铝硅系合金不同生产工艺的比较.pdf

铝硅系合金不同生产工艺的比较 杨冠群赵劭杨舁 郑州轻金属研究院，4 5 0 0 4 1 摘要扼要介绍铝硅系台盘的熔配法，电热还原法和电解法三种不同生产工艺。电解法适 合我国铝矿资潭特点，产品质量优越，值得在国内推广，电热还原洼具有单白设备产能太，可以利用 季节性电源等优点。在条件适宜的地区可以相应发展熔配法则工艺复杂．流程长，能耗高，成本 贵，酴特殊地区和特殊情况外，应莲渐减少使用． 关键词铝硅台盒；熔配法；电热还原法；电解法 中固分类号T F 8 2 1文献标识码A 这里的铝硅系合金主要指铝硅系铸造合 金和以硅为合金元素的其他铝基台金。如我 国G B 3 1 9 0 8 2 中的L T l ，L T l 3 ，L T l 7 ，L D ll ， L D 2 ，L D 5 ，L D 6 等。 据报道，1 9 9 8 年世界铝生产量和消费 量分别为2 2 3 0 万1 和2 1 7 0 万t ；1 9 9 9 年分 别达2 3 0 0 万t 和2 2 5 0 万t ．铝消费量中约 1 ／4 用于铝硅系铸造合金，年需求量在5 0 0 万t 以上。如果考虑其他含硅的铝基合金，则远 远超过这个数字。我国1 9 9 8 年铝产量和消 费量约为2 4 0 ～2 5 0 万1 ，其中用于铸造铝 台金5 0 多万t 。我国人均铸造铝合金用量不 及世界人均用量的一半，与发达国家的差距 则更大。 随着汽车工业的发展及单台汽车用铝量 的增加，对铝硅系台金的需求增长很快。日 本近几年生产的汽车平均每辆消费铝8 7 ．2 k g ， 比1 9 9 1 年增加3 1 ．6 ％。北美生产的轿车， 1 9 9 6 年平均含铝量1 1 4 ．5 k g ／辆，比1 9 9 1 年增 加4 6 ％。上述汽车用铝中，铸造铝合金超过 7 7 ％。为了减轻车的自身重量，提高燃料效 率，减少环境污染，汽车用铝量的增长趋势 还在继续。 铝硅系舍金中加入少量钛，就能改善其 机械性能。发达国家铝硅系合金几乎全部加 钛，我国因钛较昂贵，含钛合盘还没有普遍 应用，这是我国铸铝制品性能较差的原因之 一a 1铝硅合金的生产方法 1 ．1熔配法铝硅系合金的传统生产方法 是用纯金属熔配。用纯铝纯硅熔配成铝硅中 间合金，纯铝纯钛熔配成铝钛中间台金，然 后将中间合金配制成所需成分的使用台金． 为了生产这些纯金属，流程都很复杂。 纯硅的生产多用电热还原法，要挑选很纯的 硅矿物，高质量的碳质还原剂，消耗大量电 能在电热炉中制取。我国钛的生产主要采用 镁还原法，冶炼工艺复杂、成本高、环境治理 也很困难。根据我国1 9 9 7 年的生产指标，l t 钛综合电耗4 7 0 0 0 K w h 左右，还需约2 ．5 t 高 钛渣，1 ．6 t 石油焦，6 ．2 t 氯气和1 ．2 t 镁 部分 氯气和镁可以再生 。我国目前海棉钛的生 产能力不足4 0 0 0 t ，而消耗量约6 0 0 0 t ／a ，部分 钛需要进E l 。国内钛的主要消费在钛材和钢 铁行业，要靠熔配法使我国铝硅系合金普遍 加钛目前还不太可能。铝的生产更为复杂。 首先要从铝土矿中生产出工业氧化铝．然后 万方数据 再熔盐电解获得纯锶。我国铝矿资源具有高 醚巅钛的特点，为了除硅除链，使氧他铝生 产流程变褥十分复杂。此外，我国9 0 ％以上 铝矿资源是～水硬锅石型，生产氧化铝条件 蘸捌，生产艘奉窝魏耗远高于毽终。 综上所述，铝聩系合金袋用熔配法生 产，流程长，魃耗高，成本贵。1 i i i 我国由于钛 稳生产不蘸满足需求，鞋爱锅矿资源静纯学 组成和矿物结构特点，熔配法尤其不遗合我 潮毽馈。 1 ．2宅热迸搛法电热还原法生产镪硅合 垒是用合逝的含铝矿物加还原剂，经配料、 逢球，在毫燕炉串遥藤获褥搬锫硅台众，最 聪经精炼和成分调飙，获得所需的镉硅合 金。该工艺俄罗斯一直处于顿先地位。早在 7 0 年代己宥2 2 5 0 0 k W 的三稿矿热炉投入生 产。该方法的优点是流程较短，单台设备产 藏夫，霉羰会毽蒯霜拳摹性壤揍} ，对骧辩要 求也相对较宽。但其缺点也裰明显。其～， 电热还原只能得到禽铝6 0 ～6 5 ％的粗台 垒，必须经精炼方蘸获得使餍含金。露翁采 用的精练办法有离心法，过嚣黩法、选择溶解 浚、嚣释法等。