CN110983083A - 一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸锭加工的技术领域，更具体地，涉及一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺，包括：S10.将含铝原材料化平形成铝液；S20.将充分混合的铝液扒渣后倒入保温炉，并在保温炉两对称位置取样检测铝液成分；S30.待两对称位置取样检测的铝液成分一致时，向保温炉内添加中间合金并搅拌均匀；S40.然后倾倒保温炉使铝液流入铸造工序；S50.铸造过程中，控制铸造参数；S60.铸造完成后，锯切得到铸锭。本发明采用普铝加高纯铝废料的搭配方式进行生产，在满足成分控制的前提下减少生产成本，根据各类中间合金的物理性质按照不同的方式进行添加，保证中间合金充分混合至铝液中，控制铸造参数，保证整个铸造过程中晶粒均匀生长及晶粒生长质量，防止铸锭产生裂纹。

Description

一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺

技术领域

本发明涉及铸锭加工的技术领域，更具体地，涉及一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺。

背景技术

阴极铝箔也叫负极箔，是生产高性能铝电解电容器的原料之一，生产阴极铝箔坯料常采用的方式有半连续铸造法和连铸连轧法。阴极箔铸锭是生产阴极箔的原料，因高纯度阴极铝箔成品厚度比较薄(0.02mm～0.05mm)，对铸锭成分及组织性能要求非常高，尤其是要求：成分均匀一致、偏析较少、杂质含量及氢含量低，可见铸锭的成分均匀性及铸锭组织质量是阴极铝箔质量好坏的前提。随着铝电解电容器的性能需求越来越高，对阴极箔铸锭的要求越来越高，对阴极箔铸锭中的成分纯度及均匀度要求越来越高，要求铸锭中含铝成分在Al≥99.90wt％以上。而目前的高纯度且成分均一、组织均匀的铝箔的制作成本高昂，铸造过程易在铸锭产生裂纹，成品率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺，获取成分均匀一致、杂质含量及氢含量低、且无裂纹的阴极铝箔用铸锭。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺，包括以下步骤：

S10.将含铝原材料投入熔炼炉中化平形成铝液，控制铝液温度≤785℃，搅拌铝液使各类原材料充分混合；

S20.将步骤S10中充分混合的铝液扒渣后倒入保温炉，同时搅拌；在铝液全部倒入保温炉后，在保温炉两对称位置取样检测铝液成分；

S30.待步骤S20两对称位置取样检测的铝液成分一致时，向保温炉内添加中间合金，中间合金加入后再次搅拌30min～40min，保证加入中间合金的熔化和成分的均匀；

S40.成分混合均匀后静置30min进行铸造准备阶段，控制铝液的温度≤780℃，然后倾倒保温炉使铝液流入铸造工序；

S50.铸造过程中，控制铸造速度为35mm/min～70mm/min，冷却水流量为1000L/min～4500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃以下；

S60.铸造完成后，锯切得到铸锭。

本发明的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，在含铝原材料熔化和保温过程中都进行充分搅拌混合，且在混合过程中对成分不均匀的情况进行监控；计算所需添加的中间合金的用量，并混合充分；铸造过程中严格控制铸造参数，避免铸锭产生裂纹。本发明的生产工艺能够获得成分均匀一致且无裂纹的阴极铝箔用铸锭。

优选地，步骤S10中，所述含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、0wt％～40wt％的普铝；

b、0wt％～50wt％的高纯铝重熔废料；

c、40wt％～60wt％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％，含铝原材料中包含0wt％～0.1wt％的杂质元素，本发明杂质元素包括200ppm～300ppm的Fe，10ppm～60ppm的Cu，80ppm～150ppm的Mg，100ppm～200ppm的Si，50ppm～120ppm的Zn，＜50ppm的Ti，＜120ppm的V，＜150ppm的Ga，＜50ppm的Mn，＜30ppm的B，0ppm～50ppm的Ni，＜10ppm的P，还包括Be、P、Ca、Cd、Cr、Li、Na、Sb、Sn、Zr、Ba中的一种或多种，以及一些未尽元素，且这些未尽元素的总量为0ppm～50ppm。采用普铝加高纯铝废料的搭配方式进行生产，在满足成分控制的前提下降低生产成本，控制含铝原材料中铝的含量，获得高纯度阴极箔铸锭，改善阴极铝箔的质量。

优选地，步骤S10中，所述高纯铝未重熔废料选自硬态低压阳极箔废料、软态低压阳极箔废料中的一种或两种的组合；所述高纯铝重熔废料为高纯铝未重熔废料经过熔炼铸造铸成的重熔锭或铸造过程产生的放流料。以废料作为铸锭生产原料，减少生产成本。

