CN103266236A - 一种高品质铝合金材料生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质铝合金材料生产工艺，该工艺生产的铝合金适用于手机外壳、笔记本电脑外壳、轨道交通等对铝合金品质要求比较高的行业。本发明从电解铝液的合金化控制技术、综合净化技术、均匀铸造控制技术等方面入手，工艺步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造，采用电解铝液为原料，添加纯铝锭作冷料，采用喷粉精炼工艺，实现利用电解铝液直接生产高品质大规格铝合金圆铸锭材料的工艺流程，满足市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金生产技术领域，特别是涉及一种高品质铝合金材料生产工艺，适用于手机外壳、笔记本电脑外壳、轨道交通等对铝合金品质要求比较高的行业。
背景技术
纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。
添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。
传统的铝合金制备一般采用铝锭重熔法，改工艺方法在熔炼过程中消耗大量的能量，金属烧损大，同时对环境造成严重污染等问题，因此需要一种能够直接使用电解铝液生产铝合金的流程，而电解铝的生产过程主要以冰晶石-氧化铝做电解质，碳素材料做电极，电解质问题一般在950-970℃之间，因此电解铝液问题也具有较高的温度，而铝液的精炼温度仅需700-800℃，温度不合适且自发晶核较少，铸造时容易导致晶粒粗大等组织缺陷，同时真空抬包吸取电解铝液时不可避免的吸入电解质，以及铝的氧化，导致了电解铝液中氧化夹杂较多，而且由于温度较高，氢气在铝液中具有较高的饱和含量，因此电解铝液中从在大量的氢气，同时电解铝液中Fe和Si的含量也较大，对后续加工的产品质量有严重影响，因此需要一种能够直接利用电解铝液生产铝合金的工艺流程。
手机外壳、笔记本电脑外壳、轨道交通等对铝合金品质要求比较高，目前，国内能够生产该类铝合金圆铸锭坯料和挤压材的厂家少，产量低，市场处于供不应求的状况，并且，现有技术生产该类高品质铝合金通常工艺复杂繁琐，耗能大，生产出的铝合金铸锭的含铁量和含钛量也不能达到高品质要求。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的缺陷而提供一种高品质铝合金材料生产工艺，该工艺生产的铝合金适用于手机外壳、笔记本电脑外壳、轨道交通等对铝合金品质要求比较高的行业。本发明以市场需求为导向，从电解铝液的合金化控制技术、综合净化技术、均匀铸造控制技术等方面入手，采用本发明的生产工艺，实现利用电解铝液直接生产高品质大规格铝合金圆铸锭材料的工艺流程，满足市场需求。
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺技术方案为，工艺步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造，采用电解铝液为原料，添加纯铝锭作冷料，第一次精炼为将温度调整在600-700度，加入精炼剂，反应10-30分钟；第二次精炼为将温度调整为710-800度，加入精炼剂，反应10-20分钟。
纯铝锭的添加量质量百分比为电解铝液的20-40%。
在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在700-800度，搅拌3-5分钟，搅拌结束后，降温到580-650度静置5-10分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为8:1-10:1。精炼剂为无钠精炼剂。
所述无钠精炼剂包括MgCl2、KCl、CaF2、CCl4和K2CO3。
所述无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:20-45%、KCl:25-30%、CaF21-10%、、CCl4:15-25%和K2CO3:1-5%、余量为石墨。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为40-80mm/min。
本发明的有益效果为：本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，生产的铝合金适用于手机外壳、笔记本电脑外壳、轨道交通等对铝合金品质要求比较高的行业。本发明以市场需求为导向，从电解铝液的合金化控制技术、综合净化技术、均匀铸造控制技术等方面入手，采用本发明的生产工艺，实现利用电解铝液直接生产高品质大规格铝合金圆铸锭材料的工艺流程，满足市场需求。具体有：
1、采用电解铝液直接配料生产，添加20-40%的纯铝锭作冷料，控制铝液铁含量为0.08-0.12%（质量百分数）；并向铝液中加镁和硅粉的技术，实现了Ti、Fe等元素含量的严格控制； 2、使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl； 3、通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为40-80mm/min，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
以下所涉及百分比，没有特别说明的，都是质量百分比。
实施例１
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为30%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在720度，搅拌5分钟，搅拌结束后，降温到600度静置10分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为9:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:35%、KCl:26%、CaF25%、、CCl4:20%、K2CO3: 5%、石墨：9%。第一次精炼为将温度调整在700度，加入精炼剂，反应20分钟；第二次精炼为将温度调整为750度，加入精炼剂，反应15分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为60mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.08%；含钛量不大于0.018%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
实施例2
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为25%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在750度，搅拌4分钟，搅拌结束后，降温到650度静置8分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为8:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:30%、KCl:28%、CaF2：7%、、CCl4:16%、K2CO3:4%、石墨：15%。第一次精炼为将温度调整在690度，加入精炼剂，反应25分钟；第二次精炼为将温度调整为780度，加入精炼剂，反应12分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为65mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.10%；含钛量不大于0.020%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
实施例3
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为35%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在780度，搅拌3分钟，搅拌结束后，降温到630度静置6分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为10:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:20%、KCl:30%、CaF2：10%、CCl4:25%、K2CO3:4%、石墨：11%。第一次精炼为将温度调整在650度，加入精炼剂，反应30分钟；第二次精炼为将温度调整为720度，加入精炼剂，反应20分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为50mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.10%；含钛量不大于0.025%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
实施例4
