CN102140589B - 一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，属于铝产品加工领域。本发明利用电解铝液和工业硅在中频炉内配制AlSi12液态中间合金，并利用此液态中间合金在专用流槽内冲刷镁锭，混合后的铝液在熔炼炉内稀释得到合金化效果良好的铝镁硅系铝合金熔体。该工艺可代替目前常用的在熔炼炉内加工业硅或速溶硅或铝硅中间合金的加硅方式以及搅拌或压入镁锭的加镁方式，有助于Mg、Si元素的充分溶解、扩散和吸收，有利于Mg₂Si强化相的形成及其均匀性分布，从而提高了挤压铸锭产品质量及其加工性能。

Description

一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺

技术领域

本发明涉及一种铝合金熔炼工艺，特别是涉及一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺。

背景技术

铝镁硅系铝合金属于中等强度铝合金，不仅具有优良的热塑性、耐蚀性及理想的力学性能，而且易于氧化着色，因而被广泛用于工业型材和建筑型材领域。铝镁硅系铝合金的主要合金化元素是镁和硅，主要强化相是Mg₂Si相，还有少量的过剩Si相和AlFeSi相。这些强化相的形状、尺寸及其分布特征决定着合金材料的加工性能和最终产品的力学性能。随着人们质量意识的不断提高，铝加工企业及下游客户都对该类合金材料的合金化效果提出了更高的要求。目前，提高合金化效果的主要措施是控制炉料加入方式、控制熔炼工艺和铸造工艺。对于铝镁硅系铝合金而言，目前实现配料加硅的方法主要有：(1)熔炼炉内加AlSi20中间合金，(2)熔炼炉内加速溶硅，(3)熔炼炉内加工业硅；实现配料加镁的方法主要是熔炼炉内压入或搅拌镁锭。第(1)种加硅方法的缺点是：需要单独制备AlSi20中间合金，延长了工艺流程，增加了能耗和金属烧损；第(2)种加硅方法的缺点是：速溶硅表面的助熔剂增加了铝和硅的烧损，容易造成夹渣，而且硅元素的溶解、扩散及吸收需要较长的时间；第(3)种加硅方法的缺点是：硅元素的溶解与扩散速度非常慢，合金化时间较长，而且容易造成成分偏析。目前采用压入或搅拌法加镁的缺点是金属烧损大，容易产生夹渣，而且镁元素的溶解、扩散需要较长时间，容易造成成分偏析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，实现生产过程的短流程、低成本、高效优质化运行，满足国内外对高质量铝镁硅系铝合金材料的需求。

本发明的目的通过以下方式实现：一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，包括以下步骤：(1)将电解铝液(要求Al化学成分质量百分含量≥99.70％)转入熔炼炉，加入固态冷料并调整铝液温度为730-750℃；(2)将另一部分电解铝液转入中频感应炉，加入工业硅(要求Si化学成分质量百分含量≥99.60％)配制AlSi12液态中间合金(简称AlSi12铝液)；(3)对AlSi12铝液进行精炼处理；(4)调整AlSi12铝液温度为750℃；(5)将AlSi12铝液在流槽内冲刷镁锭，再流入熔炼炉与步骤(1)处理的电解铝液混合；(6)开启电磁搅拌装置搅拌铝液；(7)取炉前样分析并进行成分微调；(8)精炼；(9)静置；(10)在线加入Al-5Ti-B晶粒细化剂线杆；(11)玻璃丝布过滤和双级陶瓷过滤板过滤；(12)油气润滑半连续铸造；(13)成品入库。

所述步骤(1)中固态冷料为铸锭切头、重熔铝锭及同类合金的挤压型材几何废料等回炉料中的一种或几种。

所述步骤(1)中固态冷料添加比例为电解铝液质量的20-40％。

所述步骤(2)中中频感应炉容量为800-1200Kg，额定功率为350-500KW。

所述步骤(2)中AlSi12液态中间合金为共晶铝硅合金，其中Si元素的化学成分质量百分含量控制为10-13％。

所述步骤(2)中AlSi12铝液的配制工艺流程为：先将工业硅装入中频感应炉炉底，再加入电解铝液，启动电源加热20-50分钟，利用中频感应炉的快速升温特点和电磁搅拌作用，促进硅的溶解、扩散和均匀性分布；所述工业硅的加入量为电解铝液重量的11-15％。