优选地，步骤S30中，所述中间合金的添加量根据步骤S20铝液成分检测结果计算确定。

优选地，步骤S30中，所述中间合金选自Al-Fe合金、Al-Si合金、单质Cu、单质Mg中的一种，所述中间合金按以下方式添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。中间合金的添加方式根据各类中间合金的物理性质按照不同的方式进行添加，防止中间合金表面性质发生变化，以获得成分均一、组织均匀的铸锭。

优选地，步骤S30中，所述中间合金为单质Zn，添加方式为：用取样勺从保温炉内取半勺铝液，将中间合金放入取样勺中，然后将取样勺深入到铝液液面100mm以下。由于单质Zn的化学性质较为活泼，容易被氧化，按本发明的铝液密封法的添加方式进行添加，能够以最快的速度将Zn投入铝液中，防止其被氧化生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜。

优选地，所述中间合金均匀分为多份进行多次添加。由于中间合金的加入量较大，分多次加入，便于中间合金与铝液的充分混合。

优选地，步骤S40中，成分混合均匀的铝液顺次经过双级除气处理、杂质过滤处理后再进入铸造过程。本发明在除气室内进行除气，除气室内配备加热器和热电偶对铝液的温度进行实时监控，每个除气室转子叶轮上分布有均匀的气孔，在转子的转动下，铝液和气孔鼓出的稳定压力的氩气和氯气充分接触，保证除氢、除镁、除气泡的效率；采用深床过滤器过滤杂质，深床过滤器内部充满了不同规格的氧化铝球，能够过滤掉铝液中混有的杂质，最多过滤3000吨就需要更换一次深床过滤器中的不同规格的氧化铝球，保证过滤的效果。

优选地，步骤S50中，铸造过程中，对铸造温度进行监控，保持铸造时铝液的温度在≤755℃范围内。控制铸造参数可控制整个铸造过程中晶粒的均匀生长、晶粒生长的好坏，避免对后续的均热、热轧、退火、冷轧、再退火和酸腐蚀等工序的影响。在铸造的收尾阶段，可通过降低冷却强度的方式控制尾部裂纹。

优选地，所述铸锭轧制得到阴极铝箔，所述阴极铝箔经过腐蚀工序形成具有大量腐蚀坑的海绵状结构。海绵状结构结构的设置，极大地增加了铝箔的比表面积，从而提高了比电容，且改善了弯曲性等力学性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用普铝加高纯铝废料的搭配方式进行生产，在满足成分控制的前提下减少生产成本，控制含铝原材料中铝的含量，获得高纯度阴极箔铸锭，改善阴极铝箔的质量；

本发明根据各类中间合金的物理性质按照不同的方式进行添加，对于化学性能稳定、高熔点的中间合金采用浇铸法，对于化学性能活泼、熔点低的中间合金采用铝液密封法的方式添加，防止中间合金表面性质发生变化；

本发明采用双级除气工艺实现除气效率超过90％，铝液氢含量优于高纯铝产品国家标准；

本发明控制铸造参数，保证整个铸造过程中晶粒均匀生长及晶粒生长质量，防止铸锭表面形成裂纹。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一

本实施例为阴极铝箔用铸锭的生产工艺的实施例，包括以下步骤：

S10.将含铝原材料投入熔炼炉中化平形成铝液，控制铝液温度≤785℃，搅拌铝液使各类原材料充分混合；

S20.将步骤S10中充分混合的铝液扒渣后倒入保温炉，同时搅拌；在铝液全部倒入保温炉后，在保温炉两对称位置取样检测铝液成分；

S30.待步骤S20两对称位置取样检测的铝液成分一致时，向保温炉内添加中间合金，中间合金加入后再次搅拌30min～40min，保证加入中间合金的熔化和成分的均匀；

S40.成分混合均匀后静置30min进行铸造准备阶段，控制铝液的温度≤780℃，然后倾倒保温炉使铝液流入铸造工序；倾倒过程保证铝液的流量和液面平稳；

S50.铸造过程中，控制铸造速度为50mm/min，冷却水流量为2500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃；

S60.铸造完成后，锯切得到铸锭。

步骤S10中，含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、0wt％的普铝；

b、50wt％的高纯铝重熔废料；

c、50％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

步骤S10中，高纯铝重熔废料、高纯铝未重熔废料为硫酸高压阳极箔废料。

步骤S30中，中间合金的添加量根据步骤S20铝液成分检测结果计算确定，本实施例的中间合金为Al-Fe合金。中间合金按以下方式添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。由于中间合金的加入量较大，将中间合金均匀分为多份进行多次添加。

步骤S40中，成分混合均匀的铝液顺次经过双级除气处理、杂质过滤处理后再流入分流盘中进行铸造。本实施例中：在除气室内进行双级除气，除气室配备有加热器和热电偶对流过铝液的温度进行实时监控，每个除气室转子叶轮上分布有均匀的气孔，在转子的转动下，铝液和从气孔鼓出的稳定压力的氩气和氯气充分接触，保证了除氢、除镁、除气泡的效率；铝液进入深床过滤器过滤杂质，深床过滤器内部充满了规格不同的氧化铝球，能够过滤掉铝液中混有的杂渣。

