CN102220525B - 一种铝合金熔炼净化装置及熔炼净化方法 - Google Patents

一种铝合金熔炼净化装置及熔炼净化方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金熔炼净化装置及熔炼净化方法，它涉及一种熔炼装置及方法。本发明为解决现有的铝合金熔炼净化装置结构复杂、体积大，熔炼纯度低以及现有的铝合金熔炼净化方法导致铝合金易产生裂纹并且裂纹处易腐蚀的问题。石墨转子的上端穿过阶梯孔通过轴承安装在炉盖上，氩气管穿装在石墨转子的中心通孔内，坩埚通过液体金属过滤出口与过滤箱的入口连通，过滤箱内设置有第一过滤腔和第二过滤腔；方法：一、清洗坩埚内表面；二、喷涂氧化锌水溶液；三、加入原铝和中间合金，添加合金元素；四、通入氩气；五、扒渣；六、静置；七、抽真空；八、进入过滤箱过滤；九、排出过滤箱中熔体；十、排出坩埚内固体块状金属化合物杂质。本发明用于铝合金熔炼净化。

Description

一种铝合金熔炼净化装置及熔炼净化方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金熔炼装置及利用所述装置的熔炼方法。
背景技术
铝合金熔炼净化已成为现代高性能铝合金的必要条件。铝合金纯度是指合金的杂质(铝合金中主要是Fe和Si)含量，铝合金净度是指合金的非金属夹杂含量。
铝合金中的夹杂主要是以铝的氧化物为主的非金属夹杂物。铝极易氧化，在熔体表面可以形成致密的氧化膜，可以保护熔体。但是熔铸时的不当操作会将氧化物混入熔体中乃至铸到铸锭中，形成夹杂。夹杂是裂纹源，也是易腐蚀的区域，所以对合金的加工和使用性能影响极大。
氢也是一种杂质，可以降低铝合金的塑性，严重时可以产生疏松和气孔，是严重的冶金缺陷。现代研究表明，氢大量附着在铝氧化物上，所以从这个观点出发，去除夹杂的同时也是有效除氢的过程。
由于铝加工材的质量问题大部分来自铸锭，且铸锭的冶金缺陷大部分在后来的加工热处理中不能消除。因此，铸锭的质量成为产品质量的关键。所以高质量的产品必须有高质量的锭坯。所以熔铸过程中的杂质和夹杂的控制成为铝加工的关键环节。
现有的铝合金熔炼净化装置由多个净化炉体构成，导致现有的铝合金熔炼净化装置结构复杂、体积大以及现有的铝合金熔炼净化装置仅采用一次过滤片，熔炼净化纯度低；现有的铝合金熔炼净化方法熔炼会将氧化物混入熔体中乃至铸到铸锭中，形成夹杂导致铝合金易产生裂纹并且裂纹处易腐蚀，大大降低了铝合金的使用性能。
发明内容
本发明为解决现有的铝合金熔炼净化装置结构复杂、体积大，熔炼净化纯度低以及现有的铝合金熔炼净化方法导致铝合金易产生裂纹并且裂纹处易腐蚀的问题，进而提供一种铝合金熔炼净化装置及熔炼净化方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明所述的铝合金熔炼净化装置包括导气管、电机、轴承、炉盖、钢套、炉体、氩气管、石墨转子、坩埚、流槽、过滤箱、第一皮带轮、第二皮带轮、皮带、多个加热管、多个第一过滤陶瓷片和多个第二过滤陶瓷片，所述坩埚的底端面上开有放流口，所述炉盖上开有导气孔，所述导气管的下端插装在导气孔上，所述坩埚的外壁内嵌在炉体上，所述炉体上设置有多个加热管，所述炉盖盖在炉体的上端面上，所述炉盖的中心处加工有阶梯孔，所述石墨转子的上端穿过阶梯孔通过轴承安装在炉盖上，所述石墨转子沿轴向加工有中心通孔，所述氩气管穿装在石墨转子的中心通孔内，所述电机安装在炉盖的上端面上，所述电机的输出轴上固套有第一皮带轮，所述石墨转子的上端固套有第二皮带轮，所述第一皮带轮与第二皮带轮通过皮带传动连接，所述坩埚的底部侧壁上开有液体金属过滤出口，所述坩埚通过液体金属过滤出口与过滤箱的入口连通，所述流槽与过滤箱的出口连通，所述过滤箱内设置有第一过滤腔和第二过滤腔，所述第一过滤腔与过滤箱的入口连通，所述第二过滤腔与过滤箱的出口连通，所述第一过滤腔的底部和第二过滤腔的底部相互连通，所述第一过滤腔内由上至下设置有多个第一过滤陶瓷片，所述第二过滤腔内由上至下设置有多个第二过滤陶瓷片，所述过滤箱的侧壁上开有泄流孔。