所述步骤(5)中流槽为具有一定倾角(流槽与水平面倾角为40-50°)的L型流道，其两端开口且四周密封(其结构如图3-4所示)，既保证了铝液具有较快的流速，促进了镁元素的溶解、扩散和吸收，又避免了铝液翻滚造成的氧化烧损及夹渣。

所述步骤(6)中电磁搅拌采用间歇式运行，共搅拌3次，每次搅拌时间为10-12分钟，间歇时间为5分钟。

所述步骤(8)中精炼为炉内喷粉精炼，精炼温度为730-750℃，精炼剂(行业标准YS/T 491-2005中规定牌号为RJ1-1)用量为1-3Kg/T-Al(每吨铝)，精炼气体为纯度99.99％(v/v)以上的氮气或氩气，炉内精炼器的设计及制作采用公司现有实用新型专利技术(专利号：200920240655.0)。

所述步骤(11)中双级陶瓷过滤板的目数分别为30目、50目。

本发明专利利用电解铝液在中频感应炉内配制AlSi12液态中间合金，代替现有的配料加硅方式(如熔炼炉内加AlSi20中间合金或加速溶硅或加工业硅)，这样有利于硅元素的溶解、扩散及吸收，避免了生产AlSi20中间合金锭的流程，减少了金属烧损和能耗，降低了铝合金中的不溶硬质点及夹渣含量。本发明专利利用AlSi12液态中间合金冲刷镁锭，通过特殊的L型流槽流入熔炼炉内与已有电解铝液混合，此合金化过程增加了镁元素与硅元素的接触机会，有利于Mg₂Si强化相质点的形成，同时L型流槽设计特点促进了镁元素的溶解、扩散和吸收并避免了铝液翻滚造成的氧化烧损及夹渣。本发明专利利用间歇式电磁搅拌方法提高铝液中合金元素的分布均匀性。铝镁硅系铝合金中镁、硅等主要合金元素在铝液中溶解、扩散及生成Mg₂Si强化相质点都需要一定的时间，间歇式电磁搅拌方法明显地加快了这个过程，同时避免了合金元素的成分偏析。本发明专利采用炉内喷粉精炼及双级陶瓷过滤板在线过滤，保证了铝液中具有较低的含氢量及含渣量，采用油气润滑铸造工艺改善了铸造结晶条件，提高了铸锭的晶粒细化效果，这些工艺进一步保证了产品具有良好的合金化效果。

本发明的有益效果是：本发明方法所涉及的铝镁硅系铝合金微合金化熔炼工艺具有工艺流程短、生产成本低(可实现吨铝生产成本降低320元)、产品质量优的显著特点，因而该发明专利具有极高的应用价值。

附图说明

图1为本发明方法生产的6063铝合金微观组织；图2为传统方法生产的6063铝合金微观组织；图3为本发明流槽的主视结构示意图；图4为本发明流槽的俯视结构示意图。图3和图4中附图标记说明：1、熔炼炉，2、水平上盖，3、倾斜上盖，4、竖直上盖，5、注液口，6、竖直段流槽，7、倾斜段流槽，8、水平段流槽。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而非对本发明的进一步限制。