步骤S50中，铝液流出深床过滤器后流入分流盘进行铸造，铸造过程中，手持热电偶进行测温，检测铸造时铝液的温度是否在≤755℃这个范围内。通过控制铸造温度、铸造速度、冷却水流量、铸造循环水的水温这些铸造参数，以保证在铸造过程中晶粒的均匀生长以及晶粒生长的质量，避免对后续的均热、热轧、退火、冷轧、再退火和酸腐蚀这些后续工序的影响。本实施例在铸造的收尾阶段，通过降低冷却强度的方式来控制尾部裂纹。

在铸锭长度铸造到1m、3m、5m时进行取样，用4460直读光谱仪对铸锭成分进行检测，确定配中间合金的准确率、铝液不同部位的成分的偏差；其中，中间合金的准确率为中间合金浓度的计算值与偏差最大的中间合金浓度的检测值的比值，成分偏差取1m、3m、5m三处检测偏差值的最大值；铸锭锯切后取切片进行酸腐蚀低倍处理，依据标准GB/T 3246.2对晶粒度进行分析；追踪铸锭成品发往客户后续的使用过程，确认使用过程是否产生裂纹。本实例的Fe按照250ppm进行配料，铸锭铸造到1m、3m、5m的铸锭中Fe检测值分别为248.3ppm、252.6ppm、251.8ppm，中间合金的配料准确率能达到99％，不同部位的成分偏差小于10ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

实施例二

本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：

步骤S10中，含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、40wt％的普铝；

b、20wt％的高纯铝重熔废料；

c、40wt％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

步骤S30中，中间合金为Al-Si合金。中间合金按以下方式添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。由于中间合金的加入量较大，将中间合金均匀分为多份进行多次添加。

步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为70mm/min，冷却水流量为4500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃。

本实例的Si按照170ppm进行配料，铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Si检测值分别为172.1ppm、171.9ppm、168.5ppm，中间合金的配料准确率能达到98.8％，不同部位的成分偏差小于10ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

实施例三

本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：

步骤S10中，含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、20wt％的普铝；

b、30wt％的高纯铝重熔废料；

c、50％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

步骤S30中，中间合金为单质Zn。因为单质Zn的化学性质较为活泼，容易被氧化，所以采用的添加方式为：用取样勺从保温炉内取半勺铝液，将中间合金放入取样勺中，然后将取样勺深入到铝液液面100mm以下，将取样勺洗净，如此操作能以最快的速度将Zn投入铝液中，防止其被氧化生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜。

步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为35mm/min，冷却水流量为1000L/min，且铸造循环水的水温控制在30℃。

本实例的Zn按照95ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Zn检测值分别为94.8ppm、93.7ppm、94.1ppm，中间合金的配料准确率能达到98.6％，不同部位的成分偏差小于5ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

实施例四

本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：

步骤S10中，含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、10wt％的普铝；

b、40wt％的高纯铝重熔废料；

c、50wt％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

步骤S30中，中间合金为Cu。中间合金按以下方式添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。由于中间合金的加入量较大，将中间合金均匀分为多份进行多次添加。

步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为60mm/min，冷却水流量为2000L/min，且铸造循环水的水温控制在35℃。

本实例的Cu按照35ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Cu检测值分别为33.9ppm、34.2ppm、34.3ppm，中间合金的配料准确率能达到96.9％，不同部位的成分偏差小于3ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

实施例五

本实施例与实施例一类似，所不同之处在于：

步骤S10中，含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、30wt％的普铝；

b、20wt％的高纯铝重熔废料；

c、50％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

步骤S30中，中间合金为Mg。由于Mg经过除气室会有较大的消耗，配料时按照内控值的上限进行配料，也采用浇铸法进行添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。由于中间合金的加入量较大，将中间合金均匀分为多份进行多次添加。

步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为50mm/min，冷却水流量为2000L/min，且铸造循环水的水温控制在30℃。

本实例的Mg需要配到110ppm，考虑到消耗按照140ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Mg检测值分别为110.6ppm、112.3ppm、108.2ppm，中间合金的配料准确率能达到98％，不同部位的成分偏差小于10ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

对比例一

对比例一与实施例一相同，所不同之处在于，步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为30mm/min，冷却水流量为2500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃。