本发明的铝合金熔炼净化方法是按着以下步骤实现的：
步骤一、用钢铲和钢丝刷清洗坩埚内表面，然后通过电热管将炉体加热到100～300℃；
步骤二、在坩埚内表面喷涂一层含2～5％的氧化锌水溶液，其中氧化锌的浓度为10～20％，喷涂的所述氧化锌水溶液充分干燥后，重复喷涂第二层所述的氧化锌水溶液，依此类推，共喷涂3～4层氧化锌水溶液；
步骤三、将炉温升高至700～800℃，向坩埚内加入原铝和中间合金，原铝和中间合金开始融化，当原铝和中间合金溶化变成铝合金液体温度达到660～750℃时，添加合金元素，然后安装炉盖，等待金属溶化；
步骤四、当金属完全溶化后，启动电机，电机旋转带动石墨转子转动，石墨转子转动时间为15～20分钟；
步骤五、温度达到700～800℃时，从氩气管向溶化的铝合金液体中通入氩气，通入氩气时间为20～40分钟；
步骤六、将炉盖移开，使用经涂覆氮化硼的扒渣工具进行扒渣；
步骤七、将抽真空用的炉盖紧固在炉体的上端面上，对铝合金液体静置，静置时间为10～15分钟；
步骤八、采用真空泵对炉体抽真空，抽真空时间为20～30分钟，真空度为10-2Pa；
步骤九、打开液体金属过滤出口，使液体金属流入到过滤箱内，液体金属经过第一过滤陶瓷片和第二过滤陶瓷片进入流槽后流入结晶器；
步骤十、铸造过程结束后打开泄流孔，将过滤箱中剩余的熔体排出；
步骤十一、铸造过程结束后打开放流口，将沉积在坩埚底部的固体块状金属化合物杂质排出。
本发明的有益效果是：本发明的铝合金熔炼净化装置将气体净化、过滤净化和真空净化集成于一个炉体，与现有的铝合金熔炼净化装置相比，具有设备结构紧凑、体积小的优点；本发明的铝合金熔炼净化装置采用多个第一过滤片和多个第二过滤片对液体金属进行多次过滤，熔炼净化纯度高；
本发明的铝合金熔炼净化方法可以对铝合金深度纯净化，铝合金杂质含量低，显著减少了夹杂的数量，显著降低了氢含量，铝合金不易产生裂纹，大大提高了铝合金的使用性能。
附图说明
图1是本发明的铝合金熔炼净化装置的主视剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的铝合金熔炼净化装置包括导气管1、电机2、轴承3、炉盖4、钢套5、炉体10、氩气管11、石墨转子13、坩埚14、流槽19、过滤箱20、第一皮带轮22、第二皮带轮23、皮带24、多个加热管9、多个第一过滤陶瓷片17和多个第二过滤陶瓷片18，所述坩埚14的底端面上开有放流口25，所述炉盖4上开有导气孔4-1，所述导气管1的下端插装在导气孔4-1上，所述坩埚14的外壁内嵌在炉体10上，所述炉体10上设置有多个加热管9，所述炉盖4盖在炉体10的上端面上，所述炉盖4的中心处加工有阶梯孔4-2，所述石墨转子13的上端穿过阶梯孔4-2通过轴承3安装在炉盖4上，所述石墨转子13沿轴向加工有中心通孔13-1，所述氩气管11穿装在石墨转子13的中心通孔13-1内，所述电机2安装在炉盖4的上端面上，所述电机2的输出轴上固套有第一皮带轮22，所述石墨转子13的上端固套有第二皮带轮23，所述第一皮带轮22与第二皮带轮23通过皮带24传动连接，所述坩埚14的底部侧壁上开有液体金属过滤出口26，所述坩埚14通过液体金属过滤出口26与过滤箱20的入口连通，所述流槽19与过滤箱20的出口连通，所述过滤箱20内设置有第一过滤腔20-1和第二过滤腔20-2，所述第一过滤腔20-1与过滤箱20的入口连通，所述第二过滤腔20-2与过滤箱20的出口连通，所述第一过滤腔20-1的底部和第二过滤腔20-2的底部相互连通，所述第一过滤腔20-1内由上至下设置有多个第一过滤陶瓷片17，所述第二过滤腔20-2内由上至下设置有多个第二过滤陶瓷片18，所述过滤箱20的侧壁上开有泄流孔21。