CN102108453A - 一种中频感应电炉熔炼zl424铸造铝合金工艺 - Google Patents

一种中频感应电炉熔炼zl424铸造铝合金工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其熔炼步骤包括初级精炼、二级精炼及过滤步骤，采用六氯乙烷进行初次精炼，采用氩气旋转喷吹进行二次精炼，并在初级精炼与二级精炼中间加一级陶瓷过滤网净化，合金液具有良好的除气、除渣效果，克服了铸造铝合金容易产生针孔、缩松等缺陷的难点，合金针孔度得到大幅提高，提高了铸件的内在质量，同时可明显地提高铸件的力学性能(抗拉强度、延伸率和硬度)。采用二级精炼工艺与净化工艺的结合的方式，使工艺整体更加合理，有效提高铸造铝合金的质量和效率。

Description

一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺
技术领域
本发明属于铸造生产工艺领域，特别是一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺。
背景技术
ZL424铸造铝合金是上世纪六十年代从原苏联引进的铝锌镁系铸造铝合金，此系铸造铝合金具有较高的机械性能且切削加工性能好，焊接性能较好，特别是经过一定的热处理规范可以获得很高的尺寸稳定性能，因此适宜作高精度的平台结构件的铸件材料，惯性平台产品的关重件(台体、内框架、外框架、底座等)均采用此类铸造铝合金。但是该铸造铝合金的流动性偏低，热裂倾向偏高，合金收缩率偏高，铸造工艺性较差，但其厚度的敏感性不强，易于热裂，易于产生针孔、缩松等缺陷，多年来一直采用电阻炉熔炼，熔炼工艺一直沿用前苏联提供的工艺参数，现有熔炼工艺的产品成活率不到40％，成活率较低，影响铸造铝合金的推广及使用。
铸造铝合金采用电阻炉熔炼存在产品成活率低的问题，究其原因为：铝的化学性质比较活泼，在熔炼过程中易与水汽反应、氧化并吸氢。氢在液态铝合金和固态铝合金中的饱和溶解度相差近17倍，因此即使合金液中含氢量很低，凝固时也会有大量的氢析出，在铸件中形成针孔和夹杂等缺陷，从而严重影响铝合金的力学性能。因此，提高铝合金的熔体质量，净化合金液，是铝合金熔炼的关键问题之一，也是提高铝铸件的产品质量的有效途径和手段。
目前，铝合金的精炼大多采用六氯乙烷进行精炼，但其反应激烈，金属损耗多，容易引起合金化学成分不合格。另外，还有采用氩气旋转喷吹的方式，在吹头作用下气泡细小分布均匀，强化除气过程和除渣过程，液面平稳，和金烧损少。但是，由于精炼工艺欠合理，合金除气除渣不净，铸件易产生气孔和夹杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可有效提高铸造铝合金质量和生产效率的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：其熔炼步骤为：
(1)初级精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用；
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃；
③.在中频炉内依次加入回炉料、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液；
④.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟；
⑤.将上一步所得的合金液于720～730℃下采用六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为熔炼后的铝合金溶液总质量的0.5％～0.7％；
⑥.用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑤进行二次除气，含气量检查合格后，镇静5-7分钟后得到熔炼好的铝合金溶液；
⑦.将熔炼好的铝合金溶液倒入装有30-50目陶瓷过滤网的过滤装置中，铝合金溶液通过陶瓷过滤网流到铝锭模中，冷却后形成铸造铝合金锭；
⑧.取铸造铝合金锭试样进行化学成分化验；
(2)二次精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用；
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃；
③.根据初级精炼的铸造铝合金锭的化学成分进行配料，使其符合ZL424铸造铝合金化学成分要求；
④.在中频炉内依次加入铸造铝合金锭、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液，纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭为配料后的纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭；
⑤.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟；
⑥.在上一步所得的合金液温度达到720-730℃时，采用氩气旋转喷吹方式进行精炼处理，精炼处理完毕后，合金液静置3～5min，进行清渣处理；