裁煮设备复杂，热．} 孛苛嬲；后 者需用大鬣纯铝．i i i i 且如果生产含钛舒金， 仍祷用铝钛中闻合叠熔配。其二，技术较难 掌握，我嚣获瓣年代对该王茳进孬试验静} 究，断断续续，到目前仍未过哭，只能稳定生 产窘韬∞％左右的缀合金，可以用作爆键魏 载剂，但握淑铸造合众则因挺敷率太低而很 不经济。 莪{ 藉认为，在我渔一些毒条终静撼方，毙 如有合适的矿石资源和丰富的水电资源的地 方，可以将该工艺传为重点，攻克技术难关 或垒套；| 潞。但目前仍不髓成为我国锅硅系 台盒生产的主体。 l 3毫辩潦电磐法生产锯疆台垒怒秘翔 镅矿中含有的硅和钛，除去铝士矿中铁等有 害杂质，缀膳矿、煅娆．成分调配等，获得一 种理纯往艇符合电锵台金要求我们穗为硅钛 氧化铝的原料。成分调配可以因地制宜选择 币同方法，比如程除铁之前选择不嬲的矿物 资源，除铁之惹选用部分氯氧亿锻或氧化 铝。为了降低成本，可以为此而专门生产一 释鞍豢壤豹氢氧戡铝或氧像韬，然磁硅钛氧 化铝经络盐电解，直接获得铝硅钛台金。如 果在电锵车间混合炉中适獭调整成挣，就可 驻获得举丽薜号静使震含垒。 该方法与熔配法相比，流程较为简短， 特剽是遴舍我国锅矿资嚣糕硅裹钛一拳硬铝 石型的特点。我嘲铝土矿蒋遍含T i 0 2 2 ％～ 4 ％，个别达5 ％控右，每年有1 0 劳万t 氧 纯镀隧载耗锻生产进入褒涟蠹滗 串。如 果全面推广电懈法生产铝硅合金，则合金中 的全部钛和大部分硅都来岛铝土矿，实现矿 榜综台利用，减少环境污染。我国褊硅系合 金用量以5 0 万t ／a 计，如果全面加钛，平均 宫链援0 。2 ％嚣，龟纂法裁嚣班较低壤戆癌本 从铝土矿中每年回收1 0 0 0 t 钛。如粜用熔配 法生产这些合金，荐考虑熔配过程的烧损，则 需消藕我匿器蓠全国链产激的鞠％～6 。％。 2电解法生产铝硅钛合金性能 太擞试验证明，电解法所得台焱其有优 越的机械性能。璐举例如下． { 电瓣静镊疆馥台众翻遥汽攀发番挺 活塞，缀6 0 0 h 台架试验和1 5 万k m 行车试 骚，比熔配法Z L l 0 4 台金耩塞耐磨性提骞一 倍，能使发动机寿命延长兰成以上。 2 郑州大学用电解的合金配制成1 0 8 每舍衾 范为A S T l 0 8 与镗统熬Z L l 0 8 舍金 进行比较，测得的一组数搬如表l 。 袭1A S T l 0 8 与Z L l 0 8 性能魄较 下转至蘩4 l 茭 万方数据 上接第2 9 页 3 洛阳工学院等单位用电解的铝硅钛 合金制造柴油机活塞，经使用试验及性能测 试表明，比熔配的Z L l 0 8 、稀土6 6 - 1 等常 用合金活塞具有更优良的性能 见表2 。 袁2 几种合金活塞性能的比较 不同台金 抗拉强度硬度体积稳定性 M P a H B ％ 活塞 室温瑚℃空冷炉岭 G B l l 4 8 8 2 2 0 0 ∞9 p 1 4 0 0 0 3 n ∞ 铝硅钍台垒 2 3 0 ～2 5 09 0 ～】∞1 0 5 一1 1 5n 0 0 9 - - -n o l 6 一 n o l阻0 2 5 话土6 6 1 音金2 0 5 ～2 l o黯～9 2n 0 昕～0 0 M - - 00 Im 0 3 8 德国M a h l e l 2 42 1 5 9 0 1 0 D n 0 2 5 日本A R T2 脚8 4I ∞ 0 ．0 2 5 4 电解法生产的合盒制造摩托车和汽 车轮毂，其强度，韧性、延伸率全面达到美国 A 3 5 6 合金水平。测试结果如表3 。 5 洛阳拖拉机厂北龙公司用电解法生 产的合金制造汽车发动机缸体、缸盖及进气 歧管，与熔配法的Z L l 0 4 合金相比，酥松缺 表3 不同合金汽车轮毂性哉 陷下降5 0 ％，漏水率下降3 0 ％，测试的机械 性能列于表4 。 表4A S T l 0 4 Z L l 0 4 合金性能比较 T I 热处理． 3结束语 熔配法、电热还原法和电解法三种生产 铝硅系合金工艺中的电解法为我国自己开发成 功正逐步走向产业化的新方法，适合我国矿 物资源特点，产品性能优越，具有较好的经 济效益和社会效益，值得推广．电热还原法 可在国内因地制宜地发展．熔配法不适合 我国情．应该逐渐减少使用． 万方数据