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式所述熔炼净化装置还包括钢套5，所述钢套5套装在石墨转子13上，所述钢套5的上端面与阶梯孔4-2的台肩相接触。如此设计，可以对铝合金熔液进行多次过滤，熔炼净化纯度高。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述熔炼净化装置还包括钢套5，所述钢套5套装在石墨转子13上，所述钢套5的上端面与阶梯孔4-2的台肩相接触。如此设计，可以增加石墨转子13的稳定性。其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式的所述熔炼净化装置还包括两个吊环6，所述吊环6固装在炉盖4的上端面上。如此设计，方便吊装炉盖4。其他组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式的铝合金熔炼净化方法步骤如下：
步骤一、用钢铲和钢丝刷清洗坩埚14内表面，然后通过电热管9将炉体10加热到100～300℃；
步骤二、在坩埚14内表面喷涂一层含2～5％的氧化锌水溶液，其中氧化锌的浓度为10～20％，喷涂的所述氧化锌水溶液充分干燥后，重复喷涂第二层所述的氧化锌水溶液，依此类推，共喷涂3～4层氧化锌水溶液；
步骤三、将炉温升高至700～800℃，向坩埚14内加入原铝和中间合金，原铝和中间合金开始融化，当原铝和中间合金溶化变成铝合金液体温度达到660～750℃时，添加合金元素，然后安装炉盖，等待金属溶化；
步骤四、当金属完全溶化后，启动电机2，电机旋转带动石墨转子13转动，石墨转子13转动时间为15～20分钟；
步骤五、温度达到700～800℃时，从氩气管11向溶化的铝合金液体中通入氩气，通入氩气时间为20～40分钟；
步骤六、将炉盖移开，使用经涂覆氮化硼的扒渣工具进行扒渣，氮化硼的分子式为BN；
步骤七、将抽真空用的炉盖紧固在炉体10的上端面上，对铝合金液体静置，静置时间为10～15分钟；
步骤八、采用真空泵对炉体10抽真空，抽真空时间为20～30分钟，真空度为10-2Pa；
步骤九、打开液体金属过滤出口26，使液体金属流入到过滤箱20内，液体金属经过第一过滤陶瓷片17和第二过滤陶瓷片18进入流槽19后流入结晶器；
步骤十、铸造过程结束后打开泄流孔21，将过滤箱20中剩余的熔体排出；
步骤十一、铸造过程结束后打开放流口25，将沉积在坩埚14底部的固体块状金属化合物杂质排出。
具体实施方式六：本实施方式步骤四中通入氩气时加入占充入气体体积百分比3～5％的氯气。如此操作，可以提高铝合金净化纯度，净化效果好。其他与具体实施方式五相同。
实施例一：
熔炼铝合金为7475合金，熔炼铝合金重量为500Kg，铸锭直径为Φ200mm；
清洗坩埚4内表面后，将炉体10加热到300℃，在坩埚4的乃表面喷涂含2～5％的氧化锌水溶液，其中氧化锌的浓度为10％，反复喷涂3次；将炉体10温度升高至800℃时，向溶化的铝合金液体加入Al99.95的高纯铝，保持炉体温度，上述高纯铝熔化后，先后加入Cr剂、电解铜、1号纯锌和99.87％的纯镁，熔体加热到780℃时，安装炉盖，向溶化的铝合金液体中通入体积百分比为3％氯气的氩氯混合气，开始精炼，通气时间30分钟，然后扒渣，将抽真空用的炉盖紧固在炉体10的上端面上，保温静置，同时接通真空泵，真空度为10Pa，抽真空时间为20分钟；熔体温度750℃出炉，熔体进入过滤箱20。第一过滤陶瓷片17为30ppi，第二过滤陶瓷片18为50ppi，第一过滤陶瓷片17和第二过滤陶瓷片18的尺寸均为120×200×10mm；过滤箱20在进铝合金液体前要充分加热，过滤箱20中的液面靠出口钎子16控制，熔炼结束后，将过滤箱20中的铝液经泄流孔21排出，然后打开放流钎子15，排出炉内的熔体。
按照国标GB/T 17432——1998取得试样，分析铸锭化学成分，合金中的杂质Fe为0.06～0.08％，Si为0.04～0.07％；
铸造过程中采用Hyscan II液态测氢仪测氢，氢含量为0.11ml/100g，铸锭采用RH-402固体测氢仪测定，氢含量为0.10ml/100g；
按照国标GB/T 3246.2——2000检测铸锭低倍组织，无气孔、裂纹和疏松，铸锭经金相观察和断口观察，没有发现非金属夹杂物、白斑、氧化膜及粗大化合物，10个断口经SEM观察，仅一个断口有1μm的含铁化合物1处。
表1为采用本发明铝合金熔炼净化合金方法得到的铸态与采用普通铝合金熔炼净化方法得到的挤压材T6状态的力学性能比较，表1如下：
实施例二：
熔炼铝合金为7050合金，熔炼铝合金重量为600Kg，铸锭直径为Φ300mm；
清洗坩埚4内表面后，将炉体10加热到300℃，在坩埚4的乃表面喷涂含2～5％的氧化锌水溶液，其中氧化锌的浓度为10％，反复喷涂3次；将炉体10温度升高至800℃时，向溶化的铝合金液体加入Al99.95的高纯铝，保持炉体温度，上述高纯铝熔化后，先后加入电解铜、1号纯锌和99.87％的纯镁，熔体加热到780℃时，加入复合Zr盐，然后安装炉盖，向溶化的铝合金液体中通入体积百分比为3％氯气的氩氯混合气，开始精炼，通气时间40分钟，然后扒渣，将抽真空用的炉盖紧固在炉体10的上端面上，保温静置，同时接通真空泵，真空度为10Pa，抽真空时间为30分钟；熔体温度780℃出炉，熔体进入过滤箱20。第一过滤陶瓷片17为30ppi，第二过滤陶瓷片18为50ppi，第一过滤陶瓷片17和第二过滤陶瓷片18的尺寸均为120×200×10mm；过滤箱20在进铝合金液体前要充分加热，过滤箱20中的液面靠出口钎子16控制，熔炼结束后，将过滤箱20中的铝液经泄流孔21排出，然后打开放流钎子15，排出炉内的熔体。
铸锭经化学成分分析，合金中的杂质Fe为0.05～0.07％，Si为0.04～0.06％；
铸造过程中采用Hyscan II液态测氢仪测氢，氢含量为0.10ml/100g，铸锭采用固体测氢仪测定，氢含量为0.10ml/100g。
按照国标GB/T 3246.2——2000检测铸锭低倍组织无气孔、裂纹和疏松，铸锭经金相观察和断口观察，没有发现非金属夹杂物、白斑、氧化膜及粗大化合物。
表2为采用本发明铝合金熔炼净化合金方法得到的铸态与采用普通铝合金熔炼净化方法得到的挤压材T6状态的力学性能比较，表2如下：
Figure BDA0000079885880000061
实施例三：
熔炼铝合金为7A60合金，熔炼铝合金重量为600Kg，铸锭尺寸Φ65mm×12根；
清洗坩埚4内表面后，将炉体10加热到300℃，在坩埚4的乃表面喷涂含2～5％的氧化锌水溶液，其中氧化锌的浓度为10％，反复喷涂3次；将炉体10温度升高至800℃时，向溶化的铝合金液体加入Al99.95的高纯铝，保持炉体温度，上述高纯铝熔化后，先后加入电解铜、1号纯锌和99.87％的纯镁，熔体加热到780℃时，加入复合Zr盐，然后安装炉盖，向溶化的铝合金液体中通入体积百分比为3％氯气的氩氯混合气，开始精炼，通气时间40分钟，然后扒渣，将抽真空用的炉盖紧固在炉体10的上端面上，保温静置，同时接通真空泵，真空度为10Pa，抽真空时间为30分钟；熔体温度780℃出炉，熔体进入过滤箱20。第一过滤陶瓷片17为30ppi，第二过滤陶瓷片18为50ppi，第一过滤陶瓷片17和第二过滤陶瓷片18的尺寸均为120×200×10mm；过滤箱20在进铝合金液体前要充分加热，过滤箱20中的液面靠出口钎子16控制，熔炼结束后，将过滤箱20中的铝液经泄流孔21排出，然后打开放流钎子15，排出炉内的熔体。
铸锭经化学成分分析，合金中的杂质Fe为0.06～0.08％，Si为0.04～0.05％；
铸造过程中采用Hyscan II液态测氢仪测氢，氢含量为0.10ml/100g，铸锭采用固体测氢仪测定，氢含量为0.10ml/100g；
按照国标GB/T 3246.2——2000检测铸锭低倍组织无气孔、裂纹和疏松，铸锭经金相观察和断口观察，没有发现非金属夹杂物、白斑、氧化膜及粗大化合物。
表3为采用本发明铝合金熔炼净化合金方法得到的铸态与采用普通铝合金熔炼净化方法得到的挤压材T6状态的力学性能比较，表3如下：
Figure BDA0000079885880000071

Claims (4)

1.一种铝合金熔炼净化装置，所述熔炼净化装置包括导气管(1)、电机(2)、轴承(3)、炉盖(4)、钢套(5)、炉体(10)、氩气管(11)、石墨转子(13)、坩埚(14)、流槽(19)、过滤箱(20)、第一皮带轮(22)、第二皮带轮(23)、皮带(24)、多个加热管(9)、多个第一过滤陶瓷片(17)和多个第二过滤陶瓷片(18)，所述坩埚(14)的底端面上开有放流口(25)，所述炉盖(4)上开有导气孔(4-1)，所述导气管(1)的下端插装在导气孔(4-1)上，其特征在于：所述坩埚(14)的外壁内嵌在炉体(10)上，所述炉体(10)上设置有多个加热管(9)，所述炉盖(4)盖在炉体(10)的上端面上，所述炉盖(4)的中心处加工有阶梯孔(4-2)，所述石墨转子(13)的上端穿过阶梯孔(4-2)通过轴承(3)安装在炉盖(4)上，所述石墨转子(13)沿轴向加工有中心通孔(13-1)，所述氩气管(11)穿装在石墨转子(13)的中心通孔(13-1)内，所述电机(2)安装在炉盖(4)的上端面上，所述电机(2)的输出轴上固套有第一皮带轮(22)，所述石墨转子(13)的上端固套有第二皮带轮(23)，所述第一皮带轮(22)与第二皮带轮(23)通过皮带(24)传动连接，所述坩埚(14)的底部侧壁上开有液体金属过滤出口(26)，所述坩埚(14)通过液体金属过滤出口(26)与过滤箱(20)的入口连通，所述流槽(19)与过滤箱(20)的出口连通，所述过滤箱(20)内设置有第一过滤腔(20-1)和第二过滤腔(20-2)，所述第一过滤腔(20-1)与过滤箱(20)的入口连通，所述第二过滤腔(20-2)与过滤箱(20)的出口连通，所述第一过滤腔(20-1)的底部和第二过滤腔(20-2)的底部相互连通，所述第一过滤腔(20-1)内由上至下设置有多个第一过滤陶瓷片(17)，所述第二过滤腔(20-2)内由上至下设置有多个第二过滤陶瓷片(18)，所述过滤箱(20)的侧壁上开有泄流孔(21)。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金熔炼净化装置，其特征在于：第一过滤陶瓷片(17)和多个第二过滤陶瓷片(18)的数量均为两个。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金熔炼净化装置，其特征在于：所述熔炼净化装置还包括钢套(5)，所述钢套(5)套装在石墨转子(13)上，所述钢套(5)的上端面与阶梯孔(4-2)的台肩相接触。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金熔炼净化装置，其特征在于：所述熔炼净化装置还包括两个吊环(6)，所述吊环(6)固装在炉盖(4)的上端面上。
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