⑦.用冷凝法对合金液进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑥进行二次除气，含气量检查合格后，镇静保温5-7分钟后进行浇注，成为成品铸造铝合金锭。
而且，在初级精炼的步骤③中，锌锭加入合金液的方式为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中。
而且，在初级精炼的步骤③中，镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。
而且，在初级精炼的步骤⑤中，六氯乙烷采用压模分2～4批压入，压块时压模应揩拭干净，防止脏物进入。
而且，在二级精炼的步骤④中，锌锭加入合金液的方式采为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中。
而且，在二级精炼的步骤④中，镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。
而且，在二级精炼的步骤⑥中，氩气旋转喷吹方式为：打开氩气瓶开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02～0.03MPa，氩气流量0.2～0.3m3/h，将多孔吹头插入合金液中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液中，吹氩时间为10～12min。
本发明的优点和有益效果为：
1.本发明的熔炼工艺采用六氯乙烷进行初次精炼，采用氩气旋转喷吹进行二次精炼，并在初级精炼与二级精炼中间加一级陶瓷过滤网净化，合金液具有良好的除气、除渣效果，克服了铸造铝合金容易产生针孔、缩松等缺陷的难点，合金针孔度得到大幅提高，提高了铸件的内在质量，同时可明显地提高铸件的力学性能(抗拉强度、延伸率和硬度)。
2.本熔炼工艺具有热效率高、能耗低，金属烧损少，产品化学成分均匀，质量稳定的优点，产品的成活率由40％提高到80％以上，劳动生产率比原来翻了一翻。
3.本发明的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，采用二级精炼工艺与净化工艺的结合的方式，使工艺整体更加合理，有效提高铸造铝合金的质量和效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其熔炼步骤为：
(1)中频感应炉的启动：
①.开机前水电路检查：
使用前应检测电气线路是否良好，元件是否损坏，各接触点是否有松动和脱开现象，如有上述情况发生时应在消除故障后方能使用。
检查水路、水温、水质应符合装置的要求，进水温度在+5℃～+40℃，进水水压在1.0kg/cm2～2.0kg/cm2，检查水管各联接点是否有松动和脱开现象，水管是否破裂或堵塞；在机内禁止有漏水现象，如有上述现象发生，应及时修复后方可使用。
②.按照规定程序开机：
由于中频感应炉的开机顺序有严格要求，故必须按下列程序进行：
a.拉上配电柜上面手动闸刀，观察配电柜上进线电压表与供电电压是否相符，并且要求三相进线电压平衡，分闸指示信号灯(红色)亮。
b.按配电柜上贮能按钮(黄色)，伺服电机动作，有转动声，直到电机转动停止，再按合闸按钮(绿色)，合闸指示信号灯(绿色)亮。
c.整流运行状态，整流柜上手闸合指示亮，电动闸合指示亮，按整流工作按钮，整流工作指示灯亮，直流式电压表在900V左右。
d.逆变启动：逆变柜上工作电源指示亮，停止指示亮，功率调节电位器，逆时针旋到最小。按逆变工作按钮，工作指示亮，中频电源发出嘘嘘声响，中频频率表约在1000Hz之间。顺时针旋转功率调节电位器，嘘嘘声变响，并伴关中频电压，直流电流上升，直调到所需的电源功率为止，如发生超温、过电压等情况，本逆变工作自动停机；如需再启动，功率调节电位器，逆时针旋到最小，按复位按钮，超温或过电压指示灯灭，然后按逆变工作按钮，调节功率电位器；如多次发生逆变工作自动停机，则应断电检查，排除故障方可使用。
(2)初级精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用；在中频感应炉正常工作的情况下，炉子的准备主要集中在坩埚。坩埚要求质量良好，不应有裂纹，涂料不应有明显的不均，表面应光洁。同一个坩埚改变熔炼合金时应彻底清理坩埚。常用的熔炼工具如撇渣勺、取样勺、钟罩、手端包，抬包、浇包、夹料钳、搅拌棒和清炉工具等都必须进行清理，以除去表面铁锈等锈蚀物。涂料可为氧化锡或滑石粉。
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃，涂料可为氧化锡或滑石粉。
③.在中频炉内依次加入回炉料、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液；锌锭加入合金液的方式为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中；镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。炉料及熔剂必须清理干净，预热至400～450℃下保留2h以上方可使用，炉料从预热炉中取出后，应立即加入到熔炉中，不允许在炉外停留。