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为20%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在700度，搅拌5分钟，搅拌结束后，降温到580度静置10分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为8.5:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:45%、KCl:25%、CaF2:1%、CCl4:15%、K2CO3:3%、石墨：11%。第一次精炼为将温度调整在620度，加入精炼剂，反应30分钟；第二次精炼为将温度调整为800度，加入精炼剂，反应10分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为70mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.10%；含钛量不大于0.020%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
实施例5
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为40%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在720度，搅拌5分钟，搅拌结束后，降温到600度静置10分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为8.2:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:25%、KCl:28%、CaF2:8%、CCl4:22%、K2CO3:1%、石墨：16%。第一次精炼为将温度调整在680度，加入精炼剂，反应23分钟；第二次精炼为将温度调整为730度，加入精炼剂，反应17分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为80mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.09%；含钛量不大于0.025%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
实施例6
本发明的一种高品质铝合金材料生产工艺，步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造。
采用电解铝液为原料，添加质量百分比为27%的纯铝锭作冷料。在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在720度，搅拌5分钟，搅拌结束后，降温到600度静置10分钟。
两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。氩气和氯气体积分数比为9.5:1。选用无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:28%、KCl:30%、CaF2:6%、CCl4:23%、K2CO3:5%、石墨：8%。第一次精炼为将温度调整在700度，加入精炼剂，反应20分钟；第二次精炼为将温度调整为720度，加入精炼剂，反应15分钟。
在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为40mm/min。
通过以上工艺步骤，控制铝液铁含量为0.12%；含钛量不大于0.025%；使用无钠精炼剂，精炼气体采用氩气与氯气混合气，将炉内喷粉精炼与在线净化处理相结合，提高了铝液的综合净化效果，处理后的铝液氢含量≤0.12ml/100gAl；通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度，获得了晶粒细小、组织致密、成分均匀、偏析层小的铝合金圆铸锭。
Claims (10)
1.一种高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，工艺步骤为，投料-扒渣-精炼-扒渣-精炼-扒渣-静置-SNIF在线净化-铸造，采用电解铝液为原料，添加纯铝锭作冷料，第一次精炼为将温度调整在600-700度，加入精炼剂，反应10-30分钟；第二次精炼为将温度调整为710-800度，加入精炼剂，反应10-20分钟。
2. 根据权利要求1所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于， 纯铝锭的添加量质量百分比为电解铝液的20-40%。
3. 根据权利要求1所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，在投料或精炼过程中，向铝液中加镁和硅粉。
4. 根据权利要求3所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，向铝液中加镁和硅粉的同时进行机械搅拌，搅拌时保证铝液温度在700-800度，搅拌3-5分钟，搅拌结束后，降温到580-650度静置5-10分钟。
5. 根据权利要求1所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，两次精炼过程都采用喷粉精炼工艺，将精炼剂喷入铝液内，精炼气体为氩气和氯气的混合气。
6. 根据权利要求5所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，氩气和氯气体积分数比为8:1-10:1。
7. 根据权利要求5所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，精炼剂为无钠精炼剂。
8. 根据权利要求7所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，所述无钠精炼剂包括MgCl2、KCl、CaF2、CCl4和K2CO3。
9. 根据权利要求8所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，所述无钠精炼剂由按重量比的以下成分组成：MgCl2:20-45%、KCl:25-30%、CaF21-10%、、CCl4:15-25%和K2CO3:1-5%、余量为石墨。
10. 根据权利要求1所述的高品质铝合金材料生产工艺，其特征在于，在铸造步骤中，通过控制铸造结晶器的冷却温度，控制铸造速度为40-80mm/min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171115 Address after: 256200 North Shandong city of Binzhou province Zouping County Road East first innovation industrial park Patentee after: SHANDONG INNOVATION METAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 256200 North Shandong city of Binzhou province Zouping County Development Zone East first ring Patentee before: Shandong Innovation Metal Technology Joint Stock Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A production process of high quality aluminum alloy material Effective date of registration: 20211220 Granted publication date: 20150805 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zouping sub branch Pledgor: SHANDONG INNOVATION METAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015347 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20221231 Granted publication date: 20150805 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Zouping sub branch Pledgor: SHANDONG INNOVATION METAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015347 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |