属蒸发损失大，温度过低，反应不完全，造渣多。反应产品应迅速脱离反应区，应以连续出炉方式使还原金属及时排出。这是获取低消耗、高产率的关键所在。而要做到连续出炉，每分钟产量至少要达到5公斤以上。
炼得的粗合金经精制除杂、除铁成份：Si30％～38％、Ti2％左右，Fe不大于1.2％，其余为铝，即可用于配制铝硅钛铸造合金及变形合金。
一座6300kVA的单相单电极低频炉，年产上述成份的铝硅钛中间合金3500吨。合金成本视电价不同约在6000～7500元之间，售价按成份市价的85％计，约为10500元上下，每吨合金利税3000元以上，年利税在1000万元以上，经济效益可观，完全可在需求制约市场、竞争激烈的格局中赢得用户的欢迎。
铝硅合金广泛应用于不同的工业部门，如包装业、汽车制造业、拖拉机制造业、航空工业、铁路运输业、仪器制造业、电子工业、建筑业及其它工业部门。
铝硅合金铸造性能好，有很好的机械强度，耐腐蚀性能强，可以制得公差小而表面质量高的铸件；合金熔点低，可采用压力铸造法和成型铸造法等先进工艺制造零部件。
研究表明：由于钛能与氧及氮强烈的化合，可用于炼钢脱氧除渣。钛具有细化合金组织能力，是有色金属和某些合金钢、铸钢的组成。向合金中加入0.1％～0.6％的钛，不仅可以脱氧、净化，而且能改善合金在常温、高温时的机械强度。含钛硅铝合金结晶组织细化，耐磨性、耐腐蚀性及高温强度增强。因此，开发含铝硅钛合金或向铝硅合金添加钛
被视为热门技术。备受青睐。
实验表明：向ZL108活塞合金中，添加0.6％的钛制作活塞、缸体、缸盖等零件，经实验室试验、工艺性试验、600小时台架耐久性试验以及5万公里、15万公里行车使用试验，结果证明该合金具有以下优点：
1、良好的细化结晶组织；2、较强的耐磨性；3、较强的耐热性。
可以说，该合金能使活塞使用寿命延长35％以上，具有明显的经济效益。
试验还表明：向Al―Si合金添加钛，进行变形加工，合金成型性良好。用该合金制作的书架、货柜外观优美、轻巧坚实，用于室内装饰、制作门窗，具有高强度、小比重、易维护、无污染、耐磨、耐腐蚀、经久耐用的优点。
向杂铝中添加适量的铝硅钛合金，铸造产品质量明显改善，产品成品率大大提高。
传统的铝硅钛合金生产方法，是按比例将铝、硅、钛三种金属重熔配制而成，成本高。目前，国内铸造铝硅合金基本上仍沿用金属重熔合成法生产。向正常运行的电解槽内添加专用的添加剂（含有少量的氧化硅、氧化钛的复合氧化铝）可以产出与添加剂的量及成份相应的铝硅钛合金。这种方法可使成本大大下降，获得相当高的经济效益。国家重大科技成果产业化示范工程、国家“火炬”计划项目―――河南登电集团铝硅钛合金，一期工程1.5万吨生产线已于日前投产。用热电法在矿热炉内直接熔炼铝硅钛合金，有着更大的优越性和更好的经济效益。其原因有三：一是与电解法比较，电热法工艺简单，流程短，所需投资少，且生产规模方便灵活；二是与电解法、合成法比较，合金成本低；三是电热法所需的原材料来源多，价格便宜，不需要价格昂贵的氧化铝、氟化盐等。因此，推荐电热法生产铝硅钛中间合金，以中间合金配制各种牌号铸造、变形合金。被列入山西省有关生产结构规划的晋能集团7260吨规模电热法铝硅合金项目，已于今年4月正式批准实施。
原料选择与制备
铝硅合金冶炼工艺过程的热力学研究显示，合金高温反应方程如下：
mAl203＋nSiO2＋（3m＋2n）C＝2mAl＋nSi＋（3m＋2n）CO。式中m及n为任意数。生产实践中可据此拟定配料方案，通常以Al203／SiO2表示（简化为A／S，以下同）。
可用于炼制铝硅合金的矿物资源丰富而繁多，几乎便及全国各地。低铁铝土矿、低铁高铝黏土、高岭土、蓝晶岩、红柱石、硅线石，都是炼制铝硅合金的重要原料，而粉煤灰、煤矸石、页岩、叶腊石、硅石、红硅土等是主要辅助原料。选用何种矿物作原料，取决于拟生产什么成分的合金及该合金的市场供求状况，以及矿石质量（杂质多少）、价格、加工的难易程度等一系列经济技术上的合理性评估。
上述矿物，可以单独使用某一种，例如A／S小于2的低铁铝土矿、黏土、蓝晶石、红柱石等，也可以两种或多种矿石混合搭配，例如高岭土与铝土矿混合料，铝土矿与红硅土或硅石、粉煤灰混合料等。值得一提的是，国家鼓励固体废料资源化，例如粉煤灰、煤矸石，在原料中掺入量大于30％，可免征增值税50％。在有些省如山西省，增值税可全部免征，并免征所得税5年，这会相应提高经济效益和社会效益。
由于矿石中通常含有杂质，因此必须经加工精制予以清除。杂质中最有害的Fe203，总量不易大于1.5％，先前也曾把TiO2与Fe203一样看待。但随着科学技术的发展，发现钛在合金中是有益元素，因而成为物料中重要成份之一。其它如CaO、MgO等亦应尽可能加以清除，以减少能耗，消除工艺过程发生结硬、渣多现象，同时降低精制费用。加工时务求磨细，这不但有利于除铁，而且使物料比表面增大，提高熔炼反应强度，提高热效率，降低电耗。
碳质还原剂在很大程度上决定着炉料的理化性质及工艺过程的指标。要求还原剂具有很好的化学活性，较大的比表面，灰份少，电阻大，成团性能好。加工后的粉状物料必须成球。球团强度为160公斤／平方厘米，粒度为50～60毫米。团料应混合均匀，有良好的透气性，同时又很密实。
可用作还原剂的碳质材料有：精制烟煤、褐煤、木炭、石油焦和沥青焦、酒糟、糠醛渣、苞米心等。由于精制烟煤具有良好的物理化学性能，价格低廉，易于取得，应作为首选还原剂。精煤灰份应不大于2.0％，Fe203总量不大于0.5％。
制团常用粘结剂有沥青、黏土、纸浆废液、酒糟、糠醛渣等。
炉子、工艺、其他
矿冶炉必须具有适应铝硅合金冶炼工艺的一切功能。大功率三相三电极炉，固然也可以正常地生产出合格合金，取得较好的经济技术指标，但与单相单电极低频炉比较，相形见绌。按交―直―交方式改造的单相单电极低频炉，各项指标先进，操作容易，污染相对较小，便于向全密闭、自动化过渡，实现清洁生产。
前苏联长期试验研究及生产实践证明，虽然三相三电极炉只要电极下能量密度够大，可以用以炼制铝硅合金，但是其功能不及单相单电极炉优越。常年统计结果，其各项消耗都偏高，而且经常发生工艺紊乱现象和故障。为了使Al203和SiO2还原过程顺利进行，最好是建立单一反应区。三相三电极的生产工艺过程证明：铝及硅的损失比单相单电极炉大，三相三电极炉铝损失为7.6％，硅为22.5％；而单相单电极炉，分别为2.5％及15％。三相三电极炉的炉料损失，比单相单电极炉大20％～24％，所产出的合金中含铝比较低，低约2％，其它消耗同样偏高，尤其是能耗，高出15％～20％。
严格按比例配料，防止比例失调，是炼制铝硅钛合金工艺得以正常运行的重要条件，否则会导致工艺紊乱，降低金属实收率。保持正常的物料平衡和热平衡，铝和硅的回收率可达88％以上。这是评价炉子的功能和工艺技术水平的最重要标准。
电弧功率集中，能量密度大，电弧稳定，反应区温度稳定保持在2050～2200度之间，是极其重要的，这是工艺正常运行的重要标志。炉温过高，金属蒸发损失大，温度过低，反应不完全，造渣多。反应产品应迅速脱离反应区，应以连续出炉方式使还原金属及时排出。这是获取低消耗、高产率的关键所在。而要做到连续出炉，每分钟产量至少要达到5公斤以上。
炼得的粗合金经精制除杂、除铁成份：Si30％～38％、Ti2％左右，Fe不大于1.2％，其余为铝，即可用于配制铝硅钛铸造合金及变形合金。
一座6300kVA的单相单电极低频炉，年产上述成份的铝硅钛中间合金3500吨。合金成本视电价不同约在6000～7500元之间，售价按成份市价的85％计，约为10500元上下，每吨合金利税3000元以上，年利税在1000万元以上，经济效益可观，完全可在需求制约市场、竞争激烈的格局中赢得用户的欢迎。