④.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟，搅拌操作由近及远，由下及上不断旋转合金液，搅拌过程中搅拌器不应露出表面，尽量不破坏合金液的原始表面。
⑤.将上一步所得的合金液于720～730℃下采用六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为熔炼后的铝合金溶液总质量的0.5％～0.7％，六氯乙烷采用压模分2～4批压入，压块时压模应揩拭干净，防止脏物进入。六氯乙烷必须保持干燥，使用前应放在150℃左右的烘箱中预热，如已受潮，严禁使用。
⑥.用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑤进行二次除气，含气量检查合格后，镇静5-7分钟后得到熔炼好的铝合金溶液。
⑦.将熔炼好的铝合金溶液倒入装有40目陶瓷过滤网的过滤装置中，铝合金溶液通过陶瓷过滤网流到铝锭模中，冷却后形成铸造铝合金锭。
⑧.取铸造铝合金锭试样进行化学成分化验。
(3)二次精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用。
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃。
③.根据初级精炼的铸造铝合金锭的化学成分进行配料，使其符合ZL424铸造铝合金化学成分要求。若化学成分合格，可不加任何原料直接熔炼；若化学成分不合格按ZL424铸造铝合金化学成分进行配料。
ZL424铸造铝合金化学成分应符合表1的规定；ZL424铸造铝合金杂质含量的允许值应符合表2的规定。
表1ZL424铸造铝合金化学成分表
表2ZL424铸造铝合金杂质含量表
④.在中频炉内依次加入铸造铝合金锭、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液。纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭为配料后的纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭；。锌锭加入合金液的方式采为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中。镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。铸造铝合金回炉料的加入量不得超过炉料总量的20％。炉料及熔剂必须清理干净，预热至400～450℃下保留2h以上方可使用，炉料从预热炉中取出后，应立即加入到熔炉中，不允许在炉外停留。
⑤.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟，搅拌操作由近及远，由下及上不断旋转合金液，搅拌过程中搅拌器不应露出表面，尽量不破坏合金液的原始表面。
⑥.在上一步所得的合金液温度达到720-730℃时，采用氩气旋转喷吹方式进行精炼处理，精炼处理完毕后，合金液静置3～5min，进行清渣处理；氩气旋转喷吹方式为：打开氩气瓶开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02～0.03MPa，氩气流量0.2～0.3m3/h，将移动旋转式除气机的多孔吹头插入合金液中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液中，吹氩时间为10～12min。移动旋转式除气机前，需将旋转器多孔吹头清理干净，预热至730～750℃下保留0.5h以上方可使用，旋转器多孔吹头从预热炉中取出后，应立即加入到熔炉中，不允许在炉外停留。
⑦.用冷凝法对合金液进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑥进行二次除气，含气量检查合格后，镇静保温5-7分钟后进行浇注，成为成品铸造铝合金锭。
本发明工艺与传统工艺所制得的铸造铝合金的针孔度和力学性能实验对比：
1.针孔度
采用本发明的工艺熔炼(六氯乙烷和氩气两次精炼中间加一级陶瓷过滤网净化)13炉次ZL424铸造铝合金，每炉精炼后各取砂型标准试样4根，与13炉次传统工艺熔炼(只经六氯乙烷精炼)的合金试样进行比较，结果见表3，由表3可见新工艺熔炼后，ZL424铸造铝合金的针孔度多数达2级以上，而传统工艺熔炼的ZL424铸造铝合金的针孔度多数达3级。
表3不同熔炼工艺ZL424合金针孔度比较
Figure BDA0000042180570000071
注：表中数据为试样根数，试样总数为13根；根据GB10851-89《铸造铝合金针孔》三组试样针孔度评级规定评定的。
2.力学性能
试验本发明的工艺熔炼13炉次，传统工艺13炉次，热处理状态为T6，其性能比较见表4
表4T6状态下ZL424铸造铝合金机械性能表
Figure BDA0000042180570000072
注：表中数据均为算术平均值。
由实验可知，采用本发明的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，可以有效提高此类铸造和金的质量和效率，具体体现在：