实施例1：本发明的6063铝合金成分包括为：Si：0.38-0.42％，Mg：0.5-0.55％，Fe≤0.20％，Ti：0.010-0.015％，余量为铝。(1)将11吨电解铝液转入熔炼炉，加入3吨的固态冷料(Al99.70重熔铝锭)，调整铝液温度至740℃；(2)将700Kg电解铝液转入中频感应炉，加入95Kg工业硅，开启电源加热20-30分钟，中频感应炉在快速升温的同时依靠自身具有的电磁搅拌作用促进了硅元素的溶解、扩散和吸收，保证了所配制AlSi12液态中间合金(以下简称AlSi12铝液)的成分均匀性；(3)对AlSi12铝液进行精炼处理；精炼温度为730-750℃，精炼剂(行业标准YS/T 491-2005中规定牌号为RJ1-1)用量为2Kg/T-Al，精炼气体为纯度达到99.99％以上的氮气；(4)调整AlSi12铝液温度至750℃；(5)将AlSi12铝液在L型流槽内冲刷镁锭(镁锭加入量为83Kg)，再流入熔炼炉与步骤(1)处理的电解铝液混合；(6)开启电磁搅拌装置搅拌铝液，电磁搅拌采用间歇式运行，共搅拌3次，每次搅拌时间为10分钟，间歇时间为5分钟；(7)取炉前样分析并进行成分微调；(8)炉内喷粉精炼，精炼温度为730-750℃，精炼剂(行业标准YS/T 491-2005中规定牌号为RJ1-1)用量为2.5Kg/T-Al，精炼气体为纯度99.99％以上的氮气；(9)静置20-30分钟；(10)按2.5Kg/T-Al的比例在线加入Al-5Ti-B晶粒细化剂线杆；(11)玻璃丝布过滤和双级陶瓷过滤板过滤(30目+50目)；(12)油气润滑半连续铸造；(13)成品入库。

实施例2：本发明的6005铝合金成分包括为：Si：0.75-0.80％，Mg：0.5-0.55％，Fe≤0.20％，Ti：0.010-0.015％，余量为铝。(1)将11吨电解铝液转入熔炼炉，加入3吨的固态冷料(Al99.70铝锭)，调整铝液温度至740℃；(2)将990Kg电解铝液转入中频感应炉，加入135Kg工业硅，开启电源加热30-40分钟，配制AlSi12液态中间合金(以下简称AlSi12铝液)；(3)对AlSi12铝液进行精炼处理，精炼温度为730-750℃，精炼剂(行业标准YS/T 491-2005中规定牌号为RJ1-1)用量为2Kg/T-Al，精炼气体为纯度达到99.99％以上的氩气；(4)调整AlSi12铝液温度至750℃；(5)将AlSi12铝液在L型流槽内冲刷镁锭(镁锭加入量为84Kg)，再流入熔炼炉与步骤(1)处理的电解铝液混合；(6)开启电磁搅拌装置搅拌铝液，电磁搅拌采用间歇式运行，共搅拌3次，每次搅拌时间为12分钟，间歇时间为5分钟；(7)取炉前样分析并进行成分微调；(8)炉内喷粉精炼，精炼温度为730-750℃，精炼剂(行业标准YS/T 491-2005中规定牌号为RJ1-1)用量为2.5Kg/T-Al，精炼气体为纯度99.99％以上的氩气；(9)静置20-30分钟；(10)按2.5Kg/T-Al的比例在线加入Al-5Ti-B晶粒细化剂线杆；(11)玻璃丝布过滤和双级陶瓷过滤板过滤(30目+50目)；(12)油气润滑半连续铸造；(13)成品入库。

采用本发明方法(实施例1)生产的6063铝合金圆铸锭内部组织均匀致密，晶粒细小，强化相分布弥散，无明显疏松、夹渣、偏析等缺陷，如图1所示。采用传统熔炼方法(熔炼炉内加入AlSi20中间合金锭，搅拌加入镁锭)生产的6063铝合金圆铸锭内部晶界上容易聚集粗大的Mg₂Si相、过剩硅相及AlFeSi相等硬质点，如图2所示。

采用本发明方法制备的6063铝合金圆铸锭与采用传统方法制备的6063铝合金圆铸锭经过同样的均匀化退化、挤压加工、热处理等工艺处理，所得挤压型材的各项性能对比数据如表1所示。

表1不同方法制备6063铝合金挤压型材各项性能对比数据

由表1对比数据可知，本发明方法生产的6063铝合金圆铸锭与传统方法生产的6063铝合金圆铸锭经挤压加工后型材各项性能均满足国家标准(GB5237.1-2004)，而且前者的各项性能均优于后者。