本对比例的Fe、Cu、Mg、Si、Zn分别按照300ppm、60ppm、150ppm、200ppm、120ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Fe检测值分别为296.5ppm、298.6ppm、303.3ppm；Cu分别为58.1ppm、59.6ppm、61.5ppm；Mg分别为115.2ppm、116.1ppm、119.2ppm；Si分别为197.6ppm、196.9ppm、200.9ppm；Zn分别为116.9ppm、117.1ppm、118.8ppm；配料准确率都能达到95％以上，不同部位的成分偏差满足Fe≤10ppm、Cu≤3ppm、Mg≤10ppm、Si≤10ppm、Zn≤5ppm。晶粒度达不到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。锯切发现铸锭内部有裂纹。

对比例二

对比例二与实施例一相同，所不同之处在于，步骤S50中，在铸造过程中，控制铸造速度为80mm/min，冷却水流量为2500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃。

本对比例的Fe、Cu、Mg、Si、Zn分别按照300ppm、60ppm、150ppm、200ppm、120ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Fe检测值分别为298.5ppm、297.3ppm、302.1ppm；Cu分别为58.9ppm、59.3ppm、61.4ppm；Mg分别为117.2ppm、118.3ppm、118.9ppm；Si分别为198.3ppm、197.9ppm、201.2ppm；Zn分别为116.5ppm、118.1ppm、118.3ppm；配料准确率都能达到95％以上，不同部位的成分偏差满足Fe≤10ppm、Cu≤3ppm、Mg≤10ppm、Si≤10ppm、Zn≤5ppm。晶粒度达到GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。锯切发现铸锭内部有大面积纵向裂纹。

对比例三

对比例三与实施例四相同，所不同之处在于，中间合金Cu按以下方式添加：单质Cu直接投入铝液中。

本对比例的Cu按照35ppm进行配料，实际铸锭长度铸造到1m、3m、5m的Cu检测值分别为30.9ppm、32.1ppm、30.3ppm，中间合金的配料准确率仅为86.6％，存在很大的偏差。晶粒度达到了GB/T3246.2中的八级晶粒度要求。顾客使用过程中没有发现裂纹。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S10.将含铝原材料投入熔炼炉中化平形成铝液，控制铝液温度≤785℃，搅拌铝液使各类原材料充分混合；

S20.将步骤S10中充分混合的铝液扒渣后倒入保温炉，同时搅拌；在铝液全部倒入保温炉后，在保温炉两对称位置取样检测铝液成分；

S30.待步骤S20两对称位置取样检测的铝液成分一致时，向保温炉内添加中间合金，中间合金加入后再次搅拌30min～40min，保证加入中间合金的熔化和成分的均匀；

S40.成分混合均匀后静置30min进行铸造准备阶段，控制铝液的温度≤780℃，然后倾倒保温炉使铝液流入铸造工序；

S50.铸造过程中，控制铸造速度为35mm/min～70mm/min，冷却水流量为1000L/min～4500L/min，且铸造循环水的水温控制在40℃以下；

S60.铸造完成后，锯切得到铸锭。

2.根据权利要求1所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S10中，所述含铝原材料包括以下按质量分数计算的组分组成：

a、0wt％～40wt％的普铝；

b、0wt％～50wt％的高纯铝重熔废料；

c、40wt％～60wt％的高纯铝未重熔废料；

其中，a、b、c三种组分的质量分数之和为100wt％，含铝原材料中铝的含量为：Al≥99.90wt％。

3.根据权利要求1所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S10中，所述高纯铝未重熔废料选自硬态低压阳极箔废料、软态低压阳极箔废料中的一种或两种的组合；所述高纯铝重熔废料为高纯铝未重熔废料经过熔炼铸造铸成的重熔锭或铸造过程产生的放流料。

4.根据权利要求1至3任一项所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S30中，所述中间合金的添加量根据步骤S20铝液成分检测结果计算确定。

5.根据权利要求4所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S30中，所述中间合金选自Al-Fe合金、Al-Si合金、单质Cu、单质Mg中的一种，所述中间合金按以下方式添加：将中间合金放在浇铸模具中；用取样勺舀铝液到浇铸模具中将中间合金浇铸成合金块；使用配料铲将合金块加入到保温炉内，且添加位置在铝液搅拌涡流的切线位置。

6.根据权利要求4所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S30中，所述中间合金为单质Zn，添加方式为：用取样勺从保温炉内取半勺铝液，将中间合金放入取样勺中，然后将取样勺深入到铝液液面100mm以下。

7.根据权利要求5或6所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，所述中间合金均匀分为多份进行多次添加。

8.根据权利要求1所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S40中，成分混合均匀的铝液顺次经过双级除气处理、杂质过滤处理后再流入分流盘中进行铸造。

9.根据权利要求8所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，步骤S50中，铸造过程中，对铸造温度进行监控，保持铸造时铝液的温度在≤755℃范围内。

10.根据权利要求1所述的阴极铝箔用铸锭的生产工艺，其特征在于，所述铸锭轧制得到阴极铝箔，所述阴极铝箔经过腐蚀工序形成具有大量腐蚀坑的海绵状结构。