1.解决了ZL424铸造铝合金铸件多年来针孔、缩松等缺陷的难点，合金针孔度得到大幅提高，提高了铸件的内在质量；
2.对ZL424铸造铝合金进行试验，新熔炼工艺技术可明显地提高铸件的力学性能(抗拉强度、延伸率和硬度)；
3.热效率高、能耗低，金属烧损少，产品化学成分均匀，质量稳定；产品的成活率由40％提高到80％以上，劳动生产率比原来翻了一翻。

Claims (7)

1.一种中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：其熔炼步骤为：
(1)初级精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用；
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃；
③.在中频炉内依次加入回炉料、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液；
④.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟；
⑤.将上一步所得的合金液于720～730℃下采用六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为熔炼后的铝合金溶液总质量的0.5％～0.7％；
⑥.用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑤进行二次除气，含气量检查合格后，镇静5-7分钟后得到熔炼好的铝合金溶液；
⑦.将熔炼好的铝合金溶液倒入装有30-50目陶瓷过滤网的过滤装置中，铝合金溶液通过陶瓷过滤网流到铝锭模中，冷却后形成铸造铝合金锭；
⑧.取铸造铝合金锭试样进行化学成分化验；
(2)二次精炼：
①.熔炼工具清理后预热到150～250℃，喷刷涂料，涂料厚度为0.45-0.55mm且厚度均匀，然后在300～650℃充分干燥3～4小时备用；
②.清理中频感应炉，清理后在150～250℃下进行喷刷涂料，涂料厚为0.45-0.55mm，并将中频炉预热至500℃；
③.根据初级精炼的铸造铝合金锭的化学成分进行配料，使其符合ZL424铸造铝合金化学成分要求；
④.在中频炉内依次加入铸造铝合金锭、纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭，加热融化成为合金液，纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭为配料后的纯铝锭、中间合金锭、锌锭、镁锭；
⑤.将上一步所得的合金液于710～720℃下进行均匀化搅拌，搅拌时间为3～5分钟；
⑥.在上一步所得的合金液温度达到720-730℃时，采用氩气旋转喷吹方式进行精炼处理，精炼处理完毕后，合金液静置3～5min，进行清渣处理；
⑦.用冷凝法对合金液进行含气量检查，发现有气体析出时，重复步骤⑥进行二次除气，含气量检查合格后，镇静保温5-7分钟后进行浇注，成为成品铸造铝合金锭。
2.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在初级精炼的步骤③中，锌锭加入合金液的方式为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中。
3.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在初级精炼的步骤③中，镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。
4.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在初级精炼的步骤⑤中，六氯乙烷采用压模分2～4批压入，压块时压模应揩拭干净，防止脏物进入。
5.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在二级精炼的步骤④中，锌锭加入合金液的方式采为：在合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉并迅速熔化在合金液中。
6.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在二级精炼的步骤④中，镁锭加入合金液的方式采为：在合金液升温至680～700℃时，采用专用压镁工具进行压镁操作。
7.根据权利要求1所述的中频感应电炉熔炼ZL424铸造铝合金工艺，其特征在于：在二级精炼的步骤⑥中，氩气旋转喷吹方式为：打开氩气瓶开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02～0.03MPa，氩气流量0.2～0.3m3/h，将多孔吹头插入合金液中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液中，吹氩时间为10～12min。
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