本发明方法所涉及的铝镁硅系铝合金微合金化熔炼工艺具有工艺流程短、生产成本低、产品质量优的显著特点，因而该发明专利具有极高的应用价值。

实施例3

如图3和图4所示，本发明流槽的结构包括流槽本体，所述的流槽本体包括水平段流槽8、倾斜段流槽7和竖直段流槽6，所述的水平段流槽8和竖直段流槽6分别设置在倾斜段流槽7的两端，所述的水平段流槽8的另一端与熔炼炉1相连，所述的流槽本体的上部设置有保温盖。

所述的保温盖与流槽本体铰接，所述的保温盖为分段式结构，包括水平上盖2、倾斜上盖3和竖直上盖4，所述的水平上盖2、倾斜上盖3和竖直上盖4分别设置在水平段流槽8、倾斜段流槽7和竖直段流槽6的上部，所述的竖直上盖4与竖直段流槽6之间构成注液口5。

所述的倾斜段流槽7与水平面的倾角为40°-50°。这样提高了铝液在流槽本体内的流速，增加了铝液对镁锭的冲刷力度，有利于镁元素的溶解、扩散和吸收，保证了铝合金成分的均匀性。

所述的流槽本体的上部设置有保温盖，保证流槽本体内部不仅有良好的保温性能，而且空间相对密闭，这样既有助于减少铝液热量散失，提高铝液流动性，同时也有利于镁元素的溶解、吸收，减少镁元素的氧化烧损。保温盖为分段式结构，使用方便。

使用时，将倾斜段流槽7上部的倾斜上盖3打开，将镁锭置于倾斜段流槽7内，然后关闭倾斜上盖3，此时，从注液口5开始向流槽本体内注入铝液，从而使铝液对镁锭进行冲刷，有利于镁元素的溶解、扩散和吸收，提高了镁元素的合金化效果。

Claims (7)

1.一种铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，包括以下步骤：⑴将电解铝液转入熔炼炉，加入固态冷料并调整铝液温度为730-750℃；⑵将另一部分电解铝液转入中频感应炉，加入工业硅配制AlSi12铝液；⑶对AlSi12铝液进行精炼处理；⑷调整AlSi12铝液温度为750℃；⑸将AlSi12铝液在流槽内冲刷镁锭，再流入熔炼炉与步骤⑴处理的电解铝液混合；⑹开启电磁搅拌装置搅拌铝液；⑺取炉前样分析并进行成分微调；⑻精炼；⑼静置；⑽在线加入Al-5Ti-B晶粒细化剂线杆；⑾玻璃丝布过滤和双级陶瓷过滤板过滤；⑿油气润滑半连续铸造；⒀成品入库；所述步骤⑸中流槽为与水平面倾角呈40-50°度角的L型流道，其两端开口且四周密封；所述步骤⑹中电磁搅拌采用间歇式运行，共搅拌3次，每次搅拌时间为10-12分钟，间歇时间为5分钟。

2.如权利要求1所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑴中固态冷料为回炉料中的一种或几种；所述固态冷料添加比例为电解铝液质量的20-40%。

3.如权利要求1或2所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑵中AlSi12铝液为共晶铝硅合金，其中Si元素的化学成分质量百分含量为10-13%。

4.如权利要求3所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑵中AlSi12铝液的配制工艺流程为：先将工业硅装入中频感应炉炉底，再加入电解铝液，启动电源加热20-50分钟；所述工业硅的加入量为电解铝液重量的11-15%。

5.如权利要求1或4所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑵中中频感应炉容量为800-1200Kg，额定功率为350-500KW。

6.如权利要求1或4所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑻中精炼为炉内喷粉精炼，精炼温度为730-750℃，精炼剂用量为1-3Kg/T-Al，精炼气体为纯度99.99%（v/v）以上的氮气或氩气。

7.如权利要求1或4所述的铝镁硅系铝合金的微合金化熔炼工艺，其特征是，所述步骤⑾中双级陶瓷过滤板的目数分别为30目、50目。

Images